DE2605056C2 - Verfahren und Anordnung zur richtungsgetreuen elektro-akustischen Schallübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur richtungsgetreuen elektro-akustischen Schallübertragung in großen Kommunikationsräumen oder im freien sowie Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Verfahren.

Bei der elektro-akustischen Schallübertragung, die im wesentlichen aus der Schallaufnahme an einem Ort im Raum, der Tonsignalverstärkung sowie -bearbeitung und der Schallabstrahlung an einem anderen Ort im gleichen Raum besteht, ist zur Erreichung einer Lokalisation allgemein bekannt, zwei- oder mehrkanalige Verfahren der Intensitätsstereofonie anzuwenden. Hierbei werden die Lautsprecher auf einer etwa der Bühnenrampe entsprechenden Geraden angeordnet und die Lokalisation wird unter Ausnutzung des sogenannten Summenlokalisationseffektes dadurch erreicht, daß die Lautsprecher Signale mit unterschiedlichen Intensitätsverhältnissen abstrahlen. Diese Verfahren erfüllen die gestellte Aufgabe zur Lokalisation nicht mehr bei sehr breiten Bühnen und/oder Auditorien, sowie bei Bühnen, deren Rampe sehr weit ins Publikum hineinragt oder bei Bühnen, die sich weit in die Tiefe erstrecken.

Bekannt ist weiterhin ein auf Haas, Acustica 1 (1951), S. 49—58 begründetes Verfahren, bei dem das durch die Lautsprecher abgestrahlte Summensignal zeitlich so verzögert wird, daß die am Hörerplatz eintreffende erste Wellenfront und damit die Lokalisation durch die Originalquelle bestimmt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Lokalisation von der Intensität der Originalschallquellen abhängig ist, und daß bei sehr breiten und tiefen Bühnen und/oder Auditorien erhebliche Lokalisationsfehler oder Echowirkungen auftreten. Bei fehlendem Originalschall, wie zum Bei-

spiel bei Play-back-Einspiel, ist dieses Verfahren unwirksam.

Weiterhin ist in der stereofonen Aufnahmetechnik das Verfahren der Laufzeitstereofonie allgemein bekannt, bei dem zwei oder mehr Mikrofone vorhanden sind. Auf Grund der unterschiedlichen Entfernung der Mikrofone zu der jeweiligen Schallquelle entstehen Laufzeitdifferenzen zwischen den Signalen, die zur Erzielung eines Lokalisationseffektes benutzt werden. Auch dieses Verfahren ist nur bei kleinen Lautsprecherabständen zur Versorgung einer im Verhältnis zur Bühnenbreite schmalen Hörfiäche geeignet und besitzt darüber hinaus weitere Einschränkungen, die eine Anwendung in der Beschallungspraxis verbietet.

Es ist auch bekannt unterschiedliche Entfernungen der Schallquellen von einem gedachten Hörerplatz im KonzertS3al dadurch zu verdeutlichen (DE-PS 9 35 505), daß die Aufnahmesignale von den entfernteren Musikinstrumenten gegenüber den Aufnahmesignalen näher zu diesem Hörerplatz angeordneten Musikinstrumenten verzögert werden. Bei der Wiedergabe solcherart aufgenommener Schallereignisse ist auch bei der vorgesehenen Wiedergabe mit einem einzigen Lautsprecher eine Tiefenstaffelung bemerkbar. Eine Richtungsortung fehlt vollständig und die aus den Verzögerungszeiten erzeugten festen Phasen- und Amplitudenverhältnisse erscheinen bei Schallübertragung im Aufnahmeraum auf allen vom gedachten Platz abweichenden Hörerplätzen unnatürlich.

Weiterhin bekannt sind auch Verfahren zur Erhöhung der Räumlichkeitswirkung durch mehr oder weniger vereinfachte Nachbildung von Raumreflexionen mittels Verzögerungseinrichtungen und verteilt angeordneten Raum-Lautsprechern, deren Eingangssignal von einem richtungslosen Summensignal abgeleitet wird. Diese Verfahren ermöglichen jedoch keine Lokalisation der Schallquellen.

Keines der bekannten Verfahren ist in der Lage, eine gleichmäßige und richtungsgetreue Schallübertragung bei beliebig gestalteten geometrischen Abmessungen von Bühne und Publikumsbereich gleichermaßen zu realisieren.

