DE1905616C

DE1905616C - Method and arrangement for true-to-nature broadband mapping of sound fields using compensating auxiliary signals

Info

Publication number: DE1905616C
Authority: DE
Inventors: die Anmelder H03g 3 30 sind
Original assignee: Damaske, Dr Peter, 3401 Obernje sa, Meliert, Dipl Phys Volker, 3400 Gottingen
Publication date: 1972-08-24

Description

Es ist bekannt, daß in zwei- und mehrkanaligen stereophonen Schallübertragungsverfahren beim Hörer ein akustischer Raumrichtungseindruck erzeugt werden kann. Es handelt sich um die Erzeugung fiktiver Schallquellen, die nicht nur aus den Richtungen der S tatsächlich zur Abstrahlung benutzten Schallquellen gehört werden. Diese Übertragungen sind im Vergleich zum natürlichen Hören im Original-Schallfeld nur beschränkt als richtungstreu anzusehen. Ein Mangel besteht darin, daß bei gebräuchlichen stereo- to phonen Verfahren, z. B. Laufzeit- und Intensitätsstereophonie, die Erzeugung des originalgetreuen Rauinrichtungseindrucks dadurch beschränkt wird, daß bei Lautsprecherwiedergabe jedes der beiden Ohren des Hörers die Signale aus beiden Stereokanälen empfängt. Zum Beispiel zeigt Fig. 1, daß φ»Γ Mnr»r 1 sm linl»n r~\U- „«....kl j_„ o;_&r.„i a j^o It is known that in two-channel and multi-channel stereophonic sound transmission methods, an acoustic impression of spatial direction can be generated in the listener. It is about the generation of fictitious sound sources that are not only heard from the directions of the sound sources actually used for radiation. Compared to natural hearing in the original sound field, these transmissions can only be viewed as directionally accurate to a limited extent. A deficiency is that in conventional stereo- to speaking method such. B. transit time and intensity stereophony, the generation of the faithful Rauinrichtungs impression is limited by the fact that each of the two ears of the listener receives the signals from both stereo channels during loudspeaker playback. For example, Fig. 1 shows that φ »Γ Mnr» r 1 sm linl »n r ~ \ U- "".... kl j_"o;_{& r} . "i a j ^ o

, linken Lautsprechers 3 als auch das Signal 4 des rechten Lautsprechers 5 empfängt. Diese Tatsache ist gleichbedeutend mit einem wechselseitigen Übersprechen der Stereosignale, wenn man die Übertragung bis hin zu den Trommelfellen des Hörers verfolgt. Sowohl das Signal 2 in F i g. 1 als auch das Signal 4 in Fig. 1 werden durch die frequenzabhängige Beugung der Schallwellen am Kopf beim Empfang verändert, so daß das Übersprechen frequenzabhängig ist., left speaker 3 as well as the signal 4 of the right speaker 5 receives. This fact is synonymous with mutual crosstalk of the stereo signals if one follows the transmission all the way to the eardrums of the listener. As well as the signal 2 in FIG. 1 and the signal 4 in FIG. 1 are determined by the frequency-dependent diffraction the sound waves at the head changed during reception, so that the crosstalk is frequency-dependent.

Jede der Übertragungsstrecken Lautsprecher—Ohr einschließlich der Schallwandler stellt ein frequenzabhängiges Filter dar.Each of the loudspeaker-ear transmission links including the transducer is a frequency-dependent filter.

Nach einer von Schröder und Atal beschriebenen Methode (Schröder, M. R. und Atal B. S., die Nachahmung der Raumakustik lurch den Elektronenrechner, Gravesaner Blätter 27/28 [1966], 124, und Journ. Acoust. Soc. Am. 41 [1967], 263) ist es möglich, dieses Übersprechen zu vermindern. Danach können zu den Stereosignalen Hilfssignale addiert werden, die die Übersprechsignale an beiden Ohren abschwächen. Bei der Erzeugung dieser Hilfssignale nach Schröder und Atal wird die Frequenzabhängigkeit des Übersprechens nicht berücksichtigt. According to a method described by Schröder and Atal (Schröder, M. R. and Atal B. S., die Imitation of room acoustics by the electronic computer, Gravesaner sheets 27/28 [1966], 124, and Journ. Acoust. Soc. At the. 41 [1967], 263) it is possible to reduce this crosstalk. Then auxiliary signals can be added to the stereo signals can be added, which attenuate the crosstalk signals in both ears. When generating these auxiliary signals according to Schröder and Atal, the frequency dependence of the crosstalk is not taken into account.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompensation der Übersprechsignale, d. h. die richtungsgetreue breitbandige stereophone Schallübertragung zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ohren durch Verwendung zusätzlicher Kompensationssignale getrennt erregt werden und die Kompensationssignale durch Überspielen der ursprünglichen Signale in bestimmter Weise übsr Filter, die die frequenzabhängige Übertragung über einen menschlichen Kopf simulieren, gewonnen werden.The object of the application is based on the task a compensation of the crosstalk signals, d. H. the directional broadband stereophone Achieve sound transmission. This object is achieved in that the ears by using additional compensation signals are excited separately and the compensation signals by dubbing the original signals in a certain way via filters that the frequency-dependent transmission simulate via a human head.

