DE2410146B1 - Verfahren und Vorrichtung zur stereofonen Aufnahme von Schallereignissen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stereofonen Aufnahme von Schallereignissen unter Verwendung einer kopfbezogenen Mikrofonanordnung.

Ein Verfahren zur Stereofonischen Aufnahme von Schallereignissen ist als sogenannte Kunstkopfstereofonie bekanntgeworden. Dieses Verfahren hat sich, insbesondere bei der Wiedergabe der Schallereignisse über Kopfhörer, als leistungsfähig erwiesen; es ist dem Zuhörer möglich, sich akustisch in den Konzertsaal rückzuversetzen und die einzelnen Schallquellen in fast allen Richtungen und Entfernungen mehr oder weniger korrekt zu orten. Eine völlig einwandfreie Übertragung und damit der Ortung der Schallquellen ist jedoch in der Praxis noch nicht erreicht worden.

Das Grundprinzip der Kunstkopfstereofonie besteht darin, die Schalldrücke, die an den Ohrseiten eines Kunstkopfes auftreten, mit Mikrofonen aufzunehmen und über Lautsprecher oder Kopfhörer, die den vorzugsweise zwei Mikrofonkanälen zugeordnet sind, zu reproduzieren. Vorrichtungen dieser Art sind durch die DT-PS 8 79 704 und 9 40 048 bekanntgeworden.

Verbesserungen der Kunstkopf-Stereofonie sind erzielt worden durch den Einsatz von Kunstköpfen, die bezüglich der akustischen Eigenschaften dem natürlichen Kopf des Menschen angenähert worden sind. In der DT-OS 19 27 401 ist ein Kunstkopf beschrieben, der den menschlichen Ohrmuscheln in akustischer Hinsicht nachgebildete Ansätze besitzt. Die Gehörgänge sind ebenfalls genau nachgebildet und an den Enden desselben sind die Schallwandler angeordnet. Durch diese Maßnahmen sind Verbesserungen erzielt worden, trotzdem bleiben in bestimmten Winkelbereichen Ortungsfehler bestehen. Als weiterer Nachteil ist die aufwendige Konstruktion des Kunstkopfes und der Einbau hochwertiger Mikrofone in denselben zu nennen.

Bei der Konstruktion eines Kunstkopfes wird von den Eigenschaften des natürlichen Kopfes ausgegangen. Dazu werden die Frequenzgänge von Schalldruck und Schallphase bestimmt, wie sie beispielsweise in den Ohrkanälen bei verschiedenen Beschallungsrichtungen im freien Schallfeld auftreten. Derartige Messungen für die Schallamplituden sind in der Veröffentlichung »Earcanal Pressure Generated by a Free Sound Field«, Journal der Acustical Society of America, 1965, S. 465, beschrieben. Die Untersuchungen zeigen auf, daß die Frequenzverläufe von Versuchsperson zu Versuchsperson außerordentlich unterschiedlich sind. Es kann aus den großen individuellen Unterschieden der Schalldruckverläufe im oder am Ende des Ohrkanals gefolgert werden, daß Signale, die im oder am Ende des Gehörganges eines Kunstkopfes abgeleitet werden, nicht repräsentativ sein können und somit auch die Wiedergabe mit Mangel behaftet sein wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, mit einer einfachen Vorrichtung kopfbezogene stereofone Aufnahmen von Schallereignissen herzustellen, die die Wiedergabe des ursprünglichen Schalldruckverlaufes vor dem Ohr insbesondere bei der Wiedergabe mit Kopfhörern ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der durch die Schallereignisse erzeugte Schalldruck vor den natürlichen Ohren eines Zuhörers oder den Ohren eines Kunstkopfes mittels mindestens einem dem rechten Ohr und mindestens einem dem linken Ohr zugeordneten Mikrofon aufgenommen wird, wobei die Mikrofone so angeordnet sind, daß sich deren Schalleinlässe durch deren Form und/oder deren Halterung und/oder ein Abstandsmittel bedingt am Vorhof des äußeren Gehörkanals befinden und die durch die Anatomie bedingte Schallfeldausbildung vor dem Ohr nicht oder geringfügig gestört wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht davon aus, daß jeder Kunstkopf zwangläufig in seinen akustischen Eigenschaften von dem Kopf des Zuhörers (bei der Wiedergabe) stark abweicht und deshalb die bisherigen Kunstkopfstereofonie-Verfahren unvollkommen sind. Eine Fehlerquelle kann auch darin liegen, daß die Schalldrucksignale bei einem bekannten Kunstkopf im oder am Ende des Gehörkanals ermittelt werden, die Wiedergabe aber vor dem Ohr erfolgt. An sich müßte mit einer geeigneten Schallsonde die Wiedergabe ebenfalls im Gehörkanal am Ort der Schallaufnahme erfolgen. Diesem stehen jedoch in der Praxis Schwierigkeiten, insbesondere durch die Form der akustischen Wiedergabewandler, entgegen. Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, bei Schallaufnahmen kopf bezogener Art die Mi-

