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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers, bei welchem, mittels einer bereitgestellten, eine Richtwirkung aufweisenden realen Quelle S1, ein fokussierter Schall abgestrahlt wird, welcher den Hörer auf einem direkten Weg zwischen der realen Quelle S1 und dem Hörer zu einem Zeitpunkt t1 als Direktschall-Anteil und nach mindestens einer Reflexion aus einer von der Richtung der realen Quelle S1 verschiedenen Richtung zu einem Zeitpunkt t0 als reflektierter Schall-Anteil erreicht.
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Durch eine Lokalisationsmaskierung soll bei einem Hörer eine Verdeckung der Richtung des Schalls einer realen Quelle eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems erreicht werden. Gleichzeitig soll die Wahrnehmung der Richtung des Hörers in eine Richtung ungleich der Richtung der realen Quelle verstärkt werden.
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Schallprojizierende Audiowiedergabesysteme werden von einer oder mehreren realen Quellen mit beispielsweise hoher Richtwirkung gebildet, die sich in einem Raum mit schallreflektierenden Grenzflächen befinden. Eine reale Quelle kann hierbei einen oder mehrere Schallwandler wie beispielsweise Lautsprecher umfassen. Derartige schallreflektierende Grenzflächen sind beispielsweise Wände, Fenster und Türen. Durch eine Abstrahlung stark fokussierter Schallbündel durch die realen Quellen können gezielt Reflexionen an diesen schallreflektierenden Grenzflächen erzeugt werden. Durch eine dieser Reflexionen oder ein Zusammenwirken mehrerer Reflexionen werden sogenannte virtuelle Quellen gebildet.
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Mit derartigen schallprojizierenden Audiowiedergabesystemen kann unter gezielter Nutzung von Reflexionen eine auditive Richtungswahrnehmung von beispielsweise Tönen oder Instrumenten weg von der realen Quelle verschoben werden.
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Die erreichbare Richtwirkung von realen Quellen ist physikalisch durch ihre begrenzte Größe und Anzahl ihrer an der Schallabstrahlung beteiligten Teilelemente beschränkt. Weitere Ausführungen hierzu werden beispielsweise in OLSON, H.: Acoustical Engineering. D. Van Nostrand Company INC., Princeton, New Jersey, Toronto, New York, London, 1957 aufgeführt.
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Die resultierende Fokussierungsleistung ist frequenzabhängig und auf einen mittleren Frequenzbereich begrenzt.
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Die auditive Wahrnehmung des Hörers wird nicht nur von projiziertem Schall aus der Richtung von einer oder mehreren virtuellen Quellen beeinflusst, sondern auch durch den direkten Schall, der direkt aus der Richtung einer oder mehrerer realer Quellen eintrifft. Dieser direkte Schall legt keine Reflexionspfade zurück und erreicht einen Hörer somit früher als der projizierte Schall.
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Je nach Frequenzabhängigkeit der Fokussierungsleistung unterscheiden sich die spektrale Zusammensetzung sowie die Gesamtenergie beider Schallanteile. Abhängig von seiner spektralen Zusammensetzung und der verbleibenden Gesamtenergie kann der direkte Schall die auditive Richtungswahrnehmung eines Hörers dominieren. Durch den Präzedenzeffekt kommt es dann bei einem Hörer zu einer Lokalisation beispielsweise eines Tones oder eines Instruments in Richtung der realen Quelle oder Quellen. Alternativ ist es auch möglich, dass das Hörereignis des Hörers in Anteile zerfällt, die sich in verschiedenen Richtungen befinden. Als Quellen hierfür können Wühle, T.; Merchel, S.; Altinsoy, M.: Evaluation of auditory events with projected sound sources using perceptual attributes. In: Audio Engineering Society 142nd Convention, 2017 oder Wühle, T.; Altinsoy, M.: Investigation of auditory events with projected sound sources. In: 173rd Meeting of Acoustical Society of America and 8th Forum Acusticum, 2017 benannt werden.
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Reale Quellen schallprojizierender Audiowiedergabesysteme werden meist von sogenannten Lautsprecherarrays gebildet, bei welchen mehrere Lautsprecher bzw. Schallwandler nebeneinander und/oder übereinander angeordnet werden. Für Frequenzen kleiner als eine bestimmte untere Grenzfrequenz ist, bedingt durch das Verhältnis der Größe eines Lautsprecherarrays zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls, keine Fokussierung erreichbar. Für Frequenzen größer als eine bestimmte obere Grenzfrequenz kollabiert die Fokussierungsleistung durch sog. Spatial Aliasing u.U. mehrfach. Beim Spatial Aliasing bilden sich bei einer vom Verhältnis eines Lautsprecherabstandes zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls abhängigen Frequenz an den Seiten der Abstrahlcharakteristik neue Hauptkeulen aus, welche mit steigender Frequenz in Richtung der ursprünglichen Hauptkeule wandern.
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Um die Fokussierungseigenschaften derartiger Lautsprecherarrays zu optimieren, haben sich bereits zahlreiche Ansätze im bekannten Stand der Technik etabliert. Bekannt sind beispielsweise spezielle Lautsprecheranordnungen und/oder eine entsprechende Signalverarbeitung zur Optimierung der Fokussierungsleistung hinsichtlich des Frequenzbereichs, erreichbarer Nebenkeulendämpfung und/oder der Verringerung von Spatial Aliasing.
