DE19645867A1

DE19645867A1 - Verfahren zur mehrkanaligen Tonübertragung

Info

Publication number: DE19645867A1
Application number: DE19645867A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Steffen; Matthias Domke
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-14
Also published as: US6366679B1; GB9723620D0; GB2320996A; GB2320996B; JPH10155200A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mehrkanaligen Tonübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte Mehrkanaltonübertragungsverfahren, wie zum Beispiel das Quadrophonie-Verfahren, das 3/2- oder Dolby Pro Logic-Verfahren benutzen verschiedene Matrixcodierungen mit unterschiedlichen Richtungsauflösungen nach vorn. Sie benutzen meistens einen Centerlautsprecher, der jedoch oft im Begleitbild stört oder beim Fehlen des Centerlaut sprechers ist eine mangelnde Mittenorientierung festzustellen, die sich sehr nachteilig auswirkt. Außerdem erscheint der ambiente Hintergrundton oft losgelöst vom vorderen richtungsbestimmenden Bereich betrieben und es ist schwierig, beliebige seitliche Quellen zu realisieren. Die Phantomschallquellen zwischen den Lautsprechern sind aufgrund des Frequenzganges, der Kohärenz der Signale und der Hörerposition relativ instabil. Ein Überblick über die Theorie der Mehrkanaltonsysteme ist zum Beispiel in den Heften 4 und 5/93, Seiten 24 bis 32 bzw. 47 bis 48 von R. Schneider in Production-Partner beschrieben.

Weiterhin sind Auralisierungsverfahren bekannt, bei denen in realen oder computersimulierten Räumen Raumimpulsantworten gewonnen werden, die nach Faltung mit einem trockenen Tonsignal meistens über eine binaurale Kopfhörerwiedergabe, seltener über eine mehrkanalige Lautsprecherwiedergabe eine umhüllende Tonwiedergabe ermöglichen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Wiedergabe nur einer lokalisierbaren punktförmigen Quelle möglich ist. Außerdem ist noch ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem mittels vier Mikrofonen, von denen drei eine Achtercharakteristik besitzen und eins eine Kugelcharakteristik, über eine Matrixschaltung ein vorher aufgenommener Raum realisiert wird, wobei die Abbildungsschärfe jedoch relativ gering ist. Die Auralisierungsverfahren sind zum Beispiel in dem Aufsatz "Auralization - An Overview" von Kleiner, M.; Dalenbäck, B.-I.; Svensson, P. in JAES, Vol. 41, Nr. 11 (1993) Seiten 861 bis 875 beschrieben.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Stabilität der Phantomschallquellen zu verbessern und das Zusammenfallen der Wiedergabe mit dem nächstgelegenen Lautsprecher weitestgehend zu vermeiden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein mehrkanaliges Übertragungsverfahren zu schaffen, durch das vermieden wird, daß Phantomschallquellen ungewollt wandern und daß für Hörerstandorte, die nicht genau in der Mitte der Achse zwischen zwei Lautsprechern liegen, die Lokalisation der Schallquelle in den nächstgelegenen Lautsprecher fällt.

Die erfindungsgemäße Lösung des Verfahrens ist insbesondere im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 charakterisiert.

Weitere Merkmale bzw. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Kennzeichen der Patentansprüche 2 bis 6.

Durch das neue Verfahren ist es unter anderem möglich, relativ große Hörflächen zu schaffen, die bei bekannten stereofonen Verfahren oft nur einen schmalen Bereich bilden. Dies wird dadurch erreicht, daß zur Verbesserung der Bedingungen eine Auralisation durchgeführt wird, bei der mehrere Raumimpulsantworten von unterschiedlichen Plätzen des selben Raumes angeregt werden und über eine mehrkanalige Aufnahmeapparatur, zum Beispiel ein Richtmikrofon, an einem Platz empfangen und aufgezeichnet werden. Zur Wiedergabe wird eine mehrkanalige Lautsprecheranordnung benutzt. Insbesondere wird auch die Stabilität der Phantomschallquellen verbessert und das Zusammenfallen der Wiedergabe mit dem nächstgelegenen Lautsprecher in hohem Maße unterbunden.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine Mikrofonanordnung mit acht verschiedenen Ausrichtungen eines Richtmikrofons und

Fig. 2 eine entsprechende Lautsprecheranordnung zur Wiedergabe.

Nachfolgend werden in der Beschreibung, in der Zusammenfassung, in der Zeichnung und in den Patentansprüchen die in der hinten angefügten Liste für Bezugszeichen angegebenen Begriffe bzw. Erklärungen und die zugeordneten Bezugszeichen verwendet.

