DE1927401C3 - Verfahren zur hörrichtigen Aufnahme und Wiedergabe von Schallereignissen und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur hörrichtigen Aufnahme und Wiedergabe von Schallereignissen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.

Die bekannten stereophonen Aufnahme und Wiedergabeverfahren sollen η einem Raum erzeugte Schullereiunisse. z.B. die Musik eines Orchesters in einem Konzertraum, einem außerhalb dieses Raumes befindlichen Hörer in möglichst großer Natunreue vermitteln, und zwar so, als befände sich der Hörer in diesem Konzertraum. Hierzu ist es erforderlich, daß s einmal die Schallquelle, also das Orchester, in ihrer Breite und T\e'c akustisch so abgebildet wird, wie sie sich dem in dem Konzertraum befindlichen Hörer darbietet, und dall zum anderen dem Hörer ein Raumeindruck vermittelt wird, so daß er der Illusion ίο unterliegt, er befinde sich in dem Konzertraum selbst.

Die bisher bekanntgewordenen derartigen Verfahren vermögen keine dieser Forderungen voll befriedigend zu erfüllen, da weder das Aufnahmeverfahren noch das Wiedergabeverfahren befriedigende Resultate ergibt. Bei einem bekannten Aufnahmeverfahren werden in der Nähe der Klangquel!i\ beispielsweise des Orchesters, in geringem Abstand angeordnete Mikrophone vorgesehen, die mit zwei getrennten Mikrophonkapsc'n das am Mikrophonort herrschende Schallfeld in unterschiedlicher Weise abtasten. Da sich diese Mikrophone nicht an derjenigen Stelle befinden, an der ein 1 lörer im Zuhörerraum sitzt, kann schon aus diesem Grunde eine einwandfreie akustische Aufnahme nicht erfolgen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es auch bekannt, die Mikrophone in einen sogenannten Kunstkopf (s. hierzu auch: Kock, W., Binaural localization and masking. ). of Acoustical Society of America 22 (1950) S. 801 bis 804 und Nordlund. B., und Lide η, G., An artificial head, Am oto-Laryngol. 56 (1963) S. 493 bis 499 und Schirmer, W., Die Richtcharakteristik des Ohres, Z. f. Hochfrequenz und Elektroakustik 72 (I 965) S. 39 bis 48) zu setzen, der im Zuschauerraum an einer günstigen Stelle angeordnet wird, an der sich ein Hörer befinden würde; dieser Kunstkopf ist beiderseitig mit je einem Mikrophon ausgestattet, um bei der Aufnahme der Schallereignisse einen Zustand zu schaffen, der dem des Hörers ähnlich ist. Diese Mikrophone sind bei dem bekannten Kunstkopf anstelle der Ohrmuscheln an den Außenseiten des Kopfes befestigt, oder im Innern des Kunstkopfes, jedoch ohne Berücksichtigung der akustischen Verhältnisse in den Gehörgängen eines natürlichen Kopfes. (FR-PS 6 16 677 vom 26. Mai 1926 von lean M a i r e ). 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 Mangeln behaftet.

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 (siehe hierzu W e 11 d t. K.: Das Richtungshören bei tier l'lberlage-

'O rung zweier Schallfelder bei Intensiiäis- und Laufzeitstereophonie. Dissertation RWTH Aachen 1963).

Fällt hierbei auf einen Hörer Schall aus mehreren Richtungen gleichzeitig ein und sind diese Schallereigniss·.· untereinander gleich, so werden die Schalle als ein

⁰^ i-in/i^es Signal wahrgenommen, dessen scheinbare l.iiilall.inchtiKig von den tatsächlichen Einl'allsrichtungen abweicht. Die Vermittlung von Kntiernungseindn'ickcn ist bei dieser Wiedergabemethode nur ersatz-

weise durch Simulation mit Hilfe von Klangfarben und Loutstarkeänderungen möglich: Die Vermittlung eines Raumeindruckes ist auf eine Information über die Halligkeit beschränkt. Das entscheidende Kiiterium für die Illusion, sich in einem Raum zu befinden, ist jedoch der Eindruck, der Schall würde aus allen Richtungen auf den Hörer einfallen.

Das mit zwei im Abstand zueinander angeordnet ii Lautsprechern arbeitende Wiedergabeverfahren kann ein günstiges L'rgcbnis 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 60°. 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 /ur Einwirkung gelangen, sich mit den ihm übermittelten Sehallinformaiioncn überlagern und diese daher verfälschen. Fun weiterer Nachteil dieses Wiedergabeverfahrens liegt darin, daß die Lautsprecher zur Vermittlung eines möglichst günstigen Eindruckes der Schallereignisse mit einer angemessenen Lautstärke von etwa 85 dB (A) betrieben werden müssen, was vielfach zu einer unzumutbaren Belästigung für die Mitbewohner oder Nachbarn führt. Außerdem wird der 1 lörcr durch alle Umweltgeriiusche, insbesondere bei leisen Stellen der Darbietung, gestört.

Es ist auch schon bekann!, anstelle der Lautsprecher, bei der Wiedergabe Kopihörer zu verwenden. Hierbei werden die Nachteile der genau fixierten Anordnung der Lautsprecher zum Hörer ebenso vermieden, wie der nachteilige Einfluß des Abhörraumes und der naclueilige Einfluß der Umweltgcräusch. da durch den Kopfhörer der Hörer gegenüber diesen Siöreinflüssen abgeschirmt ist; auch die Mitbewohner können sich nicht mehr gestört fühlen, da eben keine Lautsprecher verwendet werden.

Trotzdem hat sich aber die Verwendung von Kopfhörern anstelle von Lautsprechern nicht durchsetzen können, da bei der Verwendung von Kopfhörern folgende Nachteile gegeben situ!. Der Schall wird in aller Regel nicht außerhalb des Kopfes geortet, sondern so, als befände sich die Schallquelle im Kopf (siehe hierzu Schirmer, W., Zur Deutung der Übertragungsfehler bei kopfbezogener Stereophonie. Acustica 17 (1966) S. 228 bis 233).

Man spricht hier von der sogenannten Iin-Kopl-Lokalisation. Eine Unterscheidung, ob das Schallereignis vor oder hinter dem Kopf vor sich geht, ist nicht möglich, da der Schall aus allen Einfallsrichtungen der Median-F.liene hinten im Kopf lokalisiert wird. Weiter ist eine Vermittlung von Enifernungseindriieken nut :.i sehr beschränktem Umfang möglich, m> dart em befriedigender Raumeindruck nicht crreichh.ii isi.

Die vorliegende Erfindung geht .ms \on dein bekannten, mit einem Kunstkopf arbeitenden Stereo plmnie-Y'erfahreu, bei dem die Aufnahme, wie wU
schrieben, durch einen Kunstkopf erfolgt; man spi ι ':\ hierbei von einer »kopfbezogcnen Stereophonie«.

Der Erfindung hegt 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 aulgezeigten Mängel beseitigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Schallereignisse im Inneren des Kunstkopfes

ιυ werden unter Wahrung der durch das menschliche Außenohr gegebenen akustischen Bedingungen aufgenommen und in die Ohren des I lörers ohne gegenseitige Beeinflussung senkrecht zu den der Neigung der Ohrmuscheln parallelen Ebenen wiedergegeben. Die Frequcnzspeklren der aufgenommenen Schallereignis se werden wiederholt durch Anhebung der den gewünschten Richtungseindruck herstellenden Frequenzbänder der Schallereignisse verändert, wobei der Zeitabstand und die Zeitdauer der Veränderungen so bemessen werden, daß das Fehlen dieses zusätzlichen Richtungsreizes nicht in Erscheinung tritt und der Raumeindruck aufrechterhalten bleibt. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Aufnahme der Schallereignisse in dem Kunstkopf tinier Wahrung der beim menschlichen

js Außenohr 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 Ebenen erfolgt, werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten für eine Reproduktion des Schalldruckes am Trommelfell in vollem Umfange berücksichtigt. Hierbei bleibt die Form der Ohrmuscheln erhallen 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 Aulnahmeraum selbst zu befinden, werden erfindungsgemäß die Frequenzspektren der aulgenommenen Schallereignisse durch Anheben der Pegel in einen

4u gewünschten Richtungsreiz vermittelnden Frequenzbändern 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 Übermittlung der akustischen Information allein nicht ausreichend ist, da die erforderliche optische Information fehlt und ebenso die Information der Vestibularorgane nicht gegeben sind. Wenn diese letztgenannten Informationen nicht gegeben sind, ist

so auch beim Einwirken des ursprünglichen Schallereignisses im Raum bei geschlossenen Augen und unbewegtem Kopf die Lokalisation praktisch nicht erreichbar.