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Lösungen aus diesem Stand der Technik sind KLEPPER, D.; STEELE, D.: Constant Directional Characteristics from a Line Source Array. In: Journal of the Audio Engineering Society 11 (1963), July, Nr. 3, S. 198-202, MÖSER, M.: Amplituden- und Phasen-gesteuerte akustischen Sendezeilen mit gleichmäßiger Horizontal-Richtwirkung. In: Acustica 60 (1986), April, Nr. 2, S. 91-104, VAN DER VAL, M.; START, E.; DE VRIES, D.: Design of Logarithmically Spaced Constant Directivity Transducer Arrays. In: Journal of the Audio Engineering Society 44 (1996), June, Nr. 6, S. 497-507 und VAN BEUNINGEN, G.; START, E.: Optimizing Directivity Properties of DSP controlled Loudspeaker Arrays. In: Reproduced Sound 16 Conference, Statford (UK), 2000 entnehmbar.
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Weitere Beispiele finden sich in KEELE JR., D.: The Application of Broadband Constant Beamwidth Transducer (CBT) Theory to Loudspeaker Arrays. In: Audio Engineering Society Convention 109, 2000 oder KEELE JR., D.: Implementation of Staright-Line and Flat-Panel Constant Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Arrays using Signal Delays. In: Audio Engineering Society Convention 113, 2002.
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Mittels spezieller mechanischer Anordnung einzelner Lautsprecher und/oder zusätzlicher digitaler Verarbeitung ihrer Ansteuerungssignale wird ein homogeneres Fokussierungsverhalten insbesondere im mittleren Frequenzbereich erreicht oder die Auswirkung von Spatial Aliasing reduziert. Bekannt sind derartige Ansätze auch als „constant beamwidth“ Ansätze.
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Ebenfalls bekannt sind sogenannte „superdirective“ Ansätze, die eine vergleichsweise starke Fokussierung ermöglichen und den Wirkungsfrequenzbereich der Fokussierung in geringem Umfang zu tiefen Frequenzen erweitern. Ausführungen hierzu finden sich in BITZER, J.; SIMMER, K.: Superdirective Microphone Arrays. In: BRANDSTEIN, M. (Hrsg.); WARD, D. (Hrsg.): Microphone Arrays. Springer Verlag, 2001, S. 19-37 und GÁLVEZ, M. F. S.; ELLIOTT, S. J.; CHEER, J.: A Superdirective Array of Phase Shift Sources. In: Journal of the Acoustical Society of America 132 (2012), June, Nr. 2, S. 746-756.
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Aus WIERSTORF, H. et al.: „Die Rolle des Präzedenzeffektes bei der Wahrnehmung von räumlichen Aliasingartefakten bei der Wellenfeldsynthese“. In: Fortschritte der Akustik (DAGA‘10), 36. Jahrestagung für Akustik. Deutsche Gesellschaft für Akustik. 2010 ist ein Verfahren zur Wellenfeldsynthese (WFS) bekannt. Die Wellenfeldsynthese (WFS) ist ein Wiedergabeverfahren zur möglichst naturgetreuen Nachbildung des Schallfeldes einer real auftretenden akustischen Szene in einem möglichst großen Zuhörerbereich.
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Die Wellenfeldsynthese basiert auf der gemeinsamen und damit zeitlich überlappenden Ansteuerung realer akustischer Quellen (sog. „Secondary Sources“), die beispielsweise um den Zuhörerbereich angeordnet sind. Qualitativ lässt sich der Ansatz der Wellenfeldsynthese so verstehen, dass sich die jeweils von den einzelnen Secondary Sources abgestrahlten (Kugel-)wellen zu einer gemeinsamen Wellenfront, des zu synthetisierenden Wellenfeldes überlagern (Huygenssches Prinzip).
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In ZIEMER, T.: „A Psychoacoustic Approach to Wave Field Synthesis“, Institute of Musicology, University of Hamburg, Germany. In: AES Conference: 42nd International Conference: Semantic Audio (July 2011); July 22, 2011. http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=15942 wird ein Lösungsvorschlag für den Fall wahrnehmungsbestimmender Vor-Echos bei einer Wellenfeldsynthese vorgestellt. Es wird diskutiert, dass der negativ lokalisationsbestimmende Einfluss von Vor-Echos besonders bei Transienten im Wiedergabesignal hervortritt. Im Wiedergabesignal werden daraufhin zunächst transiente Komponenten identifiziert. Diese Transienten werden daraufhin nur über jeweils den Lautsprecher wiedergegeben, der der Richtung der virtuellen Quelle am nächsten ist. Alle anderen Lautsprecher werden für den Zeitraum der Wiedergabe des Transienten kurzzeitig deaktiviert und danach mit exponentiellem Verlauf wieder eingeblendet.
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Ziel ist es, durch den so angeregten Präzedenzeffekt eine auditive Richtungswahrnehmung in Richtung des verbleibenden Lautsprechers zu erzeugen der die Transiente wiedergibt (sog. „precedence fade“).
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Neben der Abstrahlung fokussierter Schallbündel kommt in modernen schallprojizierenden Audiowiedergabesystemen eine auf eine kopfbezogene Übertragungsfunktion (HRTF) basierende Filterung von direkt oder indirekt über Projektion abgestrahlten Schallanteilen zum Einsatz, um beim Hörer eine von der Richtung der realen Quelle abweichende Lokalisation zu erzeugen. Die sogenannte kopfbezogene Übertragungsfunktion oder Außenohrübertragungsfunktion (HRTF, engl.: Head-Related Transfer Function) beschreibt eine komplexe Filterwirkung, an welcher Kopf, Außenohr und Rumpf eines Menschen beteiligt sind.
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Eine Anwendung einer HRTF Filterung basiert auf Messungen zum Richtverhalten des Außenohres. Dieses Richtungsverhalten prägt einem Schall den Frequenzgang auf, welchen er hätte, wenn er aus einer bestimmten Richtung auf den Hörer treffen würde. Beispielsweise kann der Anteil hoher Frequenzen reduziert werden, um die Illusion zu erzeugen, dass der Schall von einer Position hinter dem Hörer abgestrahlt wird. So lässt sich die Wahrnehmung des Schalls in einer bestimmten Richtung unterstützen. Derartige Ansätze sind beispielsweise aus der Druckschrift
US 9,674,609 B2 bekannt.
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Herkömmliche schallprojizierende Audiowiedergabesysteme, bei denen die Erzeugung virtueller Quellen ausschließlich auf der Nutzung von Reflexionen beruht, sind aufgrund physikalischer Beschränkungen grundsätzlich auf einen mittleren Wirkungsfrequenzbereich begrenzt. Hierbei hat die Ausdehnung des Arrays einen Einfluss auf die untere Grenzfrequenz, wegen einer mangelnden Bündelungsfähigkeit bei großen Wellenlängen, während der Abstand der Lautsprecher zueinander die obere Grenzfrequenz (Spatial Aliasing) beeinflusst.
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Komplexe Signalverarbeitungsansätze zur Verbesserung der absoluten Fokussierungsleistung und/oder zur Aufweitung des Wirkungsfrequenzbereiches sind besonders anfällig gegen Ungleichmäßigkeiten innerhalb der einzelnen Kanäle, wie in Cox, H.; Zeskind, R.; Kooij, T.: Practical Supergain. In: IEEE Transactions on Acoustics Speech and Signal Processing 34 (1986), June, Nr. 3, S. 393-398 und Mabande, E.; Kellermann, W.: Towards Superdirective Beamforming with Loudspeaker Arrays. In: Conf. Rec. International Congress on Acoustics, 2007 ausgeführt wird.
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Bereits minimale Schwankungen in der Einbauposition der Lautsprecher oder fertigungsbedingte Abweichungen im Übertragungsverhalten der einzelnen Lautsprecher führen dazu, dass die theoretische Leistungsfähigkeit derartiger Ansätze in der Praxis oft nicht erreicht wird. Damit kann nur für Wiedergabesignale mit bestimmten spektralen und temporalen Eigenschaften eine Unterdrückung der Lokalisation in Richtung der realen Quelle erreicht werden.
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Unter spektralen Eigenschaften werden die Frequenzbestandteile eines Signals verstanden.
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Unter temporalen Eigenschaften wird ein Zeitverlauf eines Signals, wie beispielsweise ein Schalldruck-Zeit-Verlauf, verstanden.
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Die zugrundeliegenden Daten für HRTF-basierte Filterung für direkt oder indirekt über Projektion abgestrahlte Schallanteile, wie sie in komplexen schallprojizierenden Audiowiedergabesystemen angewendet wird, basieren meist auf Kunstkopfmessungen oder Mittelung über eine vergleichsweise geringe Anzahl von Messungen an Versuchspersonen. Sie unterscheiden sich u.U. deutlich von den individuellen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen der Hörer, was den erreichbaren Effekt begrenzt. Wird eine virtuelle Quelle gemeinsam durch Schallprojektion und HRTF-basierte Filterung erzeugt, kann durch die entstehenden Mischprodukte bei der Superposition der entsprechenden Schallanteile Fehllokalisation auftreten oder eine klare Lokalisation völlig ausbleiben.
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Somit besteht ein Bedarf an einer Lösung, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine Verbesserung der Unterdrückung der auditiven Lokalisation in Richtung einer oder mehrerer realer Quellen eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ermöglicht.
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Im Gegensatz zur absoluten Maskierung geht es hierbei nicht um das Unhörbar machen der realen Quelle, sondern ausschließlich um das Verhindern der Wahrnehmung der Richtung der realen Quelle, welches auch als Lokalisationsmaskierung bezeichnet werden kann.
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Dies ist besonders interessant für den Fall, dass eine begrenzte absolute Fokussierungsleistung sowie der physikalisch begrenzte Wirkungsfrequenzbereich einer oder mehrerer realer Quellen die Schallprojektion mit klassischen Methoden erschweren oder verhindern.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers anzugeben, womit eine Verbesserung der Unterdrückung der auditiven Lokalisation einer Richtung einer oder mehrerer realer Quellen eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ermöglicht wird. Derart soll eine auditive Richtungswahrnehmung eines Hörers weg von einer realen Quelle verschoben werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.
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Für eine Unterdrückung der auditiven Lokalisation einer Richtung einer realen Quelle eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ist es vorgesehen, mindestens eine zusätzliche Schallinstanz zu erzeugen, welche ein Hörer als mindestens eine virtuelle Schallquelle aus einer von der realen Quelle abweichenden Richtung wahrnimmt. Durch eine Erzeugung dieser zusätzlichen Schallinstanz derart, dass diese zeitlich vor dem Schall der realen Quelle beim Hörer eintrifft und die Ausnutzung des Präzedenzeffekts wird eine Unterdrückung der Lokalisation in Richtung der realen Schallquelle und eine Verschiebung der Lokalisation erreicht. Dieser Vorgang wird auch als Lokalisationsmaskierung bezeichnet und unterscheidet sich somit von einer absoluten Maskierung. Bei einer absoluten Maskierung ist es das Ziel, bestimmte Schallanteile unhörbar zu machen.
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Zur Umsetzung des Verfahrens erfolgt zunächst eine Charakterisierung der konkreten Wiedergabesituation mittels einer Messung oder Einmessung der Umgebung. In einem bestimmten und räumlich begrenzten Wiedergabegebiet können dazu die Impulsantworten der direkten und projizierten Schallübertragungspfade bestimmt werden. Dies kann mit Hilfe eines Messsystems oder basierend auf geometrischen, akustischen bzw. elektroakustischen Modellen von Wiedergaberaum und realer Quelle erfolgen.
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Nachfolgend werden die komplexen Frequenzgänge L(f) der Übertragungspfade abgeleitet sowie die zugehörigen Verzögerungszeiten Δt, mit welchen die Schallanteile aus Richtung der virtuellen Quelle mittels mindestens einer Reflektion in Bezug auf die Schallanteile direkt aus Richtung der realen Quelle beim Hörer eintreffen. Auch wenn in dieser Beschreibung zur Vereinfachung von einer realen Quelle und einer virtuellen Quelle gesprochen wird, ist es dem Fachmann selbstverständlich klar, dass auch mehrere reale Quellen und mehrere virtuelle Quellen gemeint sein können. Eine virtuelle Quelle kann beispielsweise an einem Reflexionspunkt ausgebildet werden. Alternativ kann eine virtuelle Quelle beispielsweise durch zwei oder mehr Reflexionspunkte ausgebildet werden. In einem Beispiel kann eine virtuelle Quelle in der Mitte einer Wegstrecke zwischen zwei Reflexionspunkten ausgebildet werden.
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Die komplexen Frequenzgänge weisen einen Betrag und eine Phase auf und ermöglichen somit eine eindeutige Charakterisierung, ausgehend von der im Zeitbereich definierten Impulsantwort.
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Auf Grundlage dieser Daten generiert beispielsweise ein sogenannter Lokalisationsmaskierungsprozessor eine zusätzliche Schallinstanz, welche aus Richtung einer Reflektion, beispielsweise verschoben um eine definierte Zeit ΔtM, an der Hörposition eintrifft.
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Bei Nutzung eines Reflexionspfades, auf welchem der Schall der zusätzlichen Schallinstanz, beispielsweise an Wänden innerhalb eines Raumes, reflektiert wird, erreicht die zusätzliche Schallinstanz den Hörer aus einer von der Abstrahlrichtung verschiedenen Richtung. Somit kann beispielsweise ein von seitlich oder aus einem Bereich hinter dem Hörer eintreffendes Schallereignis erzeugt werden. Da durch die Einmessung der Umgebung beispielsweise eine Beschaffenheit und die Geometrie eines Raumes bekannt ist, kann durch ein Abstrahlen von Schall in eine definierte Richtung ein gewünschter Effekt, wie eine Schalleinwirkung von hinten rechts, beim Hörer erzeugt werden.
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Vorgesehen ist es, das Abstrahlen der zusätzlichen Schallinstanz zeitlich zu steuern. Durch das Wissen um den Reflexionspfad ist eine zeitliche Steuerung derart möglich, dass die zusätzliche Schallinstanz früher beim Hörer eintrifft und derart die Lokalisierungsmaskierung der realen Quelle ermöglicht.
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In einer Alternative ist es vorgesehen, dass der Lokalisationsmaskierungsprozessor mehrere zusätzliche Schallinstanzen generiert, welche aus verschiedenen Richtungen der Reflektionen, jeweils verschoben um definierte Zeitdifferenzen ΔtM , an der Position des Hörers eintreffen. Hierbei können die Zeitdifferenzen ΔtM zwischen den mehreren zusätzlichen Schallinstanzen gleich oder verschieden voneinander sein.
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Im Vergleich zur Wiedergabe ohne Lokalisationsmaskierung kann dadurch eine absolute Verzögerung entstehen, welche durch eine Pufferspeicherung des Wiedergabesignals ermöglicht wird.
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Außerdem ist es vorgesehen, dass eine oder mehrere zusätzliche Schallinstanzen vorverzerrt werden können, um beispielsweise denselben komplexen Frequenzgang, bedingt durch eine fokussierungsbedingte frequenzabhängige Amplitudendämpfung, wie der ursprüngliche Direktschall, aufzuweisen.
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Nach dem sogenannten Präzedenz-Effekt, welcher auch als das „Gesetz der ersten Wellenfront“ bezeichnet wird, wird das gleiche Schallsignal, welches zeitverzögert aus unterschiedlichen Richtungen bei einem Hörer eintrifft, derart wahrgenommen, dass das zuerst eintreffende Schallsignal die Richtung der Wahrnehmung beim Hörer bestimmt. Somit wird auch den verzögert beim Hörer eintreffenden Schallsignalen die Richtung des zuerst eintreffenden Schallsignals zugeordnet.