Zweck der Erfindung ist, die dem Stand der Technik anhaftenden Mangel zu beseitigen.

Der Erfindung liegt, ausgehend von der Laufzeit-Stereofonie, bei der Richtungsinformationen durch Laufzeitdifft-renzen übertragen werden, die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur gleichmäßigen richtungs- und möglichst auch entfernungsgetreuen elektro-akustischen Schallübertragung in einem großen Auditorium mit einer großen, aus unterschiedlichen Richtungen einsehbaren Bühne oder im Freien zu schaffen, sowie Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Verfahren.

Diese Aufgabe wird einmal dadurch gelöst, daß mit bekannten technischen Mitteln in jeweils räumlich begrenzten Quellbereichen der Originalschall aufgenommen wird, daß die dort aufgenommenen Quellensignale um bestimmte Verzögerungszeiten verzögert und danach mit den ebenfalls verzögerten Signalen der anderen Quellbereiche zu getrennten Lautsprechersignalen für jeweils eine der zwischen Bühne und Publikumsbereich befindlichen Primärlautsprechergruppen summiert werden, und zwar mit gleichem Amplitudenverhältnis, jedoch unterschiedlichen Verzögerungszeiten, entsprechend der jeweiligen räumlichen Zuordnung der Quellbereiche und der Pm Järlautsprechergruppen, derart, daß an allen Zuhörerplätzen die Schallsignalfoige von derjenigen Primärlautsprechergruppe, die den geringsten Ahstand von der Verbindungslinie zwischeo einem Zuhörerort und einem bestimmten Quellbereich aufweist, früher eintrifft als der Schall aller übrigen Primärlautsprechergruppen, jedoch später als der betreffende Originalschall.

Diese Lösung ergibt ein richtungs- und entfernungsgetreues Klangbild, erfordert jedoch besonders bei großflächigen Bühnen und enger Quellbereichsgliederung eine große Anzahl von Verzögerungseinrichtungen.

Eine weitere Lösungsmöglichkeit der Aufgabe besteht darin, daß wiederum mit bekannten technischen Mitteln in jeweils räumlich begrenzten Quellbereichen der Originalschall aufgenommen wird, daß die dort aufgenommenen Queliensignale einerseits vorsummiert und danach um bestimmte Verzögerungszeiten verzögert werden und andererseits einzeln bzw. in Gruppen mit den /orsummierten und verzögerten Signalen zu getrennten Lautsprechersignalen fü^r Jeweils eine der zwischen Bühne und Pubiikumsbereich befindlichen Primärlautsprechergruppen summiert werden, wobei die Verzögerungszeiten etwa den Schallaufzeiten zwischen den Quellbereichen und den Primärlautsprechergruppen entsprechen.

Diese zweite Lösung ergibt zwar allein angewendet eine Einbuße an Entfernungstreue bei Originaldarbietungen, eignet sich aber besonders für Play-back-Betrieb, für Bühnen geringer Tiefe und zur ergänzenden Unterteilung größerer Quellbereiche bei ergänzender Anwendung zur ersten Lösung.

In weiterer Ausbildung der Erfindung werden bei Abbildung bewegter Schallquellen, die über einen Quellbereich hinausgehen, die Quellsignale vor der Verzögerung mittels Nachführeinrichtungen stufenlos überblendet.

Zur Erhöhung der Räumlichkeit oder Durchsichtigkeit werden in vorteilhafter Ausbildung der Erfirdung die um bestimmte Zeiten verzögerten Quellsignale unterschiedlich zusätzlich verzögert und weiteren im Raut.i verteilten Lautsprechern zugeführt, wobei entsprechend der natürlichen Laufzeiten und Dämpfungen zwischen den Primärlautsprechergruppen und den weiteren im Raum verteilten Lautsprechern eine Laufzeit- und Amplitudenanpassung erfolgt.

Das zuerst beschriebene Verfahren wird mit einer Schaltungsanordnung dadurch realisiert, daß Mikrofone und/oder Signalquellen jeweils mit dem Eingang von Verzögerungsgliedern verbunden sind, die das jeweilige Quellensignal um bestimmte Zeiten verzögern, und daß die die jeweils erforderliche Verzögerungszeit realisierenden, zusammengehörenden Ausgänge der einzelnen Verzö^crungsglieder in rückwirkungsfreien Summierungsschaltungen zusammengefaßt sind, deren Ausgänge mit gleichem Arcplitudenverhältnis mit den entsprechenden Primärlautsprechergruppen und/oder mit weiteren im Raum verteilten Lautsprechern verbunden sind.
Zur Realisierung des als zweite Lösungsmöglichkeit erwähnten Verfahrens kann eine Schaltungsanordnung verwendet werden, bei der die Ausgänge der Mikrofone und/oder anderen Signalquellen zunächst mit den Eingängen einer zusätzlichen ersten rückwirkungsfreien Summierungsschaltung sowie mit je einem Eingang der

zweiten Summierungs.schaltüng verbunden sind, daß der Ausgang der ersten Summierungsschaltung mit dem Eingang nur einer (einzigen) Verzögerungseinrichtung verbunden ist, deren ein oder mehrere Ausgänge jeweils

mit einem weiteren Eingang der zweiten Summierungsschaltungen verbunden ist bzw. sind, deren Ausgänge wiederum mit den jeweils entsprechenden Lautsprechergruppen verbunden sind.

Der Vorteil dieser Anordnung ist besonders bei einer hohen Zahl η von Signalquellen von Bedeutung, weil dann eine zusätzliche Summierungsschaltung einer Einsparung von n— I relativ teuren Verzögerungseinrichtungen gegenübersteht.

Im Falle des Vorhandenseins mehrerer geometrisch unterschiedlicher Bühnen und/oder Raumvarianten ist zur Zusammenschaltung von Mikrofonen, Verzögerungsgliedern und Primärlautsprechergruppen eine vorprogrammierbare Umschalteinrichtung vorgesehen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß gegenüber allen bisher bekannten Verfahren bei Beschallung großer Auditorien mit einer großen, an.« unterschiedlichen Richtungen einsehbaren Bühne für alle Zuhörerplätze eine gute Schallversorgung sowohl hinsichtlich der Gewährleistung einer Lokalisation der Originalschallquellen sowie ihrer Abbildungen im Sinne einer Übereinstimmung zwischen optischer und akustischer Perspektive als auch mit hoher Klangqualität im Sinne optimaler Klangfarbe, akustischem Gleichgewicht der einzelnen festen bzw. bewegten Schallquellen und flclchrnäßi^cr Schallne^elverteiiung im Auditorium erreicht wird.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine mögliche Raum-Konfiguration und das Prinzipschaltbild des Beschallungssystems und

F i g. 2 eine Abwandlung mit verringertem Aufwand an Verzögerungseinrichtungen in der gleichen Raum-Konfiguration.

Zunächst sei an F i g. 1 die prinzipielle Funktionsweise erläutert:

Aus dem zweiten Quellbereich Γ wird ein Signal mit dem zweiten Mikrofon 2' aufgenommen und zum Eingang des zweiten Verzögerungsgliedes T geführt. Über den ersten Ausgang mit der geringsten Verzögerungszeit gelangt das Signal b des zweiten Quellbereiches Γ zur ersten rückwirkungsfreien Summierungsschaltung 8 und vom Ausgang dieser Schaltung zur zweiten Primärlautsprechergruppe 5. Im gesamten Bühnenbereich soll bei Betrieb des elektro-akustischen Beschallungssystems mittels Laufzeitstereofonie die Ortung der Originalschallquellen nicht verlorengehen. Das heißt, daß im durch die zweite Primärlautsprechergruppe 5 versorgten Teil des Pub'^;.kumsbereiches 3 der Originalschall vom zweiten Quellbereich Γ früher als der Schall aus der zweiten Primärlautsprechergruppe 5 eintreffen muß (Gesetz der ersten Wellenfront). Dementsprechend muß auch die obenerwähnte Verzögerungszeit am zweiten Verzögerungsglied T gewählt werden. Sie darf natürlich auch nicht zu groß sein, denn dann könnte es passieren, daß Originalschall und Lautsprecherschall so stark auseinanderfallen, daß Echos auftreten.