Das Neue an der hier beschriebenen Erfindung ist, die Frequenzabhängigkeit des Übersprechens zu berücksichtigen, so daß eine vollständige Kompensation der Übersprechsignale erreicht wird. Dadurch werden bei der Wiedergabe stereophoner Schallaufnahmen an den Ohren des Hörers im Hinblick auf die Richtungsübertragung die gleichen Signale empfangen, wie sie im Original-Schallfeld von Mikrophonen aufgenommen werden, die z. B. in die Ohren eines nachgebildeten menschlichen Kopfes eingebaut sind.The novelty of the invention described here is that it takes into account the frequency dependence of the crosstalk, so that a complete compensation of the crosstalk signals is achieved. This will be when playing stereophonic sound recordings to the ears of the listener with regard to directional transmission receive the same signals as recorded by microphones in the original sound field be that z. B. are built into the ears of a simulated human head.

Zur Ausführung des Verfahrens eignet sich etwa folgende Vorrichtung für Zweikanalstereophonie (vgl. F i g. 2).The following device for two-channel stereophony (cf. F i g. 2).

An einem Platz in einem reflexionsfreien Raum α befindet sich ein künstlicher Kopf b mit Ohrmikrophonen und der frequenzabhängigen Richtcharakteristik menschlicher Ohren. Zwei Lautsprecher c und d sind auf den Kunstkopf * ausgerichtet und stehen z. B. unter ±54' symmetrisch zu seiner Blickrichtung.At a place in an anechoic room α there is an artificial head b with ear microphones and the frequency-dependent directional characteristic of human ears. Two loudspeakers c and d are aligned with the artificial head *. B. under ± 54 'symmetrical to his line of sight.

Auf Spur 1 und Spur 2 eines mehrkanaligL η Tonbandgerätes e ist eine (kopfbeziiglich-) stereophone Schallaufzeichnung gespeichert. Jeuc Spur wird nacheinander über jeden der beiden lautsprecher abgespielt. Die Signale der Ohrmikrophone werden bei diesen vier Überspielungen nacheinander auf noch freie Spuren wie folgt aufgezeichnet.On Track 1 and Track 2 of a tape recorder mehrkanaligL η e is stored (kopfbeziiglich-) stereophonic sound recording. The Jeuc track is played one after the other through each of the two speakers. During these four transfers, the signals from the ear microphones are recorded one after the other on tracks that are still free as follows.

1. Der linke Steieokanal (vgl. Fig. 2, Spur 1) wird über rechten Lautsprecher*/, das rechte Ohrmikrophon und ein Hilfsfilter/ auf Spur 3 des Tonbandes überspielt.1. The left Steieokanal (see. Fig. 2, lane 1) is through the right loudspeaker * /, the right ear microphone and an auxiliary filter / on track 3 of the tape.

2. (Ohne Figur) Der rechte Stereokanal wird über2. (Without figure) The right stereo channel is over

ucii iiiim;ii lüuiä^icciici, uas iiiikc yjiirmiKrophon und das gleiche Filter auf Spur 4 überspielt. ucii iiiim; ii lüuiä ^ icciici, uas iiiikc yjiirmiKro phon and the same filter transferred to track 4.

3. (Ohne Figur) Der linke Stereokanal wird über den linken Lautsprecher, das rechte Ohrmikrophon und das gleiche Filter auf Spur 5 überspielt. 3. (Without figure) The left stereo channel is via the left loudspeaker, the right ear microphone and dubbed the same filter on track 5.

4. (Ohne Figur) Der rechte Stereokanal wird über den rechteii Lautsprecher, das linke Ohrmikrophon und das gleiche Filter auf Spur 6 überspielt.4. (Without figure) The right stereo channel is via the right speaker, the left ear microphone and dubbed the same filter on track 6.

Das Hilfsfilter/ in Fig. 2 dient lediglich zur Amplitudenkorrektur der Frequenzgänge, so daß ein Hörer bei Darbietung der Signale das gleiche Schallspektrum wie im Originalschallfeld hört. Die Spuren 5 und 6 enthalten die für das Verfahren notwendigen Kompensationssignale.The auxiliary filter / in Fig. 2 is only used for amplitude correction of the frequency responses, so that a listener can hear the same sound spectrum when the signals are presented as heard in the original sound field. Lanes 5 and 6 contain those necessary for the process Compensation signals.