In Fig. 1 ist eine in einem Raum verwendete Mikrofonanordnung mit acht verschiedenen Ausrichtungen eines Richtmikrofons 1 bzw. 2 zur Aufnahme eines aufgesplitteten Raumimpulssignals dargestellt. Das Richtmikrofon 1 wird nacheinander um jeweils 60° bis zu der in Fig. 1 dargestellten Ausrichtung verschoben. In der horizontalen Richtung sind sechs Ausrichtungen zu jeweils 60° eines Richtmikrofons 2 dargestellt. Es soll hier erwähnt sein, daß sowohl für die vertikalen Richtmikrofone 1 als auch für die horizontalen Richtmikrofone 2 die Anordnung von Einzelmikrofonen, zum Beispiel mit jeweils 60°-Verschiebung als auch die Anordnung mehrerer Richtmikrofone, zum Beispiel zu je 60° möglich ist.

Die in Fig. 1 gezeigten acht verschiedenen Ausrichtungen bzw. Stellungen der Richtmikrofone 1 und 2 können beliebig je nach den Erfordernissen variiert werden.

In Fig. 2 ist zunächst oben ein Hörer 3 im Mittelpunkt eines Raumes dargestellt. In diesem Bereich können sich auch mehrere Hörer aufhalten. Außerdem ist in Fig. 2 die zur Fig. 1 passende Lautsprecheranordnung der horizontal angeordneten Lautsprecher 6 und der vertikal angeordneten Lautsprechers 4 gezeigt. Die Teilsignale werden in den digitalen Tonverarbeitungsprozessoren 5 gefaltet, wobei diese ihre Eingangssignale über die Leitungen 7 erhalten, die in Rechts, Links und Mitte eingeteilt sind. Die Ausgangsleitungen der digitalen Tonverarbeitungsprozessoren 5 sind dann entsprechend mit den im Raum angeordneten Lautsprechern 4 bzw. 6 verbunden. Hierbei wird beispielsweise die mit dem Mikrofon 2 aufgenommene Raumimpulsantwort nach der Faltung in einem der digitalen Tonverarbeitungsprozessoren 7 über den Lautsprecher 6 abgestrahlt. Der Hörer 3 nimmt an seinem Platz das über die Lautsprecher 4 abgestrahlte Gesamtsignal einschließlich der während der Abstrahlung sich bildenden Phantomschallquellen wahr. Damit wird klar, daß zur Verbesserung der Bedingungen eine Auralisation durchgeführt wird, bei der mehrere Raumimpulsantworten von unterschiedlichen Plätzen des selben Raumes angeregt werden und über eine mehrkanalige Aufnahmeapparatur, zum Beispiel durch ein oder mehrere Richtmikrofone, an einem Platz empfangen und aufgezeichnet werden. Zur Wiedergabe wird eine mehrkanalige Lautsprecheranordnung aus den Lautsprechern 4 und 6 gemäß Fig. 2 verwendet, die zur Wiedergabe von lokalisierbaren Quellen auf einer Strecke mindestens zwei Lautsprecher, bei Wiedergabe in einer Ebene mindestens drei Lautsprecher und in einem Raum mindestens vier Lautsprecher benötigt. Mittels Auswahl der aufgenommenen Raumimpulsantworten, der zur Faltung benutzten direkt aufgenommenen Tonsignale und der Wiedergabelautsprecher 4 bzw. 6 über die die gefalteten Signale abgestrahlt werden, ist es nun möglich, eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Tonwiedergabe zu realisieren, wobei die Lücken zwischen den Lautsprechern durch Phantomschallquellen ausgefüllt werden, die durch entsprechend ausgerichtete Raumimpulsantworten stabilisiert werden. Zur Stabilisierung ist es erforderlich, daß aus der Richtung aus der die Phantomschallquelle wahrnehmbar sein soll, mindestens eine Raumimpulsantwort vorliegt. Die Unterbringung von Phantomschallquellen zwischen zwei Stützlautsprechern ist aus Gründen der Breite der Richtcharakteristiken beschränkt. Deshalb ist es erforderlich, aus Bereichen, aus denen eine höhere Anzahl von Phantomschallen oder Reflexionen zu erwarten ist, eine größere Anzahl von Wiedergabelautsprechern zu verwenden. Bei einer gleichberechtigten Wiedergabe aus den Raumdimensionen bzw. einer gleichmäßigen Diffusitätsverteilung muß auch eine gleichmäßige Verteilung der Lautsprecher vorgenommen werden.

Sollen auch Rauminformationen von oben wirksam werden, dann muß auch mit Raumimpulsantworten von oben gearbeitet werden. Bei einer Wiedergabe von Quellen, die sich nur rings um den Hörort befinden, müssen mindestens vier, besser sechs Wiedergabelautsprecher 6 um den Hörort bzw. um den oder die Hörer 3 herum verwendet werden. Sollen nur auf einer Linie angeordnete Quellen berücksichtigt werden, so genügen meistens drei auf einer Linie befindliche Wiedergabelautsprecher, von denen der mittlere gegebenenfalls durch eine Phantomschallquelle ersetzt werden kann. Um beispielsweise für eine Großbild- Videokonferenz eine örtlich getrennte dreikanalige Übertragung über zwei links und rechts des Bildschirms angeordnete Lautsprecher zu ermöglichen, sind drei Raumimpulsantworten von drei nebeneinaderliegenden Quellorten zu ermitteln, die zur Faltung mit den drei trockenen Tonsignalen der auf dem Bildschirm wiedergegebenen rechten, mittleren und linken Sprecher genutzt werden. Bei der Wiedergabe der gefalteten Tonsignale werden die von den rechten Quellen stammenden gefalteten Tonsignale über den rechten Lautsprecher wiedergegeben; in gleicher Weise die von den linken Quellen stammenden über den linken Lautsprecher, während die von den mittleren Quellen stammenden gefalteten Tonsignale gleich stark über beide Lautsprecher wiedergegeben werden. Um eine gleichlaute Wiedergabe aller drei gleichlautenden Quellgruppen zu erhalten, kann die von den beiden Lautsprechern abgestrahlte mittlere Gruppe um drei dB gegenüber den beiden seitlichen Quellgruppen im Pegel gemindert wiedergegeben werden. Wie bereits erwähnt, sind jedoch auch andere Mikrofonanordnungen und entsprechende Lautsprecheranordnungen ohne weiteres möglich.

Bezugszeichenliste

1

Vertikal ausgerichtetes Mikrofon

2

Horizontal ausgerichtetes Mikrofon

3

Hörer

4

Vertikal angeordneter Lautsprecher

5

Digitale Tonverarbeitungsprozessoren

6

Horizontal angeordneter Lautsprecher

7

Eingangsleitungen für die digitalen Tonverarbeitungsprozessoren

Claims

1. Verfahren zur mehrkanaligen Schall- bzw. Tonübertragung mit Stabilisierung von Phantomschallquellen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer mehrkanaligen Raumimpulsaufnahme, bei der mindestens zwei Anregungsorte und mindestens zweimal drei nahe beieinanderliegende Mikrofonstandorte für ein oder mehrere unterschiedlich ausgerichtete(s) Richtmikrofon(e) in einem realen oder simulierten Raum für die Aufnahme der Raumimpulsantworten benutzt werden, eine Faltung mit mehreren, mindestens der Anzahl der Raumimpulsantworten entsprechenden direkt aufgenommenen Schallsignalen in digitalen Tonverarbeitungsprozessoren (5) erfolgt, und zwar so, daß eine örtliche Verteilung der gefalteten Signale zwischen den oder im Grenzfall an den Standorten der Wiedergabelautsprecher oder an den Begrenzungen eines binauralen Signals bei Wiedergabe über Kopfhörer erfolgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Raumimpulsantworten in einem simulierten Raum entsprechende Zählsegmente verwendet werden.

3. Verfahren nach dem Oberbegriff eines der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur räumlichen Schallübertragung ein Richtmikrofon (1) oder mehrere Richtmikrofone (1, 2) oder Zählsegmente zur Aufnahme der von mindestens zwei Anregungsorten, zum Beispiel Lautsprechern, abgestrahlten Impulsantwort-Meßsignale um den Mittelpunkt des Aufnahmeplatzes geschwenkt wird bzw. werden und mindestens drei Wiedergabelautsprecher (4 und 6) der durch die digitalen Tonverarbeitungs prozessoren (5) gefalteten Tonsignale in entgegengesetzter Richtung zur Ausrichtung der Mikrofone oder der Zählsegmente zur Ermittlung der Raumimpulsantwort ausgerichtet sind.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung von Phantomschallquellen in dem durch Interpolation im Bereich der ersten Reflexionen der Raumimpulsantworten zwischen zwei ermittelten Werten ein kontinuierlicher Übergang erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Anwendung für eine Großbild-Videokonferenz eine örtlich getrennte dreikanalige Übertragung über zwei links und rechts des Bildschirms angeordnete Lautsprecher drei Raumimpulsantworten von drei nebeneinaderliegenden Quellorten ermittelt werden, die zur Faltung mit den drei trockenen Tonsignalen der auf dem Bildschirm wiedergegebenen rechten, mittleren und linken Sprecher benutzt werden und
daß bei der Wiedergabe der gefalteten Tonsignale die von den rechten Quellen stammenden gefalteten Tonsignale über den rechten Lautsprecher wiedergegeben werden, die von den linken Quellen stammenden über den linken Lautsprecher und die von den mittleren Quellen stammenden gefalteten Tonsignale gleichstark über beide Lautsprecher wiedergegeben werden.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer gleichlauten Wiedergabe aller drei gleichlauten Quellgruppen die von beiden Lautsprechern abgestrahlte mittlere Gruppe um zum Beispiel drei dB gegenüber den beiden seitlichen Quellgruppen im Pegel vermindert wiedergegeben werden.