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Verfahren zur hörrichtigenAufnahme und Wiedergabe von Schallereignissen
und Vorrichtung zu seiner Durchführung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur hörrichtigen Aufnahme und Wiedergabe von Schall ereignissen und Vorrichtung
zu seiner Durchführung.
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Die bekannten atereophonen Aufnahme und Wiedergabeverfahren sollen
in einem Raum erzeugte Schallereignisse, z;B.
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die äusik eines Orchesters in einem Konzertraum, einem außerhalb dieses
Raumes befindlichen Hörer in möglichst großer iYaturtreue vermitteln, und zwar so,
als befände sich der Hörer in diesem Konzertraum. Hierzu ist es erforderlich, daß
einmal die Schallquelle, also das Orchester, in ihrer Breite und Tiefe akustisch
so abgebildet wird, wie sie sich dem in dem Konzertraum befindlichen Hörer darbletot
und daß zum anderen dem Hörer ein Raumeindruck vermittelt wird, so daß er der Illusion
unterliegt, r
befinde sich in dem Konzertraum selbst.
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Die bisher bekanntgewordenen derartigen Verfahren vermögen keine dieser
Forderungen voll befriedigend zu erfüllen, da weder das Aufnahmeverfahren noch das
iEedergabeverfahrer befriedigende Resultate ergibt.
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Bei einem bekannten Aufnahmeverfahren werden in der Nähe der Klangquelle,
beispielsweise des Orchesters, in geringe Abstand angeordnete Mikrophone vorgesehen,
die mit zwei getrennten Mikrophonkapseln das am Mikrophonort herrschende Schallfeld
in unterschiedlicher Weise abtasten. Da sich diese Mikrophone nicht an derjenigen
Stelle befinden, an der ein Hörer im Zuhörerraum sitzt, kann schon aus diesem Grunde,
eine einwandfreie akustische Aufnahme nicht erfolgen.
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Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es auch bekannt, die Mikrophone in
einen sogenannten Kunstkopf zu setzen, der im Zuschauetraum an einer günstigen Stelle
angeordnet wird an der sich ein Hörer befinden wUrde; dieser Kunstkopf ist beiderseitig
mit Je einem Mikrophon ausgestattet, um bei der Aufnahme der Sohallereignisse einen
Zustand zu schaffen, der dem des Hörers ähnlioh ist. Diese Mikrophone sind bei dem
bekannten Kunstkopf anstelle der Ohrnueoh ln
an den Außenseiten
des Kopfes befestigt. Wenn auch dieser bekannte Kunstkopf gegenüber den Aufnahmemikrophonen
in der Nähe des Orchesters vorteilhaft ist, so werden bei ihm doch nicht diejenigen
akustischen Bedingungen berücksichtigt, die bei dem menschlichen Ohr gegeben sind.
Insoweit ist also das Aufnahmeverfahren mittels eines Kunstkopfes auch noch mit
Mängeln behaftet.
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Bei der Wiedergabe der Schallereignisse ist es bekannt, in dem Abhörraum
zwei Lautsprecher in einem geeigneten Abstand anzuordnen, und die Membranen so zueinander
zu drehen, daß ihre Achsen sich in einem Punkte der Mittelebene zwischen den Lautsprechern
treffen. Hierbei kann von dem Hörer die Schallquelle nur auf der Verbindungslinie
zwischen den beiden Lautsprechern lokalisiert werden.
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Fällt hierbei auf einen Hörer Schall aus mehreren Richtungen gleichzeitig
ein, und sind diese Schallereignisse unter einander gleich, so werden die Schalle
als ein einziges Signal wahrgenommen, dessen scheinbare Einfallsrichtung von den
tatsächlichen Einfallsrichtungen abweicht. Die Vermittlung von Entfernungseindrücken
ist bei dieser Wiedergabemethode nur ersatzweise durch Simulation mit Hilfe von
Klangfarben und Lautstärkeänderungen möglich.
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Die Vermittlung eines Raumeindruckes ist auf eine Intormation huber
die Halligkeit beschränkt. Das entscheidende
Kriterium für die Illusion,
sich in einem Raum zu befinden, ist jedoch der Eindruck, der Schall fälle aus allen
Richtungen auf den Hörer ein.