Zur Wiedergabe wird Spur 5 gegenphasig zur Spur 3 addiert sowie Spur 6 gegenphasig zur Spur 4. (Diese so gewonnenen Summensignale können wieder zweikanalig gespeichert'werden.'» Das erstere Signalgemisch wird über den linken Lautsprecher, das letztere über den rechten Lautsprecher wiedergegeben. Die Wiedergabe erfolgt über eine Lautsprecheranordnung von gleicher Geometrie wie bei den Überspielungen. Ein reflexionsfreier Raum ist dabei nicht erforderlich. Am Hörerplatz befindet sich jetzt der Kopf des Hörers an Stelle des Kunstkopfes bei den Überspielungen. Das obenerwähnte wechselseitige Übersprechen der Stereosignale an den Ohren des Hörers wird durch die in den Summensignalen enthaltenen Kompensationssignale aufgehoben. Die Übersprechdämpfung beträgt bei der beschriebenen Vorrichtung bereits breitbandig bis 11 kHz etwa 30 db, kann aber iterativ noch beliebig erhöht werden.For playback, track 5 is added out of phase with track 3 and track 6 out of phase with track 4. (These sum signals obtained in this way can again be stored in two channels. ”» The first composite signal is played through the left speaker, the latter through the right speaker. The playback takes place via a loudspeaker arrangement of the same geometry as with the transfers. An anechoic space is not required. The is now at the listening position Head of the listener instead of the dummy head for the transfers. The above mentioned reciprocal Crosstalk of the stereo signals at the ears of the listener is caused by those contained in the summed signals Compensation signals canceled. The crosstalk attenuation is the described Device already broadband up to 11 kHz about 30 db, but iteratively can be increased as required.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann beispielsweise eine subjektiv richtungstreue stereophone Schallübertragung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck erfolgt zuerst eine stereophone Schallaufnahme eines Original-Schallfeldes etwa über einen Kunstkopf so, daß die Ohrsignale den Signalen an den Ohren eines Hörers beim natürlichen Hören im Original-Schallfeld gleichen. Nach Überspielung der Signale im beschriebenen Verfahren entstehen bei der Wiedergabe an den Ohrt.n des Hörers die gleichen Signale wie im Original-Schallfeld. Daher wird jede Schalleinfallsrichtung so gehört wie im Original-Schallfeld.With the help of this method, for example, a subjectively directionally accurate stereophonic sound transmission can be achieved be made. For this purpose, a stereophonic sound recording is first made Original sound field about an artificial head so that the ear signals match the signals at the ears of a Natural hearing in the original sound field. After transferring the signals in the described When the process is played back on the listener's ears, the same signals are generated as in the Original sound field. Hence, each direction of sound incidence becomes heard as in the original sound field.

Claims

Patent claims:

1. Method for directional broadband reproduction of stereophonic signals free ears (i.e. without headphones or the like), characterized in that the ears

durch Verwendung zusätzlicher Kompensationssignale getrennt erregt werden und die Kompensationssignale durch Überspielung der ursprünglichen Signale in bestimmter Weise über Filter, die die frequenzabhängige Übertragung über einen _s be excited separately by using additional compensation signals and the compensation signals by overwriting the original signals in a certain way through filters that the frequency-dependent transmission via a _s

T Veit " ^KOpf Ι ™" ⁶ ™ '** ^{will be} «> ·

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter die OtertngS?ü£ einen kunsthchen Kopf verwendet wird ^& 2. The method according to claim i, characterized in that the OtertngS? Ü £ an artificial head is used as the filter ^&

3. Verfahren nach Anspnich 1 und 2, dadurch3. Procedure according to Anspnich 1 and 2, thereby

fiSST? * ¹ · ^that ^ ^gain ^ r for "Se compensation necessary signals on the

Tonbandes ge-Tape

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kompensationssi male für die Ohrsignaie eines künstlichen Kopfe: gewonnen werden.4. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that Kompensationssi male for the ear signals of an artificial head: to be obtained.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kompensationssignale für die Signale von Stereo-Mikrophonanordnungen gewonnen werden.5. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that compensation signals for the signals from stereo microphone arrangements can be obtained.

6. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach Ansprach 1, 2, 3, 4 und 5, gekennzeichnet durch ein mehrspuriges Tonbandgerät und eine Filter aufweisende Übertragungsanlage, wobei die Frequenzgänge der Filter denen der Filterwirkung6. Arrangement for performing the method according to spoke 1, 2, 3, 4 and 5, characterized through a multi-track tape recorder and a filter having transmission system, the Frequency responses of the filters those of the filter effect

des menschlichen Kopfes im freien Schallfeld entsprechen.of the human head in the free sound field.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings