DE2023377C3

DE2023377C3 - Verfahren zur räumlichen Wiedergabe von Schallsignalen und Anordnung zu seiner Durchfuhrung

Info

Publication number: DE2023377C3
Application number: DE19702023377
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Kuerer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-05-09
Filing date: 1970-05-09
Publication date: 1979-07-19
Also published as: DE2023377A1; DE2023377B2

Description

I! - <U2 ('!,' + sin ",Λ [ms].

(Hierin ist &\ in rad einzusetzen.)

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Spitze (Z) der beiden gleichschenkligen Dreiecke von den Basislinien ungleich ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ϋ·\ = 66°, der Winkel #2 = 104° gewählt, die Zeitverzögerung so bemessen ist, daß die diagonalen Schallsignale im Berührungspunkt (Z) der Dreiecke um ca. Δ t = 0,3 ms verzögert eintreffen und die Filter zur Frequenzgangbeeinflussung der hinteren Lautsprecher (HL und HR) so gewählt sind, daß die diesen Lautsprechern (HL und HR) zugeführten Schallsignale einen zusätzlichen Frequenzgang ab 700 Hz aufwärts mit Absenkung um 6 dB/Oktave und eine Pegelabsenkung von ca. 6 dB bei 1000 Hz erhalten.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur räumlichen Wiedergabe von Schallsignalen, die mittels einer Mikrofonanordnung in einem Kunstkopf erfaßt worden sind, über auf beiden Seiten der Symmetrieebene des Kopfes des Hörers angeordnete Lautsprecher, wobei den Ohren des Hörers Kompensationssignale zueeführt werden.

Die bekannten stereophonen Aufnahme- und Wiedergabeverfahren sollen in einem Raum erzeugte Schallereignisse, z.B. die Musik eines Orchesters in einem Konzertraum, einem außerhalb dieses Raumes befindlichen Hörer in möglichst großer Naturtreue 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

ίο sich dem in dem Konzertraum befindlichen Hörer darbietet, und daß zum anderen dem Hörer ein Raumeindruck vermittelt wird, so daß er der Illusion 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 Klangquelle, beispielsweise des Orchesters, in geringem 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.

Auch die bekannte Erweiterung auf 4 Übertragungskanäle, wobei die beiden zusätzlichen vornehmlich der Übertragung der Raumeigenschaften dienen, bringt keine prinzipielle Verbesserung bezüglich der Erfüllung der obengenannten Forderungen. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es auch bekannt die Mikrophone in einen sogenannten Kunstkopf zu setzen, der im Zuschauer-

.15 raum an einer günstigen Stelle angeordnet wird. 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. 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 dieser Bauart auch noch mit Mangeln behaftet.

Diese Mängel entfallen, wenn der Kunstkopf so ausgestaltet wird, daß die Einflüsse des äußeren Ohres durch entsprechende Nachbildungen nachgeahmt werden.

(Kürer, Plenge, Wilkens Vortrag: 37th Convention AES, New York 1969)

Bei der Wiedergabe der Schallsignale 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

no treffen. Fällt hierbei auf einen Hörer Schall aus mehreren Richtungen gleichzeitig ein, und sind diese Schallsignale untereinander gleich, so werden die Schalle als ein einziges Signal wahrgenommen, dessen scheinbare Einfallsrichtung von den tatsächlichen Einfallsrichtungen abweicht.

Hierbei kann von dem Hörer die Schallquelle nur auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Lautsprechern lokalisiert werden. Ausnahmen sind möglich,

nämlich dann, wenn 2 gleiche oder nahezu gleiche Schallsignale Phasenunterschiede aufweisen. (Gardn e r, M. B.: Image Fusion, Broadening and Displacement in Sound Localization, J. A. S. A [1969], S. 339.) Die Vermittlung von Entfernungseindrücken i:;t bei dieser Wiedergabemethode nur ersatzweise durch Simulation mit Hilfe von Klangfarben und Lautstärkeänderungen möglich. Die Vermittlung eines Raumeindruckes ist auf eine Information über die Helligkeit beschränkt