krofone insbesondere bei Amateueraufnahmen an dem natürlichen Kopf des Zuhörers anzuordnen, der auch die gespeicherten Schallereignisse am meisten abhören wird. Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist jedoch die Wahl eines geeigneten Bezugspunktes für die An-Ordnung der Aufnahmemikrofone am bzw. im Ohr. Wie bereits angeführt, wird bei einem bekannten Kunstkopf der Schalldruck am Ende des Gehörkanals aufgenommen. Für Meßzwecke an Versuchspersonen wählt man meist einen Bezugspunkt unmittelbar am Eingang des Gehörkanals oder sogar einige Millimeter weiter in den Gehörkanal hinein. Da hier aber bereits der Schalldruck stark der Formung durch die Impedanzen des Gehörkanals unterliegt, müßten bei der Wiedergabe an dieser Stelle die von einem Wiedergabewandler erzeugten Schalldriicke einem komplizierten und eigentlich von Person zu Person ganz unterschiedlichen Frequenzgang haben.

Erfindungsgemäß werden nun die Schalleinlässe der Mikrofone am Vorhof des äußeren Gehörkanals (cavum conchae) angeordnet. Dieser Bezugspunkt entspricht auch ungefähr der Lage des Wiedergabewandlers bei der Reproduktion der aufgenommenen Schallereignisse. Der Schalldruckverlauf ist zwar in diesem Bezugspunkt geringfügig gegenüber einem Bezugspunkt im oder am Ende des Gehörkanals verändert, jedoch haben praktische Versuche ergeben, daß in einem Abstand der Größenordnung von etwa 10 mm vor dem Eingang des Gehörkanals keine wesentlichen Änderungen der Richteigenschaften auftreten. Dieser Bezugspunkt erweist sich besonders vorteilhaft, da hierdurch die verschiedenen Charakteristika der Ohren gemittelt werden. Gleichzeitig ist bei diesem Bezugspunkt die Rückwirkung der Ohrimpedanzen auf einen Wiedergabewandler so klein, daß mit einem offenen Kopfhörer ein weitgehend frequenzunabhängiger Schalldruck erzeugt werden kann.

Da der Bezugspunkt erfindungsgemäß so gewählt ist, daß einerseits die volle Beeinflussung durch das Ohr auf die Schalldruckausbildung vorhanden ist, andererseits individuelle Ohrunterschiede gemittelt werden, kann die Anordnung der Mikrofone auch vorteilhaft bei einem Kunstkopf bekannter Bauart, der den menschlichen Ohrformen nachgebildete Kunstohren besitzt, vorgenommen werden.

