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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen.
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In einer herkömmlichen stereophonen Schallwiedergabeeinrichtung funktioniert die räumliche Wiedergabe nur in einem relativ kleinen positionsfixierten Bereich – dem Singularwiedergabebereich –, der sich symmetrisch zwischen den Lautsprechern befindet.
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Ein Problem besteht darin, dass außerhalb dieses Singularwiedergabebereiches die räumliche Wahrnehmung zusammenbricht und die von einem Hörer wahrgenommene Position einer Phantomschallquelle sich in Richtung des näheren Lautsprechers verschiebt. Als Phantomschallquelle bezeichnet man eine virtuelle Schallquelle, die vom Hörer zwischen den eigentlichen abstrahlenden Schallquellen, den Lautsprechern, wahrgenommen wird.
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Zur Lösung dieses Problems existieren derzeit zwei unterschiedliche Strategien: In 1 ist eine erste Lösungsstrategie durch Anpassung der Abstrahlcharakteristik, die in der Druckschrift Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91–94, beschrieben ist, angegeben, wobei Lautsprecher mit bestimmter Abstrahlcharakteristik auf einen Punkt vor dem Hörer gerichtet sind. Ein Beispiel für die experimentelle Bestimmung von optimalen Abstrahlcharakteristiken ist in der Druckschrift Aarts: Enlarging the Sweet Spot for Stereophony by Time/Intensity Trading, preprint of the 94th Convention Berlin, 1993, Audio Engineering Society, S. 1–16, beschrieben. Weitere Druckschriften, welche sich mit Abstrahlcharakteristiken beschäftigen, sind Kates: Optimum Loudspeaker Systems with Directional Patterns, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 28, No. 11, S. 787–794 und Keele: A Loudspeaker Horn that Covers a Flat Rectangular Area from an Oblique Angle, preprint of the 74th Convention New York 1983, Audio Engeineering Society, S. 1–22 sowie Davis: Loudspeaker Systems with Optimized Wide-Listening-Aren Imaging, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 35, No 11, 1987, S. 888–896.
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Die Nachteile der Lösungen mit Anpassung der Abstrahlcharakteristik bestehen in der Frequenzabhängigkeit der Lautsprechercharakteristiken. Laufzeitunterschiede können, wie in der Druckschrift Aoki et al.: Stereo Reproduction with Good Localization over a Wide Listening Area, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 38, No. 8, 1990, S. 433–439 beschrieben ist, nicht ausgeglichen werden. Daher führen die Verfahren nur zu einer geringen Vergrößerung des Singularwiedergabebereiches mit exakter räumlicher Wahrnehmung. Gemäß der Druckschrift Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91–94, nimmt zusätzlich die Lokalisationsschärfe beim außermittigen Hören ab und es kommt zu einer Verbreiterung einer Phantomschallquelle mit zunehmendem Winkel (engl. image broadening).
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In 2a ist eine zweite Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale angegeben, wobei herkömmliche Systeme versuchen, für statistische Positionen eine Laufzeitanpassung und Raumentzerrung vorzunehmen. Dabei wird meist mit Hilfe einer Mikrofonmessung das Schallfeld für eine diskrete Position angepasst. Beim Verlassen dieser vorher festgesetzten Positionen ist die korrekte Signalanpassung nicht mehr gegeben.
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Ein erstes System, bei dem der Singularwiedergabebereich (engl. sweet spot) einem Hörer direkt nachgeführt wird, ist in der Druckschrift Kyriakakis et al.: Signal Processing, Acoustics and Psychoacoustics for High Quality Desktop Audio, Journal of Visual Communication and Image Representation, Vol. 9, No. 1, 199, S. 51–61, beschrieben. Um die korrekte Phantomschallquellenlokalisation an jeder vorgesehenen Position aufrecht zu erhalten, wird die Zeitdifferenz zwischen den Lautsprechern entsprechend angepasst, während der Hörer sich relativ zu den Lautsprechern bewegt. Dabei wird das Signal des näheren Lautsprechers so verzögert, dass beide Lautsprechersignale die Kopfmitte des Hörers gleichzeitig erreichen.
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Ein weiteres System, welches die Lautsprechersignale in Abhängigkeit eines am Hörer zu tragenden Geräts (Bezugspunkt) anpasst, wird in der Druckschrift
EP 1 542 503 A1 beschrieben. Dabei wird das Schallfeld für einen Bezugspunkt oder einen aus mehreren Bezugspunkten gemittelten Bezugspunkt korrigiert.
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Die Nachteile der Lösungen durch die Anpassung der Lautsprechersignale bestehen darin, dass die Lautsprechersignale in Bezug auf eine feste Mikrofonposition beziehungsweise in Bezug auf die Kopfmitte oder einen anderen Bezugspunkt korrigiert werden. Dabei wird die Asymmetrie der Signalwege zwischen Lautsprechern und Ohren des Hörers bei außermittiger Hörerposition, welche in 2b dargestellt ist, außer Acht gelassen. Aus diesem Grund kann eine exakte Abbildung der Phantomschallquelle für nichtmittige Hörerpositionen nicht gewährleistet werden.
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Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von binauralen Signalen für einen sich bewegenden Hörer sind in der Druckschrift
US 6 243 476 B1 beschrieben, wobei die Einrichtung enthält
- – ein Mittel zur Verfolgung – ein Verfolgungsmittel – der Bewegung des Hörerkopfes und
- – ein signalerzeugendes Mittel, in Verbindung stehend mit dem Verfolgungsmittel, zur Erzeugung eines mit der Bewegung verbundenen binauralen Signals zur Sendung an den sich bewegenden Hörer über ein Paar von nicht am Kopf angebrachten Lautsprechern,
wobei das signalerzeugende Mittel aufweist - i) ein Mittel zum Empfang eines Eingangssignals,
- ii) erste Mittel und zweite Mittel zum Empfang des Eingangssignals und zur Erzeugung von ersten binauralen Signalen und zweiten binauralen Signalen daraus und darauf bezogen
- iii) ein Übersprech-„Crosstalk”-Beseitigungsmittel, in Verbindung stehend mit dem Verfolgungsmittel, zum Empfang von ersten und zweiten binauralen Signalen und eines dazu zugefügten Übersprech-„Crosstalk”-Beseitigungssignals, wobei das Übersprech-„Crosstalk”-Beseitigungssignal auf der Position des Hörerkopfes derart beruht, dass die Kopfbewegung kompensiert wird.
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Mit dem Verfahren wird versucht, Binauralsignale zu erzeugen und anschließend über Lautsprecher wiederzugeben. Das Signal eines rechten Lautsprechers erreicht im Allgemeinen dabei nicht nur das rechte Ohr, sondern auch das linke Ohr, was als Übersprechen (engl. crosstalk) bezeichnet wird. Damit aber eine binaurale Audiowiedergabe funktioniert, muss das Übersprech-„Crosstalk”-Signal gelöscht (engl. canceled) werden. Dazu wird das rechte Binauralsignal, über den rechten Lautsprecher ausgegeben, invertiert und verzögert und es wird zum linken Lautsprechersignal so addiert, dass es im Idealfall den beschriebenen „Crosstalk” am linken Ohr auslöscht. Das geschieht in Abhängigkeit von der Hörerposition.
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Mit den oben genannten Funktionsmitteln aus der Einrichtung zur Erzeugung von binauralen Signalen, selbst bei einer anderen oder Neuanordnung der jeweiligen Funktionsgruppen, ist es nicht möglich, einen Restlokalisationsfehler zu schätzen und anschließend auszugleichen.
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Ein anderes Verfahren und eine andere Einrichtung zur Erzeugung und Wiedergabe von binauralen Signalen sind in der Druckschrift Kim et al.: Adaptive Virtu al Surround Sound Rendering Method for an Arbitrary Listening Position, AES 30th International Conference, Saariselkä, Finland, 2007 March, p. 15–17, beschrieben. Das Schallwiedergabesystem besteht zwar aus zwei Lautsprechern, ist aber kein stereophones Schallwiedergabesystem. Es ist für die Wiedergabe von binauralen Signalen konzipiert. Für die binauralen Signale gilt das Gleiche wie bei dem vorgenannten Verfahren. Hier werden die erzeugten sechs stereophonen Surroundsignale mittels Faltung mit „head-related transfer functions” in zwei Binauralsignale umgewandelt. Diese Binauralsignale werden anschließend wiedergegeben.
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Es tritt ähnlich wie bei einem stereophonen Schallwiedergabesystem auch ein optimaler Wiedergabebereich (sweet spot) auf. Dieser Bereich hat allerdings wenig mit dem sweet spot eines stereophonen Schallwiedergabesystems zu tun, da ihn andere Ursachen erzeugen. Hauptproblem ist das Übersprechen eines Lautsprechers auf das anderseitige Ohr. Dieser Crosstalk wird in dieser Einrichtung ausgelöscht.
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Für das Auslöschen des Crosstalks werden HRTFs verwendet. Ebenso werden die HRTFs für die Erzeugung von Binauralsignalen verwendet. Die stereophonen Eingangssignale wenden dabei mit HRTFs gefaltet und verschiedenen Fitern zur Crosstalk-Unterdrückung zugeführt, um ein binaurales Signal zu erzeugen.
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Mit einem Positions- und Ausrichtungstracker wird die Position zur Kompensation des Crosstalks bei Wiedergabe von Binauralsignalen benötigt. Der vorhandene Speicher enthält lediglich die kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (HRTFs).
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Es werden unter anderem Verstärkung und Verzögerung berechnet, welche für die Berechnung des binauralen Ausgangssignals benötigt werden.
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Es wird auch kein Restlokalisationsfehler geschätzt. Das Verfahren beschäftigt sich ausschließlich mit der Auslöschung von Crosstalk. Dafür werden wie vordem beschrieben die HRTF-Funktionen benötigt.
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Die beiden vorgenannten Verfahren und Einrichtungen sind nicht in der Lage, stereophone Audiosignale wiederzugeben und dabei den Singularwiedergabebereich des stereophonen Schallwiedergabesystems an die Hörerposition adaptiv anzupassen. Das Auslöschen des für binaurale Signale kritischen Übersprech-„Crosstalk”-Signals bei Lautsprecherwiedergabe wird dabei berücksichtigt. Dies geschieht in Abhängigkeit der Hörerposition. Daher wird auch der Begriff „sweet spot” verwendet. Dieser kann allerdings nicht mit der Nachführung des Singularwiedergabebereichs („sweet spots”) in einem stereophonen Wiedergabesystem verglichen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass die akustische Lokalisation von Phantomschallquellen in einem stereophonen Schallwiedergabesystem unabhängig von der Position und Kopfausrichtung eines Hörers verbessert wird.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Die Vorrichtung zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen enthält gemäß Patentanspruch 1 folgende Funktionsgruppen
- – einen HRTF-Block,
- – einen Restlokalisationsfehlerschätzer, dem Signale vom HRTF-Block zugeführt werden,
- – eine Kanaleinrichtung zur Übertragung von n-kanaligen Audiosignalen an den Restlokalisationsfehlerschätzer,
- – einen Positions- und Ausrichtungstracker, welcher die Postition und Ausrichtung des Hörers/der Hörer erfasst, der ebenfalls Signale an den Restlokalisationsfehlerschätzer leitet,
- – einen eine Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems enthaltenden Speicher,
- – einen Parameterschätzer zur Anpassung an die Hörerposition, der Signale von Seiten des Speichers und Signale von Seiten des Positions- und Ausrichtungstrackers übernimmt,
- – einen Parameterschätzer zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers, wobei der Parameterschätzer Signale vom Restlokalisationsfehlerschätzer und Parameter (τI1 ... τIn und aI1 ... aIn) vom Parameterschätzer zur Anpassung an die Hörerposition erhält,
- – einen Prozessor, dem m-kanalige Audiosignaie (1 bis m) aus der Kanaleinrichtung sowie Parameter (τI1 + rII1 ... rIn + rIIn und aI1 + aII1 ... aIn + aIIn) aus dem Parameterschätzer zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers zugeführt werden, und
- – das n-kanalige stereophone Schallwiedergabesystem mit mehreren Lautsprechern L1, L2, ..., Ln, die mit dem Prozessor über n Audiosignalkommunikationsverbindungen verbunden sind und die die neuen, der geänderten Lokalisation der Phantomschallquelle angepassten Audiosignale S1, S2, ... Sn wiedergeben.
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Das Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen weist gemäß Patentanspruch 7 folgende Schritte auf:
- – Verfolgung der Position und die Ausrichtung der Hörerposition durch einen Positions- und Ausrichtungstrecker,
- – erste Korrektur der Lokalisation der Phantomschallquelle in Bezug auf die Kopfmitte der Hörerposition durch Verzögerungen τ und Amplitudenanpassung durch Verstärkungsfaktoren a der Lautsprechersignale,
- – Schätzung eines Restlokalisationsfehlers mittels eines vorgegebenen Modells oder Musters, wobei das Modell oder Muster die Lokalisation der Phantomschallquelle ermittelt und durch Vergleich mit der Sollposition der Phantomschallquelle einen Restlokalisationsfehler schätzt, und
- – zweite Korrektur der Lokalisation der Phantomschallquelle – Korrektur des Restlokalisationsfehlers – durch Amplitudenanpassung mittels Verstärkungsfaktoren a und Laufzeitanpassung mittels Verzögerungen τ der Lautsprechersignale.
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Der Positions- und Ausrichtungstrecker kann dabei zum Beispiel auf Basis magnetischer Sensoren, Ultraschall- oder Infrarotsensoren aufgebaut sein. Da keine hohe Genauigkeit der Hörerpositionsbestimmung des Positions- und Ausrichtungstrackers erforderlich ist, kann auch ein markerloses, kamerabasiertes System mit einem Hörererkennungsalgorithmus zum Einsatz kommen. Solch ein System kann zusätzlich zur Hörerposition und Ausrichtung auch das Vorhandensein mehrerer Hörer erkennen.
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Das im Restlokalisationsfehlerschätzer verwendete Modell oder Muster schätzt die Lokalisation von Phantomschallquellen nach Korrektur in Bezug auf einen Bezugspunkt, zum Beispiel die Kopfmitte der Hörerposition. Die geschätzte Lokalisation der Phantomschallquelle wird mit der Solilokalisation der Phantomschallquelle verglichen. Daraus wird ein Restlokalisationsfehler bestimmt. Dieser Restlokalisationsfehler wird anschließend korrigiert. Für die Erfindung wesentlich ist, dass die Korrektur nicht nur in Bezug auf einen Bezugspunkt erfolgt, sondern anschließend der Restlokalisationsfehler geschätzt und ebenfalls korrigiert wird.
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Je nach Anwendung kann zum Beispiel ein einfaches analytisches Lokalisationsmodell oder -muster, oder ein komplexeres Lokalisationsmodell oder -muster zum Einsatz kommen, welches Außenohr, Mittelohr, Innenohr und zentrales Nervensystem modelliert.
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Die Verzögerungen τ und die Verstärkungsfaktoren a für die einzelnen Lautsprecher L1, L2, ..., Ln wenden dabei in Abhängigkeit von Hörerposition und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal durch die Parameterschätzer geschätzt. Der Prozessor wendet diese Schätzungen in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale an.
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Das Wesen der Erfindung ist die gezielte Nachführung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) bezüglich der Hörerposition durch eine spezielle Verzögerung und durch eine Amplitudenanpassung der Lautsprechersignale an die Hörerposition. Dabei wird im Besonderen die Asymmetrie der Signalwege bei einer außermittigen Hörsituation und bei Kopfdrehung berücksichtigt.
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Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels Zeichnungen näher erläutert:
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Lösungsstrategie durch Anpassung der Abstrahlcharakteristik der Lautsprecher nach dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf eine Mikrofonposition oder die Kopfmitte nach dem Stand der Technik, wobei
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2a eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Mikrofonposition oder in Bezug auf die Kopfmitte und
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2b eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Darstellung der Asymmetrie der Signalwege bei außermittiger Hörerposition zeigen.
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3 eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Lokalisation bei Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte und mit erfindungsgemäßer Korrektur des Restlokalisationsfehlers am Beispiel einer mittigen Phantomschallquelle zwischen zwei Lautsprechern,
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4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen und
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5 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahrensschrittfolge zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) an die Hörerposition.
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In 1 dargestellt ist der etwas vergrößerte Singularwiedergabebereich durch Anpassung der Abstrahlcharakteristik der Lautsprecher nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt die Verschiebung des Singularwiedergabebereiches durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte ohne Berücksichtigung von Asymmetrie der Signalwege zwischen Lautsprechern und Ohren, wobei die 2a eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Mikrofonposition oder in Bezug auf die Kopfmitte nach dem Stand der Technik und die 2b eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Darstellung der Asymmetrie der Signalwege bei außermittiger Hörerposition zeigen.
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3 veranschaulicht bei einer Sollposition 14 der mittigen Phantomschallquelle die Lokalisationsrichtung 15 einer Phantomschallquelle ohne Anpassung der Lautsprechersignale – ohne Korrektur –, die Lokalisationsrichtung 16 mit Korrektur in Bezug auf die Kopfmitte 19 bei Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte 19 und die Lokalisationsrichtung 18 mit Korrektur in Bezug auf die Kopfmitte 19 und Korrektur des Restlokalisationsfehlers 17 als erfindungsgemäße Korrektur des Restlokalisationsfehlers 17 am Beispiel einer in der Mitte 20 zwischen zwei Lautsprechern 5 – L1, L2 – angeordneten Phantomschallquelle 14.
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Nach den beiden Korrekturen stimmt die Lokalisationsrichtung 18 mit der Solllokalisationsrichtung 14 auf die zwischen den beiden Lautsprechern L1, L2 befindliche mittige Phantomschallquelle überein.
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Für die Erfindung wesentlich ist die Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte 19 und die gleichzeitige Korrektur des geschätzten Restlokalisationsfehlers 17.
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Das im Restlokalisationsfehlerschätzer verwendete Modell oder Muster schätzt die Lokalisation von Phantomschallquellen nach Korrektur in Bezug auf einen Bezugspunkt (zum Beispiel die Kopfmitte 19 der Hörerposition 3). Die geschätzte Lokalisation der Phantomschallquelle wird mit der Solllokalisation der Phantomschallquelle verglichen. Daraus wird ein Restlokalisationsfehler 17 bestimmt, welcher in 3 dargestellt ist. Dieser Restlokalisationsfehler 17 wird anschließend korrigiert. Für die Erfindung wesentlich ist, dass die Korrektur nicht nur in Bezug auf einen Bezugspunkt erfolgt, sondern anschließend der Restlokalisationsfehler 17 geschätzt und ebenfalls korrigiert wird.
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Je nach Anwendung kann zum Beispiel ein einfaches analytisches Lokalisationsmodell oder -muster, oder ein komplexeres Lokalisationsmodell oder -muster zum Einsatz kommen, welches Außenohr, Mittelohr, Innenohr und zentrales Nervensystem eines Hörers modeliiert.
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In der 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches 2 in einem stereophonen Schallwiedergabesystem 4 an die Hörerposition 3 dargestellt, zumindest folgende Funktionsgruppen enthaltend
- – einen HRTF-Block 6,
- – einen Restlokalisationsfehlerschätzer 7, dem Signale vom Block 6 zugeführt werden,
- – eine Kanaleinrichtung 8 zur Übertragung von n-kanaligen Audiosignalen an den Restlokalisationsfehlerschätzer 7,
- – einem Positions- und Ausrichtungstracker 9, zur Festellung von Postition und Ausrichtung des Hörers/der Hörer, der ebenfalls Signale an den Restlokalisationsfehlerschätzer 7 leitet,
- – einen die Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems 4 enthaltenden Speicher 10,
- – einen Parameterschätzer 11 zur Anpassung an die Hörerposition 3, der Signale von Seiten des Speichers 10 und Signale von Seiten des Positions- und Ausrichtungstrackers 9 übernimmt,
- – einen Parameterschätzer 12 zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers 17, wobei der Parameterschätzer 12 Signale vom Restlokalisationsfehlerschätzer 7 und Parameter (τI1 ... τIn und aI1 ... aIn) vom Parameterschätzer 11 zur Anpassung an die Hörerposition 3 erhält,
- – einen Prozessor 13, dem m-kanalige Audiosignale (1 bis m) aus der Kanaleinrichtung 8 sowie Parameter (τI1 + τII1 ... τIn + τIIn und aI1 + aII1 ... aIn + aIIn) aus dem Parameterschätzer 12 zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers 17 zugeführt werden, und
- – das n-kanalige stereophone Schallwiedergabesystem 4 mit mehreren Lautsprechern 5, die mit dem Prozessor 13 über n Audiosignalkommunikationsverbindungen verbunden sind und die die neuen, der geänderten Lokalisation der Phantomschallquelle angepassten Audiosignale S1, S2, ... Sn wiedergeben.
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Der Positions- und Ausrichtungstrecker 9 kann auf Basis magnetischer Sensoren, Ultraschall- oder Infrarotsensoren aufgebaut sein.
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Der Positions- und Ausrichtungstreckers 9 kann aber auch ein markerloses, kamerabasiertes System mit einem Hörererkennungsalgorithmus sein.
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Der Positions- und Ausrichtungstreckers 9 kann derart ausgebildet sein, dass er zusätzlich zur Hörerposition und Ausrichtung auch das Vorhandensein mehrerer Hörer erkennt.
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Der Prozessor 13 wendet die Schätzungen der Parameterschätzer 11, 12 in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale an, wobei sich die Schätzungen auf Verzögerungen τ und die Verstärkungsfaktoren a für die einzelnen Lautsprecher L1, L2, ..., Ln beziehen, die dabei in Abhängigkeit von Hörerposition 3 und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal in den Parameterschätzern 11, 12 geschätzt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in ein Gerät integriert sein, welches ein Monitor oder ein PC oder ein Lautsprecher oder ein Hi-Fi Gerät (Verstärker, CD-Player, Radio, ...) oder ein tragbares Kommunikationsgerät ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches 2 in stereophonen Schallwiedergabesystemen 4 an Hörerpositionen 3 unter Einsatz der vordem genannten Vorrichtung weist gemäß 5 folgende Schritte auf:
- – Verfolgung 20 der Position und die Ausrichtung der Hörerposition 3 durch einen Positions- und Ausrichtungstracker 9,
- – erste Korrektur 21 der Lokalisation 16 der Phantomschallquelle in Bezug auf die Kopfmitte 19 der Hörerposition 3 durch Verzögerung τ und Amplitudenanpassung a der Lautsprechersignale,
- – Schätzung 22 eines Restlokalisationsfehlers 17 mittels eines vorgegebenen Modells oder Musters, wobei das Modell oder Muster die Lokalisation 16 der Phantomschallquelle ermittelt und durch Vergleich mit der Sollposition 14 der Phantomschallquelle einen Restlokalisationsfehler 17 schätzt, und
- – zweite Korrektur der Lokalisation 18 der Phantomschallquelle – Ausgleich 23 des Restlokalisationsfehlers 17 – durch Amplitudenanpassung mittels Verstärkungsfaktoren a und Laufzeitanpassung mittels Verzögerungen τ der Lautsprechersignale.
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Die Verzögerungen τ und die Verstärkungsfaktoren a für die einzelnen Lautsprecher L1, L2, L3, ..., Ln werden in Abhängigkeit von Hörerposition 3 und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal geschätzt, wobei der Prozessor 13 die Schätzungen in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale anwendet.
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Bei Erkennen mehrerer Hörer durch den Positions- und Ausrichtungstracker 9 kann die adaptive Anpassung des Singularwiedergabebereiches 2 gestoppt oder in die symmetrische Position zwischen den Lautsprechern L1, L2, L3, ..., Ln zurückgeführt werden.
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Die Verstärkungsfaktoren a sind frequenzabhängig, um zum Beispiel die Restlokalisationsfehler, welche durch Elevation der wahrgenommenen Position eine Phantomschallquelle entstehen, auszugleichen.
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Die Verfolgung 20 der Hörerposition 3 und/oder die Ausrichtung des Hörers über eine Eingabe der Parameter für den Parameterschätzer 11 und den Restlokalisationsfehlerschätzer 7 können durch mindestens einen Balanceregler erfolgen.
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Die Erfindung ermöglicht es, eine gezielte Nachführung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) 2 bezüglich der Hörerposition 3 durch eine spezielle Verzögerung und durch eine Amplitudenanpassung der Audiosignale – der Lautsprechersignale – an die Hörerposition 3 zu erreichen, wobei im Besonderen die Asymmetrie der Signalwege bei einer außermittigen Hörersituation und Kopfdrehung berücksichtigt wird.
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Der Vorteil der Erfindung ist es, dass die Lokalisation im außermittigen Hörbereich eines stereophonen Audiosystems 4 erhalten bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Singularwiedergabebereich (engl. sweet spot)
- 3
- Hörerposition
- 4
- stereophones Schallwiedergabesystem
- 5
- Anordnung von Lautsprechern
- 6
- HRTF-Block
- 7
- Restlokalisationsfehlerschätzer
- 8
- Kanaleinrichtung
- 9
- Positions- und Ausrichtungstracker
- 10
- Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems enthaltender Speicher
- 11
- Parameterschätzer zur Anpassung an die Hörerposition
- 12
- Parameterschätzer zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers
- 13
- Prozessor
- 14
- Sollposition der mittigen Phantomschallquelle
- 15
- Lokalisationsrichtung ohne Korrektur
- 16
- Lokalisationsrichtung in Bezug auf die Kopfmitte
- 17
- Restlokalisationsfehler
- 18
- Lokalisationsrichtung mit Korrektur in Bezug auf die Kopfmitte und Korrektur des Restlokalisationsfehlers
- 19
- Kopfmitte
- 20
- Mitte zwischen zwei Lautsprechern
- 20
- Schritt: Verfolgung
- 21
- Schritt: Korrektur
- 22
- Schritt: Schätzung
- 23
- Schritt: Ausgleich
- L1
- erster einzelner Lautsprecher
- L2
- zweiter einzelner Lautsprecher
- Ln
- n-ter einzelner Lautsprecher