Die durch die Veränderung ^^r Frequenzspektren geschaffene Richtungswahrnehniung erklärt sich wie folgt. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Lokalisation in der Medianebene durch riehuingsbestimniendc I requenzbander ermöglicht w ird, wie in der Dissertation Blauen. TH Aachen 1%9, dargetan win! wird es durch I 'herhetonung geeignet ausgewähl-

(,.) UT I requenzbander ermöglich', die gcnannieu lehleii den Intormationen andeier Sinneiisorgane zn kompenirren. Dic.-.c kompeiisai'on luhrt jedoch zu einer

Beeinträchtigung des Raumeindruckes und zu einer Verfälschung dei Klangfarbe, wenn sie dauernd

■ ·, wirksam ist Um dies /u \e; meiden, wird erluidiingsge

maß die Verwilderung der Frequenzspektren mit bestimmter Zeitdauer in hesiimmiem /ettabstaiul in den Schallereiguissi'ii \<·; genommen. Sowohl der Rieh

tungseindriick als auch der Raumeindruck sind mit einer Trägheit behaftet. Beide Eindrücke lassen sich erhalten, wenn erfindungsgemäß die akustischen informationen, nämlich Raumeindruck einerseits und korrekter Richtungscindruck andererseits, häufig genug mit geeigneter s Dauer angeboten werden. Häufig bedeutet hierbei, daß der Zeitraum zwischen den Darbietungen zusätzlicher akustischer Reize, nämlich der Veränderung, die einen korrekten Richtungseindruck vermittelt, so klein gewählt werden muß, daß das Fehlen dieser zusätzlichen to Reize dem Hörer nicht bewußt wird. Mit geeigneter Dauer bedeutet, daß der zusätzliche 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 Klangfarbcnverfälschung dem Hörer ebenfalls nicht bewußt wird. Hierbei ist zweckmäßig, daß ein richtungsbildcndcr, länger andauernder Reiz vorangegangen ist.

Einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Pcgclanhebiingcn in Zeitabständen von höchsten 4 s und mit einer Zeitdauer von höchstens 0,5 s erfolgen sollten. Die hier angegebenen Zeiten liegen innerhalb der Trägheiten des Richtungseindruckes und des Raumeindruckes.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Schallcrcignissc des Kunslkopfes und eines oder mehrerer, vorzugsweise ebenfalls als Kunstköpfe ausgebildeter Stiilzmikrophonc unter Verwendung entsprechender l.auf/cilglicder gemischt weiden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die der Veränderung dienenden Frequenzbereiche 350 bis 850 11/. und eine Oktave um 2 kHz. Die benutztcn Frequenzbänder entsprechen dem Riehtungseindriick »vorn«, du der I lörer in aller Regel mit seinem Gesicht der Schallquelle, d.h. dem Orchester, zugewandt ist, so daß er im konzcrtruuni 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 Richtungscindnick vorn vermittelnde Frequenzbänder der Sehallereig:iisse überbetont werden, mn einen zusätzlichen Reiz uus/uilben und dem Hörer den Eindruck /u vermitieln, als höre er die Schallquelle von

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kunstkopf den menschlichen Ohrmuscheln in akustischer Hinsicht nachgebildete Ansätze besitzt, die in den Gehörgängen nachgebildete, mich innen gerichtete Kanäle übergehen, an deren Enden Schallwandler angeordnet sind, wobei in den Kanälen akustische Impedanzen eingefügt sind, die zum Teil durch die Schallwandlcr gebildet werden. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des bekannten Kunstkopfes werden die akustischen Eigenschaften der Ohrmuschel durch die entsprechenden Ansätze genau nachgebildet. In den Kanälen, die von den Ohrmuscheln in das Innere der Kopfnachbildung führen, werden akustische Impedanzen eingefügt, die eine 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 Signale zur Weiterverarbeitung liefern. 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. Anstelle von Kopfhörern können auch geeignete Lautsprecher verwendet werden, wobei die Anordnung gegenüber den Ohrmuscheln so sein muß, daß die Eingabe des Schalles in die menschlichen Ohren ebenfalls praktisch ohne gegenseitige Beeinflussung in der im Anspruch 1 angegebenen Weise erfolgt.

Die Zeichnung zeigt eine schematischc Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Kunstkopfcs.

Der Kunstkopf 1 besitzt an seinen beiden Seiten Ansätze 2 aus elastischem Material, die in ihrer Form, in ihrer Stellung zum Kopf der menschlichen Ohrmuschel getreu nachgebildet sind, An die Ohrmuscheln 2 schließen sich Kanäle .1 an, die den menschlichen Gehörgängen entsprechen. Sie enden an einer öffnung 4, die durch einen Strömungswiderstand 5 ausgefüllt wird, hinter dem sich ein Volumen (1 vor dem Mikrophor 7 befindet. Die beiden Mikrophone sind in siel· kreuzenden Rohren K, beispielsweise aus Stahl, hefe sligl; die Anschlußkabel der Mikrophone sind aus der Rohrenden herausgeführt,

Hierzu I Malt Zeichnungen

Claims (5)

19 27 40 ί Patentansprüche:

1. Verfahren zur hörrichtigen Aufnahme und Wiedergabe von .Schallereignissen unter Verwendung eines der Aufnahme dienenden, beiderseitig mit je einem Mikrofon ausgestatteten Kunstkopfes, bei dem die Schallereignisse im Innern des Kunstkopfes unter Wahrung der durch das menschliche Außenrohr gegebenen akustischen Bedingungen aufgenommen werden können, und zwei der unmittelbaren oder der beispielsweise durch Tonbänder oder Schallplatten erfolgenden mittelbaren Wiedergabe an einen Hörer dienenden Schallwandlern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung der Mikrofone im Innern des Kunstkopfes so erfolgt, daß die akustischen Verhältnisse an den Ohrkanälen des Kunstkopfes den akustischen Verhältnissen in den Ohrkanaien eines menschlichen Kopfes entsprechen und in die Ohren des Hörers ohne gegenseitige Beeinflussung senkrecht zu den der Neigung der Ohrmuscheln parallelen Ebenen wiedergegeben werden und daß durch nahezu periodisches, kurzzeitiges Anheben des Pegels innerhalb bestimmter Frequenzbereiche ein gewünschter zusätzlicher Richtungsreiz vermittelt wird, wobei der Zeitabstand und die Zeitdauer der einzelnen Pegelanhebungen in Abhängigkeit vom Programmaterial so bemessen werden, daß das Fehlen dieses zusätzlichen Richtungsreizes nicht in Erscheinung tritt und der Raumeindruck aufrechterhalten bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nahezu period'sche, kurzzeitige Anheben der Pegel innerhalb bestimmter Frequenzbereiche in Zeitabständen von höchstens vier Sekunden und mit einer Zeitdauer von höchstens 0,5 Sekunden erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scha'lereignisse des Kunstkopfes und eines oder mehrerer, vorzugsweise ebenfalls als Kunstköpfe ausgebildeter Stützmikrofone unter Verwendung entsprechender Laufzeitglieder gemischt werden.

4. Verfahren nach Anspruch I bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbereiche, in denen die Pegel nahezu periodisch und kurzzeitig angehoben werden, die Frequenzbereiche 350 bis 850 Hz und eine Oktave um 2 kHz sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunstkopf den menschlichen Ohrmuscheln in akustischer Hinsicht nachgebildete Ansätze besitzt, die in dem Gehörgang nachgebildete nach innen gerichtete Kanäle übergehen, an deren Enden Schallwandler angeordnet sind, wobei an den Kanälen akustische Impedanzen eingefügt sind, die zum Teil durch die Schallwandler gebildet werden.