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Der Präzedenzeffekt zwischen zusätzlicher Schallinstanz und ursprünglichem Direktschall führt nun dazu, dass der Direktschall in Richtung der virtuellen Quelle lokalisiert wird. Je nach Wiedergabesignal, Wiedergabesituation und Aufbau der realen Quelle kann eine weitere Manipulation des komplexen Frequenzganges und/oder des Lokalisierungsmaskierungspegels LM der zusätzlichen Schallinstanz(en) erforderlich sein.
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Bei einer derartigen Manipulation des komplexen Frequenzganges können beispielsweise subjektive Nutzereinstellungen und/oder raumakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen und/oder psychoakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen und/oder elektroakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen berücksichtigt werden.
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Ein Nutzer kann beispielsweise die Größe des Lokalisierungsmaskierungspegels LM oder einen Wirkfrequenzbereich nach eigenem Geschmack wählen.
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Elektroakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen beziehen sich auf Vorhersagen zu einem zu erwartenden Übertragungsverhalten der realen Quelle, die als Teil des Übertragungspfades anzusehen ist.
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Raumakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen beziehen sich auf Vorhersagen zum Einfluss des Raumes mithilfe von Modellen oder Schätzungen. Beispielsweise kann mittels Vorgaben zu einer Raumgröße, Position von realer Quelle und Nutzer sowie den Reflexionseigenschaften der Wände, wie einem Absorptionsgrad oder einem Streuverhalten, eine Vorhersage zu einem zu erwartenden Übertragungsverhalten des Raums erzeugt werden. Dieses Wissen kann zur Bestimmung eines optimalen komplexen Frequenzgangs oder eines optimalen Lokalisierungsmaskierungspegels LM genutzt werden.
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Psychoakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen beziehen sich auf Vorhersagen im Bezug zu einer menschlichen Lokalisation unter Einwirkung bekannter Ohrsignale. Sind beispielsweise die Signale an den Ohren eines Nutzers durch Messungen, Nutzung von Modellen des Verhaltens von realer Quelle und/oder Raum oder ähnlichem bekannt, so kann eine Vorhersage darüber erzeugt werden, ob eine gewünschte Lokalisation erreichbar ist oder nicht. Derart können auch Auswirkungen verschiedener Manipulationen getestet und derart beispielsweise ein Optimum bestimmt werden. Unter Messungen werden hierbei Wahrnehmungsexperimente bzw. Hörversuche verstanden, mit welchen die Lokalisation oder lokalisationsbestimmende Schwelle unter Einwirkung definierter Ohrsignale untersucht werden.
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Der Lokalisierungsmaskierungspegel LM bzw. die Amplitude einer zusätzlichen Schallinstanz kann kleiner, gleich oder größer als der Pegel L der zugehörigen realen Quelle sein. So kann beispielsweise der erste Lokalisierungsmaskierungspegel LM1 kleiner, gleich oder größer als der erste Pegel L1 der realen Quelle sein.
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Um eine zusätzliche Schallinstanz aus Richtung der Reflektionen abzustrahlen, werden projizierte Schallübertragungspfade genutzt.
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Gemäß den beschriebenen physikalischen Zusammenhängen erzeugt diese Abstrahlung einen zugehörigen zusätzlichen Direktschall, der die Lokalisation in der gleichen Weise wie der ursprüngliche Direktschall bestimmen kann. Dies ist der Fall, wenn der zusätzliche Direktschall noch immer eine lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle überschreitet. In diesem Fall kann der zusätzliche Direktschall durch die erneute Erzeugung einer entsprechenden weiteren zusätzlichen Schallinstanz aus Richtung einer Reflexion lokalisationsmaskiert werden. Bestimmt der dadurch entstehende weitere zusätzliche Direktschall die auditive Richtungswahrnehmung des Hörers noch immer, kann in gleicher Weise weiter verfahren werden.
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Es resultiert eine Kaskadierung von n Lokalisationsmaskierungsstufen (mit LM
n und ΔtM
n ), bis der am frühesten beim Hörer eintreffende zusätzliche Direktschall die lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle nicht mehr überschreitet und damit eine Lokalisation in Richtung der realen Quelle ausbleibt. Ein spezieller Fall dieser Kaskadierung besteht darin, dass alle zusätzlichen Schallinstanzen einander zeitlich vorgelagert sind.
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Eine Beurteilung des lokalisationsbestimmenden Einflusses des Direktschalls kann beispielsweise auf Basis sogenannter psychoakustischer Modelle erfolgen.
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In Abhängigkeit von der temporalen und spektralen Charakteristik der beispielsweise mehreren zusätzlichen Schallinstanzen kann eine zusätzliche Manipulation der temporalen und spektralen Charakteristik des Schalls der virtuellen Quelle So 10 erfolgen. Dies kann beispielsweise optional mittels einer Hüllkurvenmanipulation oder einer HRTF-Filterung erfolgen.
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Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:
- 1: ein Prinzipdarstellung des Verfahrens zur Lokalisationsmaskierung einer realen Quelle in einem schallprojizierenden Audiowiedergabesystem,
- 2: eine Darstellung eines schematischen Ansatzes zur Erzeugung einer virtuellen Quelle aus dem Stand der Technik,
- 3: eine Darstellung eines Zeit-Amplitudendiagramms für ein Szenario nach 2,
- 4: ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz in einer idealisierten Darstellung,
- 5: ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz in einer nicht idealisierten Darstellung und
- 6: eine weitere schematische Darstellung der Erfindung mit mehreren zusätzlich erzeugten Schallinstanzen.