Es gehört bereits zum Stande der Technik, bei Versuchspersonen an den Eingängen des Gehörkanals oder am Ende desselben Sondenmikrofone zu wissenschaftlichen Messungen anzubringen. Wegen der Größe der bisher dazu verwendeten Mikrofone sind lange Schallführungen notwendig gewesen, die der Anatomie des Ohres entsprechend gebogen in das Ohr eingeführt wurden. Diese Schallführungen bedingen aber wieder eine Entzerrung der empfangenen Signale, abgesehen davon daß die sorgfältig fixierte Anbringung und die Reproduzierbarkeit des Ortes der Sondenöffnung im Gehörgang schwierig und vor allem lästig für die Versuchspersonen sind. Für Routineaufnahmen oder Amateuraufnahmen konnten somit diese Mikrofone nicht verwendet werden. Die Anbringung von normalen Mikrofonen vor dem Ohr würde zu einer zu starken Verzerrung des Schallfeldes führen und somit ebenfalls keine verbesserten kopfbezogenen Stereoaufnahmen ermöglichen. Erst durch die Angabe eines neuen Bezugspunktes für die Anordnung der Mikrofonschalleinlasse am Ohr und unter Berücksichtigung der Ohrform für eine reproduzierbare Fixierung der Aufnahmevorrichtung konnte in technisch fortschrittlicher Weise ein neues kopfbezogenes Stereoaufnahme-Mikrofon realisiert werden.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein menschliches Ohr mit einem erfindungsgemäß vor demselben angeordneten Mikrofon;

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur stereofonen kopfbezogenen Schallaufnahme.

In F i g. 1 ist ein menschliches Ohr abgebildet. Der gestrichelt gezeichnete Gehörkanal 1 mündet über den äußeren Gehörkanal in den Vorhof (cavum conchae) 2. Der Vorhof wird nach vorne begrenzt durch den tragus 3 und den antitragus 4. Das Verfahren sieht vor, daß mindestens ein Mikrofon vor dem entsprechenden Ohr so angeordnet ist, daß sich dessen Schalleinlaß am Vorhof des äußeren Gehörkanals befindet. Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein Mikrofon 5 vor, das in seinen Abmessungen klein gegenüber der Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Schallfrequenz ist und vorzugsweise im Bereich zwischen dem tragus 3 und dem antitragus 4 vor dem Vorhof 2 angeordnet ist, so daß der Schalleinlaß 6 des Mikrofons 5 genau definiert vor dem äußeren Gehöreingang liegt. Ein Abstandsmittel 7 in Form eines Nippels dient gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Festlegung des Mikrofons 5 in der incisura intertragica 8. Selbst bei Unterschieden in der Ohrform von Person zu Person sind die genannten Ohreinzelheiten so ausgebildet, daß das Mikrofon 5 immer die gleiche Bezugslage am Vorhof des äußeren Gehörgangs erhält. Auch bei Aufnahmen mit einem Kunstkopf wird hierdurch eine günstige Bezugslage ge schaffen.

F i g. 2 zeigt eine komplette Vorrichtung zur Aufnahme kopfbezogener Schallereignisse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Jedem Ohr ist eine Mikrofonkapsel 5 zugeordnet. Beide Kapseln sitzen an den Enden eines elastischen Kinnbügels 9. Solche Kinnbügel sind bekannt aus der Anwendung bei Stetoskop-Hörern. Die elektrischen Zuführungsleitungen 10 werden innerhalb des Kinnbügels 9 den Mikrofonen 5 zugeführt. Mittels der auch bereits in F i g. 1 gezeigten Nippel 7 wird der Kinnbügel mit den aufgesetzten Mikrofonen in die incisura intertragica eines jeden Ohres eingehängt und durch den durch die Elastizität des Kinnbügels erzeugten Andruck in einfacher Weise unverrückbar festgehalten. Bei jedem Aufsetzen befinden sich die Mittelpunkte der Mikrofoneinlasse 6 an derselben Stelle am Vorhof des äußeren Gehörgangs. Die mechanischen Abmessungen der Mikrofonkapsel und einer eventuellen Halterung sind im Bereich des Ohres klein gegenüber der Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Schallfrequenz, damit keine zusätzliche Veränderung des durch die Ohrform bestimmten Schallfeldes auftritt.