Analog werden die Signale aus den übrigen Quellbereichen 1; 1"; V" zu den entsprechenden Verzögerungsgiiedern 7; 7" und T" geführt. Da der erste, dritte und vierte Quellbereich 1; 1" und V" jeweils weiter entfernt von dem durch die zweite Primärlautsprechergruppe 5 zu versorgenden Teil des Publikumsbereiches 3 liegen, müssen die Quellensignale a; c und d aus dem ersten, dritten oder vierten Quellbereich auch stärker verzögert werden, bevor sie zur ersten Summierungsschaltung 8 und dann zur zweiten Primärlautsprechergruppe 5 gelangen. Über die zweite Primärlautsprechergruppe 5 wird ein Schallereignis, aufgenommen im ersten, dritten oder vierten Quellbereich I; 1" oder Γ", somit später als ein Quellensignal aus dem zweiten Quellbereich 1'abgestrahlt.

Die für die zweite Primärlautsprechergruppe 5 beschriebene Signalaufbereitung trifft analog auch für die erste und dritte Primärlautsprechergruppe 4 und 6 zu. Bei sogenannter Play-back-Beschallung tritt anstelle des Mikrofons in dem betreffenden Quellbereich der Ausgang eines Schallspeichergerätes, so daß in solchen Fällen eine dem Bühnengeschehen adäquate Lokalisation gesichert ist.

Vorteil dieser Beschallungsart ist, daß die Quellensignaie aus allen Quellbereichen von allen Primärlautsprechergruppen mit gleicher Intensität, also im gleichen Amplitudenverhältnis, abgestrahlt werden, wodurch ein gleichmäßiges Klangbild an allen Hörerorten erreicht wird.

Die F i g. 2 geht zum besseren Vergleich von der gleichen Raum-Konfiguration aus, wobei aber besonders hier an eine größere Zahl von Quellbereichen zu denken ist, die im gleichen Sinn anzuschalten wären.

Die Besonderheit der Abwandlung besteht darin, daß zunächst alle Signale a; b; c an einer zusätzlichen ersten Sumrniirungsschaltung 11 liegen und parallel dazu ebenfalk noch unverzögert an Eingängen je einer zugeordneten zweiten Summierungsschaltung 8; 9; 10. Diese Summierungsschaltungen sind ebenso wie andere gleiehe Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, wie in F i g. 1, so daß auch die dazu erklärte Funktionsweise entsprechend zutrifft.

Das Ausgangssummensignal s der ersten Summierungsschaltung 11 wird in einer Verzögerungseinrichtung 7 verzögert. Diese einzige Verzögerungseinrichtung kann von bekannter Art ein, zwei oder mehreren Ausgangssignale s';s"liefern, so daß je nach den räumlichen Gegebenheiten geeignete Verzögerungzeiten für die weiteren Eingänge der einzelnen daran angeschlossenen zweiten Summierungsschaltungen 8; 9; 10 gewählt werden können. Dort werden sie wieder, wie bereits zu F i g. 1 erklärt, zu den Signalen e; f; g vereinigt und den Primärlautsprechergruppen 4; 5; 6 zugeführt.
Durch die Verzögerung des Summensignals 5 wird erreicht, daß beispielsweise von der ersten Primärlautsprechergruppe 4 zuerst das Signal b aus dem vierten Quellbereich Γ" abgestrahlt wird und damit die Lokalisation durch diese Primärlautsprechergruppe bestimmt wird (Gesetz der ersten Wellenfront). Erst danach treffen als verzögertes Summensignal s'die informa;:onen aus den übrigen Quellenbereichen ein. Da vom Zuschauerbereich 3 aus die Quellbereiche 2 und 2'" in gleiher Richtung liegen, können ihre beiden Quellensignale a und b auf die gleiche zweite Summierungsschaltung 8 geführt und dort mit dem vergrößerten Summensignal s"vereinigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur richtungsgetreuen elektro-akustischen Schallübertragung in großen Kommunikationsräumen oder im Freien, dadurch gekennzeichnet, daß mit bekannten technischen Mitteln in jeweils räumlich begrenzten Quellbereichen (1; 1'; 1"; Γ") der Originalschall aufgenommen wird, daß die dort aufgenommenen QueUensignale (a; b; c; d) um bestimmte Verzögerungszeiten verzögert und danach mit den ebenfalls verzögerten Signalen der anderen Quellbereiche zu getrennten Lautsprechersignalen (e;f;g) für jeweils eine der zwischen Bühne und Publikumsbereich befindlichen Primärlautsprechergruppen (4; 5; 6) summiert werden, und zwar mit gleichem Amplitudenverhältnis, jedoch unterschiedlichen Verzögerungszeiten entsprechend der jeweiligen räumlichen Zuordnung der Quellbereiche (1; 1'; 1"; t") und der Primärlautsprechergruppen (4; S; 6), derart, daB an alien Zuhörerplätzen die Schallsignalfolge von derjenigen Primärlautsprechergruppe (4; 5; 6), die den geringsten Abstand von der Verbindungslinie zwischen einem Zuhörerort und einem bestimmten Quellbereich (1; 1'; 1"; 1'") aufweist, früher eintrifft als df?r Schall aller übrigen Primärlautsprechergruppen (4; 5; 6), jedoch später als der betreffende Originalschall.

2. Verfahren zur richtungsgetreuen elektro-akustischen Schallübertragung in großen Kommunikationsräumen oder im Freien, dadurch gekennzeichnet, daß mit bekannten technischen Mitteln in jeweils räumlich begrenzten Quellbereichen (1; 1'; 1"; i¹") der Originaischaii ausgenommen wird, daß die dort aufgenommenen Quellensignale (a; b; c; d) einerseits vorsurnroäert und danach um bestimmte Verfcögerungszeiten verzögert werden und andererseits einzeln (c; d) bzw. in Gruppen (a; b) mit den vorsummierten und verzögerten Signalen (s'; s") zu getrennten Lautsprechersignalen (e;f; g)für jeweils eine der zwischen Bühne und Publikumsbereiche befindlichen Primärlautsprechergruppen (4; 5; 6) suirmiert werden, wobei die Verzögerungszeiten etwa den Schallaufzeiten zwischen den Quellbereichen (1; 1'; i"; 1'") und den Primärlautsprechergruppen (4; 5; 6) entsprechen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung von Schallquellenbewegungen über einen Quellbereich hinaus, die QueUensignale (a; b; c; d) vor der Verzögerung mittels Nachführeinrichtungen stufenlos überblendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die um bestimmte Zeiten verzögerten Quellsignale (a; b; c; d) zur Erhöhung der Räumlichkeit oder Durchsichtigkeit unterschiedlich zusätzlich verzögert und weiteren im Raum verteilten Lautsprechern zugeführt werden, wobei entsprechend der natürlichen Laufzeiten und Dämpfungen zwischen den Primärlautsprechergruppen und eo den weiteren im Raum verteilten Lautsprechern einer Laufzeit- und Amplitudenanpassung erfolgt.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mikrofone (2; 2'; 2"; 2'"), und/oder Signalquellen jeweils mit dem Eingang von Verzögerungsgliedern (7; 7'; 7"; T") verbunden sind, die das jeweilige Quellensignal (a; b; c; d) um bestimmte Zeiten verzögern und daß die die jeweils erforderliche Verzögerungszeit realisierenden, zusammengehörenden Ausgänge der einzelnen Verzögerungsglieder (7; T; 7"; T") in rückwirkungsfreien Summierungsschaltungen (8; 9; 10) zusammengefaßt sind, deren Ausgänge mit gleichem Amplitudenverhältnis mit den entsprechenden Primärlautsprechergruppen (4; 5; 6) und/oder mit weiteren im Raum verteilten Lautsprechern verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Mikrofone und/oder anderen Signalquellen (a; b: C; d) zunächst mit den Eingängen einer ersten zusätzlichen rückwirkungsfreien Summierungsschaltung (11) sowie mit je einem Eingang der zweiten Summierungsschaltungen (8; 9; 10) verbunden sind, daß der Ausgang (s) der ersten Summierungsschaltung (11) mit dem Eingang nur einer Verzögerungseinrichtung (7) verbunden ist, deren ein oder mehrere Ausgänge (s'; s") jeweils mit einem weiteren Eingang der zweiten Summierungsschaltungen (8; 9; 10) verbunden ist bzw. sind, deren Ausgänge (g; e; f) wiederum mit den jeweils entsprechenden Lautsprechergruppen (4; 5; 6) verbunden sind

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6 für mehrere geometrisch unterschiedliche Bühnen- und/oder Raumvarianten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zusammenschaltung von Mikrofonen (2; 2'; 2"; 2'"), Verzögerungsgliedern (7; T; 7"; T") und Primärlautsprechergruppen (4; 5; 6) eine vorprogrammierbare Umschalteinrichtung vorgesehen ist