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In der 1 ist eine Prinzipdarstellung des Verfahrens zur Lokalisationsmaskierung einer realen Quelle in einem schallprojizierenden Audiowiedergabesystem gezeigt.
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Nach einer Charakterisierung bzw. Einmessung der Wiedergabesituation in einem bestimmten Gebiet wie einem Raum 6, in welchem das schallprojizierende Audiowiedergabesystem angeordnet ist, sind die Parameter L(f); Δt; ϑ; φ für jeden der direkten und projizierten Übertragungskanäle ermittelt worden. Hierbei ist mit einem direkten Übertragungskanal ein Weg 8 eines direkten Schalls der realen Quelle S1 1 und mit einem projizierten Übertragungskanal ein Weg 9 eines indirekten Schalls der virtuellen Quelle S0 10 gemeint. Hierbei steht L(f) für den komplexen Frequenzgang, Δt für die Verzögerungszeit, ϑ und φ für Elevations- und Azimutwinkel im Kugelkoordinatensystem, mit welchem eine Beschreibung einer Senderichtung des jeweiligen Schallbündels der realen Quelle in den Raum erfolgt.
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Nachfolgend wird in einem Prozessor für jedes Wiedergabesignal x(t) mit der gewünschten Lokalisationsrichtung ϑLok; φLok der lokalisationsbestimmende Einfluss des Direktschalls bestimmt und darauf basierend die Anzahl und die Eigenschaften der zur Wiedergabe mit Lokalisationsmaskierung erforderlichen Schallbündel bzw. Beams mit entsprechenden zusätzlich erzeugten Schallinstanzen 13, 13a, 13b, ..., 13n festgelegt. Anschließend werden für jedes Schallbündel das erforderliche Ansteuerungssignal y(t) und die erforderliche Abstrahlrichtung ϑBeam; φBeam berechnet und zur Wiedergabe an das schallprojizierende Audiowiedergabesystem weitergeleitet.
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Die 2 zeigt eine Darstellung eines schematischen Ansatzes zur Erzeugung einer virtuellen Quelle aus dem Stand der Technik.
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Die 2 zeigt eine reale Quelle S1 1 eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems, welche im Beispiel aus acht Lautsprechern 2 besteht, welche wie dargestellt in einer Reihe oder einer Spalte oder einem Array mit mehreren Reihen und Spalten angeordnet sein können. Der von dieser realen Quellen S1 1 erzeugte Schall breitet sich beispielsweise in der dargestellten Abstrahlcharakteristik 3 in den Raum 6 aus. Die Abstrahlcharakteristik 3, welche auch als Richtdiagramm bezeichnet wird, weist eine Hauptabstrahlrichtung mit einer Hauptkeule 4 und mehrere Nebenkeulen 5 auf.
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Die reale Quelle S1 1 ist in einem Raum 6 angeordnet, welcher mittels einer Strich-Strich-Linie dargestellt ist. In diesem Raum befindet sich ein Hörer 7, beispielsweise an der dargestellten Position.
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Nach diesem schematischen Ansatz erfolgt die Erzeugung einer virtuellen Quelle S0 10 mit Hilfe von Reflexionen an den Wänden 11 des Raums 6 und durch eine Projektion des Schalls, welcher von der realen Quelle S1 1 in der Richtung der Hauptkeule 4 abgestrahlt wird. Im dargestellten Beispiel gelangt dieser Schall nach zwei Reflexionen an den Wänden 11 zum Hörer 7. Der Weg des reflektierten Schalls 9 führt zur Erzeugung einer virtuellen Quelle S0 10, welche der Hörer im Beispiel von rechts hinten wahrnimmt.
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Im Beispiel erreicht der direkte Schall der realen Quelle S1 1 den Hörer über den Weg 8. Dieser direkt aus Richtung der realen Quelle S1 1 abgestrahlte Schall stammt aus einem Bereich mit fokussierungsbedingter Amplitudendämpfung im Bereich der Nebenkeulen 5. Da dieser maximal die Intensität einer Nebenkeule 5 der Abstrahlcharakteristik 3 aufweist und somit für den Hörer 7 schwächer als der Schall über den Weg 9 wahrgenommen wird, entsteht eine resultierende Hörereignisrichtung 12 für den Hörer 7 in Richtung der virtuellen Quelle S0 10.
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Die dargestellte Abstrahlcharakteristik 3 der realen QuelleS1 1 gilt beispielhaft für einen mittleren Frequenzbereich. Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann die in der 2 gezeigte resultierende Hörereignisrichtung 12 des Hörers 7 im unteren und oberen Frequenzbereich nicht derart erfolgreich oder nicht mehr erreicht werden.
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Die 3 zeigt im linken Teil der Figur ein schematisches Zeit-Amplitudendiagramm des aus Richtung der virtuellen Quelle S0 10 und direkt aus Richtung der realen Quelle S1 1 an der Hörposition eines Hörers 7 eintreffenden Schalls. Im rechten Teil der 3 ist die resultierende Hörereignisrichtung 12 mit einer beispielhaft angeordneten realen Quelle S1 1 und einer virtuellen Quelle S0 10 dargestellt. Die Visualisierung von realer Quelle S1 1 und virtueller Quelle S0 10 mit Hilfe von Lautsprechersymbolen dient der Vereinfachung der Erklärung und stellt keine Einschränkung dar.
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Wie zu erkennen ist, trifft der Schall der realen Quelle S1 1, über den in der 3 nicht dargestellten Weg 8 des direkten Schalls als Direktschall-Anteil 15, beim Hörer 7 beispielsweise zum Zeitpunkt t1 und mit einem beispielhaften Pegel L1 bzw. einer Amplitude ein. Hierbei könnte der dargestellte Pegel L1 bzw. die Amplitude beispielsweise ein Schalldruckpegel in dB[SPL] (SPL; engl.: Sound Pressure Level) oder ein Schalldruck gemessen in Pa sein.
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Der Schall der virtuellen Quelle S0 10, welcher über den in der 3 nicht dargestellten Weg 9 des reflektierten Schalls beim Hörer 7 als reflektierter Schall-Anteil 16 ankommt, trifft beim Hörer beispielsweise zum Zeitpunkt t0 ein. Dieser Zeitpunkt t0 liegt um eine Zeitdifferenz von Δt verzögert nach dem Eintreffen des direkten Schalls der realen Quelle S1 1. Der Grund für diese zeitliche Verzögerung von Δt liegt im längeren Weg 9 des reflektierten Schalls gegenüber dem Weg 8 des direkten Schalls, wie es in der 2 dargestellt ist.
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Der Schall der virtuellen Quelle S0 10 weist einen um die Differenz von ΔL größeren Pegel L0 bzw. eine Amplitude auf. Der Grund für diesen größeren Pegel L0 bzw. die Amplitude liegt in der Richtwirkung bzw. Abstrahlcharakteristik 3, nach welcher der über den Weg 9 zum Hörer 7 gelangende Schall der virtuellen Quelle S0 10 im Bereich der Hauptkeule 5 der realen Quelle S1 1 abgestrahlt wird.
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In diesem Beispiel entsteht eine resultierende Hörereignisrichtung 12 in Richtung der realen Quelle S1 1, wie es im rechten Teil der 3 dargestellt ist. Der Grund für eine derartige Wahrnehmung beim Hörer 7 liegt darin, dass nach dem Präzedenzeffekt der zuerst beim Hörer 7 eintreffende Schall die auditive Richtungswahrnehmung dominiert.
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Die 4 zeigt ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 in einer idealisierten Darstellung. Im linken Teil der 4 ist wiederum ein schematisches Zeit-Amplitudendiagramm des aus Richtung der virtuellen Quelle S0 10 kommenden reflektierten Schall-Anteils 16 und des aus Richtung der realen Quelle S1 1 direkt an der Hörposition eines Hörers 7 eintreffenden Direktschall-Anteil 15 gezeigt. Im rechten Teil der 4 ist die resultierende Hörereignisrichtung 12 mit einer beispielhaft angeordneten realen Quelle S1 1 und einer virtuellen Quelle S0 10 dargestellt.
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Wie zu erkennen ist, wird die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 derart bereitgestellt, dass diese dem Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle S1 1 zeitlich vorgelagert, um eine Zeitdifferenz von ΔtM1 früher, beim Hörer 7 eintrifft.
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In einer besonderen Ausführung kann die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 derart bereitgestellt werden, dass diese zeitgleich mit dem Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle S1 1 beim Hörer 7 eintrifft. Auch in diesem Fall ist eine Lokalisationsmaskierung möglich, wenn die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 so ausgeführt ist, dass Signalmerkmale des Direktschall-Anteils 15 so ergänzt werden, dass die Lokalisation in dessen Richtung erschwert oder verhindert wird. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche Signalanteile die Transienten verhindern oder eine Erzeugung mehrdeutiger Lokalisation durch Phasenverschmierung erreicht werden.
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In einer weiteren besonderen Ausführung kann die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 derart bereitgestellt werden, dass diese zeitlich verzögert bzw. später als der Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle S1 1 beim Hörer 7 eintrifft.
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Der Lokalisationsmaskierungspegel LM1 bzw. die Amplitude der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 kann, wie in der 4 dargestellt, kleiner als der Pegel oder die Amplitude der virtuellen Quelle S0 10 sein. Der Lokalisationsmaskierungspegel LM1 bzw. die Amplitude der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 kann kleiner, gleich oder größer als der PegelL1 der realen Quelle S1 1 sein.
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Mittels eines idealen Hinzufügens einer zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 wird eine Lokalisationsmaskierung des Direktschall-Anteils 15 der realen Quelle S1 1 erreicht. Hierdurch entsteht eine resultierende Hörereignisrichtung 12 in der Richtung der virtuellen Quelle S0 10, wie es im rechten Teil der 4 dargestellt ist.
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In der 5 ist ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 in einer nicht idealisierten Darstellung gezeigt. Der linke Teil der 5 zeigt die bereits aus der 4 bekannten Bestandteile des beim Hörer 7 eintreffenden reflektierten Schall-Anteils 16 der virtuellen Quelle S0 10 und des Direktschall-Anteils 15 der realen Quelle S1 1 sowie die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 in einer idealisierten Darstellung.
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Durch die unvollkommene Fokussierungsleistung der realen Quellen S1 1, bedingt durch die nicht ideale Abstrahlcharakteristik 3 entsteht im Bereich der Nebenkeulen 5 ein zusätzlicher Direktschall-Anteil 14, welcher den Hörer 7 aus Richtung der realen Quelle S1 1 erreicht. Dieser über den Weg 8 direkt zum Hörer 7 übertragene unerwünschte zusätzliche Direktschall-Anteil 14 ist im linken Teil der 5 dargestellt. Dieser zusätzliche Direktschall-Anteil 14 trifft beim Hörer 7 beispielsweise mit einem um ΔL gegenüber der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 geringerem Pegel bzw. einer kleineren Amplitude ein. Dieser zusätzliche Direktschall-Anteil 14 trifft beispielsweise mit einer zeitlichen Differenz von Δt vor der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 ein.
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Für bestimmte Anwendungsfälle kann derart eine ausreichende Beeinflussung der resultierenden Hörereignisrichtung 12 erreicht werden. Für den Fall, dass der Pegel bzw. die Amplitude des unerwünschten zusätzlichen Direktschall-Anteils 14 eine lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle beim Hörer 7 erreicht oder überschreitet, kommt es zu einer unerwünschten Beeinflussung der resultierenden Hörereignisrichtung 12. Wie im rechten Teil der 5 dargestellt, kann die resultierenden Hörereignisrichtung 12 durch zwei Bestandteile beeinflusst werden. Der erste erwünschte Bestandteil führt zu einer Beeinflussung der Wahrnehmung des Hörers 7 in der Richtung der virtuellen Quelle S0 10, während der zweite unerwünschte Bestandteil die Wahrnehmung des Hörers 7 in der Richtung der realen Quelle S1 1 beeinflusst.
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Dieser Nachteil des unerwünschten zusätzlichen Direktschall-Anteils 14, welcher die Wahrnehmung des Hörers 7 in der Richtung der realen Quelle S1 1 unerwünscht beeinflusst, wird durch eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme beseitigt.
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Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass der zusätzliche Direktschall-Anteil 14 durch eine erneute Bereitstellung einer entsprechenden weiteren zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13a, welche aus der Richtung der virtuellen Quelle S0 10 auf den Hörer 7 trifft, lokalisationsmaskiert wird. Diese Bereitstellung einer weiteren zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13a ist in der 6 dargestellt.
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Die weitere zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13a wird derart bereitgestellt, dass diese um eine Zeitdifferenz von ΔtMn vor dem zusätzlichen Direktschall-Anteil 14 auftritt, um diesen zu lokalisationsmaskieren. Im Beispiel der 6 weist die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13a einen Pegel oder die Amplitude von LMn auf, welche größer als der Pegel oder die Amplitude des zusätzlichen Direktschall-Anteils 14 sein kann.
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Bestimmt der durch die weitere zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13a entstehende weitere, zusätzliche Direktschall-Anteil 14a, welcher aus der Richtung der realen Quelle S1 1 auf den Hörer 7 trifft, die auditive Richtungswahrnehmung des Hörers 7 noch immer, kann in gleicher Weise weiter verfahren werden. Es erfolgt eine Kaskadierung von jeweils vorgelagerten zusätzlich erzeugten Schallinstanzen 13, 13a, 13b, ..., 13n solange, bis der Hörer 7 ein resultierendes Hörereignis 12 aus der Richtung der virtuellen Quelle S0 10 erfährt. Dieser, durch das Verfahren herbeigeführte Fall, ist im rechten Teil der 6 dargestellt.
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Dieser Fall wird dann erreicht, wenn nach einer Kaskadierung von n Lokalisationsmaskierungsstufen (mit LM
n und ΔtM
n ) der am frühesten beim Hörer 7 eintreffende zusätzliche Direktschall-Anteil 14n die lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle des Hörers 7 nicht mehr überschreitet und damit eine Lokalisation in Richtung der realen Quelle S1 1 ausbleibt. Im Beispiel der 6 ist diese Kaskadierung von n Lokalisationsmaskierungsstufen derart gezeigt, dass alle zusätzlich erzeugten Schallinstanzen 13, 13a, 13b, ..., 13n einander zeitlich vorgelagert sind.
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Auch wenn das in den 3 bis 6 dargestellte Signal der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 zeitlich von dem Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle S1 1 getrennt ist, besteht die Möglichkeit einer zumindest teilweisen zeitlichen Überlagerung der Signale der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 und dem Direktschall-Anteil 15 bzw. der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 und dem reflektierten Schall-Anteil 16. Auch mit einer derartigen Überlagerung ist es möglich, eine Lokalisationsmaskierung zu erreichen. Die in der vorliegenden Beschreibung genannten zeitlichen Beziehungen gelten in diesem Fall beispielsweise zwischen den jeweiligen Anfangszeitpunkten oder Zeitpunkten maximaler Kreuzkorrelation zwischen der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 und dem Direktschall-Anteil 15.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- reale Quelle S1 eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems
- 2
- Schallwandler (Lautsprecher)
- 3
- Abstrahlcharakteristik
- 4
- Hauptkeule
- 5
- Nebenkeule
- 6
- Raum
- 7
- Hörer
- 8
- Weg des direkten Schalls
- 9
- Weg des reflektierten Schalls
- 10
- virtuelle Quelle S0 (Reflexionspunkt)
- 11
- Wand
- 12
- resultierende Hörereignisrichtung
- 13, 13a, 13b, ...,13n
- zusätzlich erzeugte Schallinstanz
- 14, 14a, 14b, ..., 14n
- zusätzlicher Direktschall-Anteil
- 15
- Direktschall-Anteil
- 16
- reflektierter Schall-Anteil