Weiter ist eine Schaltungsanordnung zur Wiedergabe stereophon» r Darbietungen im Zweikanalverfahren mittels Lautsprecher in einem kleinen, Oberwiegend schallungünstigen Raum vorgeschlagen worden (DE-AS 20 22 605), die gekennzeichnet ist durch zwei nebeneinander ohne Basisabstand angeordnete, den unveränderten Gesamtinhalt beider Stereokanäle voll wiedergebende Hauptlautsprecher zur Erzeugung eines auf den Hörer gerichteten stereotransparenten Direktschalls und durch einen oder mehrere beliebig an Seiten — oder Rückwänden — des Hörraums in beliebigen Schallrichtungen unkritisch angeordnete Nebenlautsprecher zur Erzeugung eines geschwächten, aus dem Gesamttonbild nicht mehr vorhörbaren und eine Laufzeit aufweisenden Nebenschalls, erzeugt mittels eines Raumtongerätes, enthaltend einen wahlweise aus einem der Stereokanäle des Hauptverstärkers gespeisten, im Vergleich zum Hauptverstärker Ue bis 'h so starken, bis gerade an die Wahrnehmbarkeitsgrenze verhallten gesonderten »Monoverstärkers« für den bzw. die Nebenlautsprecher, ein Laufzeitgerät und eine Einknopf-Reglergruppe zur eine Fehlbedienung ausschließenden Erzeugung von physikalisch richtig nachgebildeten, akustisch den Hörraum vergrößernden Schallreflexionen und damit einer echten Saalillusion, die den in der Sendung enthaltenen Rauminformationen der Originaldarbietung eine glaubhaft identifizierende Projektionsgrundlage bietet und dem Hörer jede freie Ortsveränderung erlaubt.

Es gelingt zwar, mit dieser Anordnung eine Art Raumillusion zu erzeugen, jedoch ist dies mit einem außerordentlichen Aufwand verbunden.

Es sei noch vermerkt, daß Aschoff 1962 bereits eine Aufnahmeanordnung vorfrpsc-Hagen hat, die aus getrennten Aufnahmekanälen für die Direkt- und Rauminformation besteht, deren Wiedergabe die gleiche Raumillusion herbeiführen soll, wie die vorerwähnte Schaltungsanordnung (A s c h ο f f: »Über das räumliche Hören«, Sonderdruck aus Arbeitsgemeinschaft für Forschung des Landes Nordrhein- Westfalen, Heft 138, Westdeutscher Verlag Köln und Opladen). Bei diesem Verfahren gehen Informationen über unterschiedliche Richtungseinfälle der Schallquellen zur Aufnahmeanordnung völlig, Informationen über die Entfernung der Schallquellen weitgehend verloren.

Eine Verbesserung der räumlichen Wiedergabe bringi das mit dem DE-PS 19 41 636 vorgeschlagene Verfahren zur richtungsgetreuen breitbandigen Wiedergabe von stereophonen Signalen, bei dem bei Darbietungen für einen Hörer über ein Lautsprecherpaar dessen Lautsprecher auf beiden Seiten der Symmetrieebene des Hörerkopfes angeordnet sind, durch Anwendung von Kompensationssignalen die beiden Ohren des Hörers an einem Hörerplatz getrennt von den Signalen eines stereophonen Signalpaares erregt werden.

Ziel dieses Verfahrens ist es, an den Ohren des Hörers hinreichend entkoppelte Signale für die beiden Kanäle eines Stereoübertragungsverfahrens zu erzeugen. Die Anordnung hat den Nachteil, daß die Kompensation des Obersprechens nur für einen Hörerplatz wirksam werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, über einen Kunstkopf S hörrichtig aufgenommene Schallsignale in einem Wiedergaberaum so über Lautsprecher abzustrahlen, daß ein Eindruck eines allseitigen Schalleinfalls entsteht und korrekte Richtungsortung gewährleistet ist Dadurch soll in einem gewissen Bereich des Abhörraumes ίο um einen optimalen Punkt für einen Hörer die weitgehende Illusion entstehen, als befände er sich bei dieser elektroakustischen Darbietung tatsächlich in der Umgebung, beispielsweise in dem Raum, in dem die Schallquelle sich bei der Aufnahme befand und die daher die vorstehend angegebenen Mängel beseitigt

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur räumlichen Wiedergabe von Schallsignalen, die mittels einer Mikrophonanordnung in einem Kunstkopf erfaßt werden, über auf beiden Seiten der Symmetrieebene des Kopfes des Hörers angeordnete Lautsprecher, wobei den Ohren des Hörers Kompensationssignale zugeführt werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß erste Signale von je einem Mikrophonkanal des Kunstkopfes unmittelbar oder nach Speicherung auf je einen vorderen Lautsprecher gegeben werden und daß zweite Signale, die gegenüber den ersten Signalen in der Phase umgekehrt und zeitverzögert sind und entsprechend der Kopfabschattung unterschiedlichen Frequenzgang und unterschiedlichen Pegel aufweisen, jeweils einem dem entsprechenden vorderen Lautsprecher diagonal gegenüberliegenden hinteren Lautsprecher zugeführt werden.

Bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens werden die Lautsprecher gemäß weiterer Ausge- staltung der Erfindung paarweise an den Basiseckpunkten zweier sich mit der Spitze berührender gleichschenkliger Dreiecke mit parallelen Basislinien angeordnet. Hierbei kann es zweckmäßig sein, die Entfernung der Spitzen der gleichschenkligen Dreiecke von den beiden Basislinien ungleich zu machen.