Die Verwirklichung des Erfindungsgedankens kann nicht nur in der angegebenen Weise durch eine Vorrichtung mit Kinnbügel erreicht werden, sondern es sind auch Ausführungen mit einem Kopfbügel denkbar. Durch geeignete Ausführung der Abstandsmittel, beispielsweise der Nippel 7 muß jedoch für die erfindungsgemäße Anordnung der Schalleinlässe der verwendeten Mikrofone am Vorhof des äußeren Gehörganges gesorgt werden.

Auch können für die Mikrofonkapseln verschiedene Wandlerprinzipien vorgesehen werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Kondensatorkapseln mit Elektretpolarisation eingesetzt, da

dieses Prinzip eine besonders kleine Ausführung der Kapsel zuläßt. Um die Richtwirkung des Kopfes und des Ohres nicht zu verfälschen, werden Mikrofonkapseln mit Kugelcharakteristik verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einfächer und fortschrittlicher Weise die kopfbezogene Stereo-Aufnahme von Schallereignissen mit einer aufwendungsarmen Mikrofonanordnung. Durch die Wahl eines Bezugspunktes für die Anordnung der einzelnen Mikrofonkapsel an einem Ort, an dem auch die Schallereignisse über beispielsweise Kopfhörer wiedergegeben werden, wird die bisherige Kunstkopfstereofonie bezüglich der Ortungsfähigkeit der ursprünglichen Schallquellen verbessert. Hört der Zuhörer, der die Aufnahmevorrichtung bei der Aufnahme getragen hat, die gespeicherten Schallereignisse selber ab, so werden die Vorteile der Kunstkopfstereofonie im besonderen· Maß hervortreten, da keine Verfälschung der Schalldrücke durch ein »fremdes Ohrfilter« auftreten kann. Dem Tonbandamateur beispielsweise ist damit ein Mittel in die Hand gegeben, für sich selbst Aufnahmen hoher Qualität und insbesondere mit einem sehr hohen persönlichen Erinnerungswert zu schaffen. Andererseits ermöglicht es das Verfahren, mit einer einfachen Kopfnachbildung, die jedoch der Natur nachgebildete Ohren aufweisen muß, mit derselben Aufnahmevorrichtung »Kunstkopfaufnahmen« herzustellen. Durch die erfindungsgemäße Wahl des Bezugspunktes werden hier die speziellen Übertragungseigenschaften eines bestimmten Ohres, nämlich die des Kunstohrmodells, eleminiert, und es wird eine Aufnahme erzielt, die einer Mittelung über mehrere Ohrenmodelle entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur stereofonen Aufnahme von Schallereignissen unter Verwendung einer kopfbezogenen Mikrofonanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Schallereignisse erzeugte Schalldruck vor den natürlichen Ohren eines Zuhörers oder den Ohren eines Kunstkopfes mittels mindestens einem dem rechten Ohr und mindestens einem dem linken Ohr zugeordneten Mikrofon aufgenommen wird, wobei die Mikrofone so angeordnet sind, daß sich deren Schalleinlässe durch die eigene Form und/oder eine Halterung und/oder ein Abstandsmittel bedingt am Vorhof des äußeren Gehörkanals befinden und die durch die Anatomie bedingte Schallfeldausbildung nicht oder geringfügig gestört wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß je eine Mikrofonkapsel, deren mechanische Abmessungen mitsamt einer Halterung klein gegenüber der Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Schallfrequenz ist, an den Enden eines Kinnbügels angeordnet ist und daß an den den Ohrflächen zugewandten Seiten der Mikrofonkapseln und/oder deren Halterungen Abstandsmittel vorgesehen sind, die die Schalleinlaßmitten der Mikrofonkapseln am Vorhof des äußeren Gehörganges festlegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Mikrofonkapseln und/oder Halterungen vorgesehenen Abstandsmittel Nippel sind, die durch ihre Lage in der incisura intertragica und/oder auf dem antitragus des Ohres in Verbindung mit der Elastizität des Kinnbügels einen festen Sitz und eine definierte Anlage der Mikrofonkapsel am Vorhof des äußeren Gehörganges herbeiführen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Mikrofonkapseln Kondensatorkapseln mit Elektretpolarisation und Kugelcharakteristik eingesetzt werden.