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Das mit zwei im Abstand angeordneten Lautsprechern arbeitende Wiedergabeverfahren
kann ein günstiges Ergebnis nur dann zeigen, wenn sich der Hörer in der Mittelebene
zwischen den Lautsprechern befindet, und in einer solchen Entfernung von den Lautsprechern
sitzt, daß der Winkel, unter dem er die Lautsprecher sieht, weder wesentlich größer
noch wesentlich kleiner ist als 600. Theoretisch muß sich der Hörer hierbei in einem
solchen Abstand zu den Lautsprechern befinden, daß die beiden Achsen der Lautsprechermembranen
in den Ohrmuscheln enden. Jeder weitere Hörer, der sich außerhalb dieser Stellung
befindet, kann die Schallereignisse nicht in gleicher Güte wahrnehmen. Es ist klar,
daß sich hierbei die raumakustischen Eigenschaften des Abhörraumes, wie beispielsweise
eine Asymmetrie oder eine zu große Halligkeit des Raumes, ungünstig auswirken müssen
da sie naturgemäß auf den Hörer zur Einwirkung gelangen, sich mit den ihm Ubermittelten
Schallinformationen überlagern und diese daher verfälschen.
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Ein weiterer Nachteil dieses Wiedergabeverfahrens liegt darin, daß
die Lautsprecher zur Vermittlung eines möglichst günstigen Eindruckes der Schallereignisse
mit einer
angemessenen Lautstärke von ca. 85 dB(A) betrieben werden
müssen, was vielfach zu einer unzumutbaren Belästigung für die Mitbewohner oder
Nachbarn führt. Außerdem wird der Hörer durch alle Umweltgeräusche, insbesondere
bei leisen Stellen der Darbietung, gestört.
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Es ist auch schon bekannt, anstelle der Lautsprecher bei der Wiedergabe
Kopfhörer zu verwenden. Hierbei werden die nachteile der genau fixierten Anordnung
der Lautsprecher zum Hörer ebenso vermieden, wie der nachteilige Einfluß des Abhörraumes
und der nachteilige Einfluß der Umweltgeräusche, da durch den Kopfhörer der Hörer
gegenüber diesen Störeinflüssen abgeschirmt ist auch die Mitbewohner können sich
nicht mehr gestört fühlen, da eben keine Lautsprecher verwendet werden.
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Trotzdem hat sich aber die Verwendung von Kopfhörern anstelle von
Lautsprechern nicht durchsetzen können, da bei der Verwendung von Kopfhörern folgende
Nachteile gegeben sind. Der Schall wird in aller Regel nicht außerhalb des Kopfes
geortet, sondern so, als befände sich die Schallquelle im Kopf. Man spricht hier
von der sogenannten Im-Kopf alisation. Eine Unterscheidung, ob das Schallereignis
vor oder hinter dem Kopf vor sich geht, ist nicht möglioh, da der Schall aus allen
Einfallerichtungen der
Median-Ebene hinten im Kopf lokalisiert wird.
Weiter ist eine Vermittlung von Entfernungseindrücken nur in sehr beschränktem Umfang
möglich, so daß ein befriedigender Raumeindruck nicht erreichbar ist.
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Die vorliegende Erfindung geht aus von dem bekannten, mit einem Kunstkopf
arbeitenden Stereophonie-Verfahren, bei dem die Aufnahme, wie vorbeschrieben, durch
einen Kunstkopf erfolgt man spricht hierbei von einer kopfbezogenen Stereophonie".
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das dem Hörer
möglichst weitgehend die Illusion vermittelt, als befände er sich bei einer elektroakustischen
Darbietung tatsächlich in der Umgebung, beispielsweise in dem Raum, in dem die Schallquelle
sich bei der Aufnahme befand, und die daher die vorstehend aufgezeigten Mängel beseitigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schallereignisse
im Inneren des Kunstkopfes unter Wahrung der durch das menschliche Außenohr gegebenen
akustischen Bedingungen aufgenommen werden und in die Ohren des Hörers ohne gegenseitige
Beeinflussung senkrecht zu den der Neigung der Ohrmusoheln parallelen Ebenen wiedergegeben
werden. Die Brequenespektren der aufgenommenen Schall er eignisse werden wiederholt
durch Anhebung der den gewünschten
Richtungseindruck herstellenden
Frequenzbänder der Schallereignisse verändert, wobei der Zeitabstand und die Zeitdauer
der Veränderung so bemessen werden, daß das Fehlen des Richtungsreizes nicht in
Erscheingng tritt und der Raumeindruck aufrechterhalten bleibt. Dadurch, daß erfindungsgemäß
die Aufnahme der Schallereignisse in dem Kunstkopf unter Wahrung der beim menschlichen
Au!Senohr gegebenen physikalischen Voraussetzungen erfolgt, und dadurch, daß ihre
Wiedergabe in die Ohren des Hörers ohne gegenseitige Beeinflussung senkrecht zu
den der Neigung der Ohrmuscheln parallelen bienen erfolgt, werden die physikalischen
Gesetzmäßigkeiten für eine Reproduktion des Schalldruckes am Trommelfell in vollem
Umfange berücksichtigt. Hierbei bleibt die Form der Ohrmuscheln erhalten und das
Übersprechen von einem auf das andere Ohr wird weitgehend vermieden Um neben der
korrekten akustischen Wiedergabe dem Hörer auch die Illusion zu vermitteln, sich
in dem Aufnahmeraum selbst zu befinden, werden erfindungsgemäß die Blrequenzspektren
der aufgenommenen Schall ereignisse wiederholt durch angehobene, einen gewünschten
Richtungseindruck vermittelnde Frequenzbänder der Schall ereignisse verändert wobei
diese Veränderungen wiederholt in bestimmten Zeitabständen mit genügender Dauer
eingegeben werden. Wenn
dies nicht erfolgt, ist die erreichte Illusion
unbefriedigend, weil die korrekte und vollständige Ubermittlu der akustischen Information
allein nicht ausreichend ist, da die erforderliche optische Information fehlt und
ebenso die Information der Vestibülarorgane nicht gegeben sind.
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Wenn diese letztgenannten Informationen nicht gegeben sind ist auch
beim Einwirken des ursprünglichen Schallereignisses im Raum bei geschlossenen Augen
und unbewegtem Kopf die Lokalisation praktisch nicht erreichbar0 Die durch die Veränderung
der Frequenzktren geschaffene Richtungswahrnehmung erklärt sich wie folgt. Unter
Berücksichtigung der Tatsache, daß die Lokalisation in der Medianebene durch richtungsbestimmende
Brequenzbänder ermöglicht wird, wie in der Dissertation Blauert, TH Aachen 1969,
dargetan wird, wird es erfindungsgemäß durch Überbetonung geeignet ausgewählter
Frequenzbänder ermöglicht, die genannten fehlenden Informationen anderer Sinnesorgane
zu kompensieren. Diese Kompensation führt jedoch zu einer Beeinträchtigung des Raumeindruckes
und zu einer Verfälschung der Klangfarbe, wenn sie dauernd wirksam ist. Um dies
zu vermeiden wird die Veränderung der Frequenzspektren mit bestimmter Zeitdauer
in bestimmten Zeitabstand in den Schallereignissen vorgenommen.
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Sowohl der Richtungseindruok als auch der Raumeindruck
sind
mit einer Trägheit behaftet. Beide Eindrücke lassen sich erhalten, wenn erfindungsgemäß
die akustischen Informationen, namlich Raumeindruck einerseits und korrekter Richtungseindruck
andererseits, hiuSig genug mit geeignete Dauer angeboten werden. Häufig bedeutet
hierbei, daß der Zeitraum zwischen den Darbietungen zusätzlicher akustische Reize,
nämlich der Veränderung, die einen korrekten Hichtungseindruck vermittelt, so klein
gewählt werden muß, daß das Fehlen dieser zusätzlichen Reize dem Hörer nicht bewußt
wird. Mit geeigneter Dauer bedeutet, daß der zusätzli¢he akustische Reiz, also die
Veränderung, nur so lange angeboten werden darf, daß sie den korrekten Raumeindruck
nicht beeinträchtigt und die durch die Veränderung der Frequenzspektren gegebene
Klangfarbenverfälschung dem Hörer ebenfalls nicht bewußt wird. Hierbei ist zweckmäßig,
daß ein richtungsbildender, länger andauernder Reiz vorangegangen ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Erkenntnis, daß
die Veränderungen in Zeitabständen von höchstens 4 s und mit einer Zeitdauer von
höchstens 0,5 s erfolgen sollten. Die hier angegebenen Zeiten liegen innerhalb der
Trägheiten des Riohtungseindruckes und des Rauiirruokes.
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Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Schall er eignisse des
Kunstkopfes und eines oder mehrerer, vorzugsweise ebenfalls als Kunstköpfe ausgebildeter
Stützmikrophone unter Verwendung entsprechender Laufzeitglieder gemischt werden.
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Weiter ist wesentlich, daß die der Veränderung dienenden Frequenz
bereiche 350 - 850 Hz und eine Oktave um 2 kHz sind. Die benutzten Frequenzbänder
entsprechend dem Richtungseindruck "vorn', da der Hörer in aller Regel mit seinem
Gesicht der Schallquelle, d'.h. dem Orchester, zugewandt ist, ao daß er im Konzertraum
zunächst visuell, sodann auch akustisch die Musik als von vorn kommend empfindet.
Die Eindrücke, vorn, oben und hinten werden akustisch vermittelt durch unterschiedliche
Frequenzbänder, von denen zweckmäßigerweise die den Richtungseindruck vorn vermittelnde
Frequenzbänder der Schallereignisse überbetont werden, um einen zusätzlichen Reiz
auszuüben und dem Hörer den Eindruck zu vermitteln, als höre er die Schallquelle
von vorn.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunstkopf Bgn menechliohen Ohrmuscheln in akustischer Hinsicht nachgebildete
Ansätze besitzt, die in, dem Gehörgängen nachgebildeten, nach
innen
gerichtete Kanäle übergehen, an deren Enden Schallwandler angeordnet sind, wobei
in den Kanälen Impedanzen eingefügt sind, die zum Teil durch die Schallwandler gebildet
werden. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltun des bekannten Kunstkopfes werden
die akustischen Eigenschaften der Ohrmuschel durch die entsprechenden Ansätze genau
nachgebildet In den Kanälen, die von den Ohrmuschel in das Innere der Kopfnachbildung
führen, werden akustische Impedånzen eingefügt, die eine geeignete Beeinflussung
des Frequenzganges ermöglichen, der für das Verfahren günstig ist. Ein Teil dieser
Impedanzen wird durch die Membranen elektroakustischer Wandler gebildet, die die
beiden elektrischen Signal zur Weiterverarbeitung liefern.
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Die Wiedergabe kann erfolgen durch an sich bekannte Kopfhörer, die
so zu den Ohrmuscheln angeordnet sind, daß sie die Ohrmuscheln in ihrer Stellung
nicht beeinträchtigen, so daß der Schall tatsächlich senkrecht zu den den Ohrmuscheln
parallelen Ebenen in die Ohren des Hörers gelangt.
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Anstelle von Kopfhörern können auch
verwendet werden, wobei die Anordnung gegenüber den Ohrmuscheln 8o sein muß, daß
die Eingabe des Schalles in die menschlichen Ohren ebenfalls praktisch ohne gegenseitige
Beeinflussung in der im Anspruch 1 angagebenen Weise erfolgt.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung des
erfindungsgemäß ausgebildeten Kunstkopfes.
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Der Kunstkopf 1 besitzt an seinen beiden Seiten Ansätze 2 aus elastischem
Material, die in ihrer Enorm, in ihrer Stellung zum Kopf der menschlichen Ohrmuschel
getreu nachgebildet sind. An die Ohrmuscheln 2 schließen sich Kanäle 3 an, die den
menschlichen Gehörgängen entsprechen.
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Sie enden an einer Öffnung 4, dies durch einen Strömungswiderstand
5 ausgefüllt wird, hinter dem sich ein Volumen 6 vor dem Mikrophon 7 befindet. Die
beiden Mikrophone sind in sich kreuzenden Rohren 8, beispielsweise aus Stahl, befestigt;
die Anschlußkabel der Mikrophone sind aus den Rohrenden herausgeführt.