Wie erwähnt, unterschieden sich die von den in der Diagonale gegenüberliegenden Lautsprecher abgestrahlten Signale sowohl bezüglich der gegenseitigen Phasenlage wie auch nach Frequenz und Pegelhöhe.

Außerdem treffen die diagonalen Signale am Beruh rungspunkt der Dreiecke um ein Zeitintervall At gegeneinander verzögert ein. Die beispielsweise für eine bestimmte Aufstellung zu wählende Verzögerung berechnet sich aus folgender Formel:

If

^sin

Hierin sind #1 und #2 die Winkel der beiden gleichschenkligen Dreiecke am Berührungspunkt der Dreiecke. ϋ·\ ist in rad einzusetzen.

Das Verfahren nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß für einen optimalen Abhörpunkt an der Berührung der Spitzen der beiden Dreiecke die eingangs erwähnten Forderungen hinsichtlich der räumlichen Wiedergabe erfüllt werden. Es bietet ferner den Vorteil, daß auch beim Abhören der Wiedergabe für einen Hörer, der sich nicht im optimalen Abhörpunkt befindet, durch den aus den vier Richtungen mit unterschiedlichen Phasen, Pegeln und Laufzeiten einfallenden Schall der Eindruck eines Schallfeldes mit vielen unterschiedlichen Schalleinfallsrichtungen erhalten bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, mit der das

Verfahren gemäß der Erfindung ausgeübt werden kann, veranschaulicht die Figur. Hierin sind mit VL der vom linken Kunstkopfmikrophon, mit VR der vom rechten Kunstkopfmikrophon erregte Lautsprecher bezeichnet. Beide Lautsprecher sind an der,' Eckpunkten der Basis eines gleichschenkligen Dreieck« mit dem Winkel ft\ an tier Spitze Zdes Dreiecks angeordnet. Die Lautsprecher HL und HR befinden sich an den Basiseckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks mit dem Winkel #2 an der Spitze Z, wo sich beide Dreiecke berühren. Der Lautsprecher HR wird über ein Phasenumkehrglied, ein Filter zur Frequenzgang- und Pegelbeeinflussung und ein Laufzeitgiied vom gleichen Mikrophonkanal — also dem linken — gespeist wie der Lautsprecher VL Analog erfolgt die Speisung des Lautsprechers HL vorr rechten Mikrophonkanal des Kunstkopfes. Eine gut< räumliche Wiedergabe ergibt sich, wenn ·ο·ι = 66° unc #2 = 104° gewählt, die Laufzeitdifferenz so ausgewähl wird, daß die von den Lautsprechern HL und Hf abgestrahlten diagonalen Schallsignale im Punkt Z urr ca. Al = 0,3 ms verzögert eintreffen und die der Lautsprechern HL und HR zugeführten Schallsignalt nach Phasenumkehr um 180" einen zusätzlicher Frequenzgang beginnend bei 700 Hz mit Absenkung UtT 6 dB/Oktave und einem Pegelunterschied von ca. 6 dE bei 100 Hz erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur räumlichen Wiedergabe von Schallsignalen, die mittels einer Mikrophonanordnung in einem Kunstkopf erfaßt worden sind, über auf beiden Seiten der Symmetrieebene des Kopfes des Hörers angeordnete Lautsprecher, wobei den Ohren des Hörers Kompensationssignale zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale von je einem Mikrophonkanal des Kunstkopfs unmittelbar oder nach Speicherung auf je einen vorderen Lautsprecher (VL, VRj gegeben werden und daß zweite Signale, die gegenüber den ersten Signalen in der Phase umgekehrt und zeitverzögert sind und entsprechend der Kopfabschattung unterschiedlichen Frequenzgang und unterschiedlichen Pegel aufweisen, jeweils einem dem entsprechenden vorderen Lautsprecher (VL, VR) diagonal gegenüberliegenden hinteren Lautsprecher (HR, HL) zugeführt werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lautsprecherpaare (VL und VT? bzw. HR und HL) an den Basiseckpunkten zweier sich mit den Spitzen in einem Punkt (Z) berührender gleichschenkliger Dreiecke mit parallelen Basislinien angeordnet sind und daß der Abstand der Basislinien von dem Berührungspunkt (Z) der Spitzen der Dreiecke so gewählt ist, daß die von den diagonal gegenüberliegenden Lautsprechern (HR und HL) abgestrahlten Schallsignale an den Berührungspunkten (Z) der Dreiecke um ein Zeitintervall Δ t verzögert eintreffen, wobei sich das Zeitintervall At aus den von den gleichen Schenkeln der Dreiecke eingeschlossenen Winkeln #i und ■$■> nach folgender Formel berechnet: