DE2932330A1 - Stereophony system with artificial head and corrected earphones - has filter in each channel to cancel frequency response of artificial head - Google Patents

Stereophony system with artificial head and corrected earphones - has filter in each channel to cancel frequency response of artificial head

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DE2932330A1 DE19792932330 DE2932330A DE2932330A1 DE 2932330 A1 DE2932330 A1 DE 2932330A1 DE 19792932330 DE19792932330 DE 19792932330 DE 2932330 A DE2932330 A DE 2932330A DE 2932330 A1 DE2932330 A1 DE 2932330A1
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    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/027—Spatial or constructional arrangements of microphones, e.g. in dummy heads

Abstract

The stereophony system uses two microphones in the ears of an artificial head and reproduction by earphones to DIN 45500. These phones produce the same sound at the ears as would be received from a frequency independent loudspeaker a few metres in front of the listener. Thus the frequency response of the human head has been introduced twice; once by the artificial head and again by the phones. This defect is corrected by inserting a filter in each channel with a frequency response which is the inverse of that of the artificial head to sounds from the front. The filter consists of 3 bridged-T sections; 1 band-pass and 2 band-stops. It is entirely passive, using lumped L, C and R, and has an insertion loss of appr 37dB.

Description

VERFAHREN UND FILTERANORDNUNG ZUM STEREO- PROCEDURE AND FILTER ARRANGEMENT FOR STEREO

PHONEN AUFNEHMEN VON SCHALLSIGNALEN MITTELS EINES KUNSTKOPFES Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs l sowie auf eine Filteranordnung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren dieser Art ist allgemein bekannt. PHONES RECORDING SOUND SIGNALS WITH AN ARTIFICIAL HEAD Die The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 as well as on a filter arrangement for carrying out the method. A procedure of this kind is well known.

Der grundlegende Ansatz der kopfbezogenen Stereophonie besteht darin, daß das natürliche räumliche Hören mit Hilfe eines Kunstkopfes und eines Kopfhörers nachgebildet werden soll. Dazu wird angestrebt, im Gehörgang einer Versuchsperson mittels der kopfbezogenen Stereophonie die gleichen Ohrsignale zu erzeugen, wie sie beim natürlichen Hören auftreten würden, falls der Kopf der Versuchsperson sich unmittelbar am Ort der Kunstkopfaufnahme befände. Wenn dieses Ziel mit genügender Genauigkeit erreicht wird, führt die kopfbezogene Stereophonie zu einer räumlichen Abbildung von Schallquellen mit einer Qualität, die bisher von keinem anderen stereophonen Verfahren erreicht wird.The basic approach of head-related stereophony is to that natural spatial hearing with the help of an artificial head and headphones should be replicated. The aim is to do this in the ear canal of a test person using head-related stereophony to generate the same ear signals as they would occur in natural hearing if the subject's head was up would be located directly at the location of the artificial head recording. If this goal is sufficient Accuracy is achieved, the head-related stereophony leads to a spatial one Imaging of sound sources with a quality that has not yet been achieved by any other stereophonic Procedure is achieved.

Um die natürlichen Ohrsignale richtig nachzubilden, muß die stereophone Obertragungsstrecke vom Kunstkopf bis zum Kopfhörer zwei wesentlichen Vor-aussetzungen erfüllen: 1. Der Kunstkopf muß die Richtcharakteristik des menschlichen Ohrs - relativ zu der Bezugsrichtung frontaler Schalleinfall - hinreichend genau nachbilden.In order to reproduce the natural ear signals correctly, the stereophonic Transmission path from the artificial head to the headphones two essentials Fulfill the prerequisites: 1. The artificial head must have the directional characteristic of the human Ear - relative to the reference direction of the frontal sound incidence - sufficiently accurate to recreate.

2. Für diese Bezugsrichtung muß die Übertragungsfunktion der gesamten Anordnung vom Kunstkopf bis zum Kopfhörer der Freifeldübertragungsfunktion des äußeren Ohrs beim natürlichen Hören entsprechen.2. For this reference direction, the transfer function of the entire Arrangement from the artificial head to the headphones of the free field transmission function of the external In natural hearing.

Die erste Vor-aussetzung ist beim gegenwärtigen Stand der Technik bereits gut erfüllt ( vgl. z.B. den von der Firma Neumann GmbH, Berlin hergestellten und vertriebenen Kunstkopf der Bezeichnung KU 80 ). Durch die Nachbildung der Geometrie von Kopf, Hals und Ohrmuscheln und durch die Ankopplung von zwei Mikrophonen in den Gehörgängen können zwei Mikrophonsignale gewonnen werden, deren richtungsabhängige Unterschiede gut mit den richtungsabhängigen interauralen Unterschieden beim natürlichen Hören übereinstimmen.The first requirement is with the current state of the art already well fulfilled (see e.g. the one manufactured by Neumann GmbH, Berlin and sold artificial head called KU 80). By simulating the geometry of the head, neck and auricles and by coupling two microphones in Two microphone signals can be obtained from the auditory canals, their direction-dependent Differences well with the directional interaural differences in natural Hear match.

Die zweite Vor-aussetzung ist jedoch z.Z. nicht befnedigend erfüllt.The second requirement is currently not satisfactorily fulfilled.

Vergleicht man bezüglich der Ohrsignale im Gehörgang der Versuchsperson das natürliche Hören mit der kopfbezogenen Stereophonie nach dem Stand der Technik, so zeigen sich erhebliche Abweichungen. Diese Abweichungen sind sehr deutlich hörbar und führen zu Abbildungsfehlern bezüglich der Klangfarbe und der Lokalisation von Schallquellen. Dies für gilt in gleichem Maße/frontalen und seitlichen Schalleinfall. Die Ursache hierfür liegt in der Kombination der Obertragungsfunktionen von Kopfhörer und Kunstkopf.If one compares the ear signals in the ear canal of the test person natural hearing with head-related stereophony according to the state of the art, this shows considerable deviations. These deviations are very clearly audible and lead to imaging errors with regard to the timbre and the localization of Sound sources. This applies equally to / frontal and side sound incidence. The reason for this lies in the combination of the transmission functions of headphones and dummy head.

Der verwendete Kopfhörer entspricht in seiner Obertragungsfunktion den Anforderungen der DIN 45500 für hochwertige Kopfhörer. Ein solcher freifeldentzerrter Kopfhörer ruft im Gehörgang einer Versuchsperson die gleichen Ohrsignale hervor wie ein Lautsprecher mit frequenzunabhängiger Obertragungsfunktion, der einige Meter vor der Versuchsperson steht. Zu diesem Zweck weist der Kopfhörer die gleiche Obertragungsfunktion wie das äußere menschliche Ohr auf. Der freifeldentzerrte Kopfhörer bildet also die Aubenohrfunktion für frontalen Schalleinfall nach.The headphones used correspond in their transmission function the requirements of DIN 45500 for high quality headphones. Such a free field equalized one Headphones produce the same ear signals in the ear canal of a test person like a loudspeaker with a frequency-independent transmission function that spans a few meters stands in front of the test subject. To this end, the headphones have the same transmission function like the outer human ear. The free-field equalized headphones thus form the outer ear function for frontal sound incidence.

Beim Kunstkopf sind die Miknphonsiganale näherungsweise elektrische Entsprechungen von Ohrsignalen. In der elektroakustischen Obertragungskette der heute üblichen kopfbezogenen Stereophonie ist die Außenohrfunktion für frontalen Schalleinfall im Kunstkopf nochmals und damit insgesamt einmal zuviel enthalten, was zu der bereits erwähnten Abweichung vom natürlichen Hören führt.In the artificial head, the microphone signals are approximately electrical Correspondences of ear signals. In the electroacoustic transmission chain of the Head-related stereophony common today is the outer ear function for frontal ones Sound incidence in the artificial head again and thus contain once too much overall, which leads to the already mentioned deviation from natural hearing.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art einen besser an das natürliche Hören angenäherten Höreindruck zu erzielen.The object of the invention is, in a method of the initially mentioned way to achieve a hearing impression that is closer to natural hearing.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Filteranordnung ergibt sich aus dem Anspruch 2. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Filteranordnung nach Anspruch 2 ist in dem Anspruch 3 gekennzeichnet.One suitable for carrying out the method according to the invention Filter arrangement results from claim 2. A particularly advantageous embodiment of the filter arrangement according to claim 2 is characterized in claim 3.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in der Obertragungskette Kunstkopf-Kopfhörer einmal zuviel enthaltene Außenohr-Übertragungsfunktion des Kunstkopfes gegenläufig kompensiert, so daß die übertragungsfunktion der gesamten aufnahmeseitigen Kunstkopfanordnung, bestehend aus Kunstkopf mit nachgeschalteter Filteranordnung, frequ'nzunabhängig für frontalen Schalleinfall ist. Bei der Übertragung der so entzerrten Kunstkopfsignale hat die Versuchsperson aufgrund der Auaenohr-Obertragungseigenschaft des freifeldentzerrten Kopfhörers einen weitgehend natürlichen Höreindruck. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens freifeldangepaßten ( entzerrten ) Kunstkopfsignale auch bei Wiedergabe mittels Lautsprecher einen stark verbesserten Höreindruck vermitteln, wie durch praktische Versuche festgestellt werden konnte.With the aid of the method according to the invention, the in the transmission chain Artificial head headphones once too much contained the outer ear transfer function of the artificial head counterbalanced so that the transfer function of the entire receiving side Artificial head arrangement, consisting of an artificial head with a downstream filter arrangement, is frequency-independent for frontal sound incidence. When transmitting the so equalized The test person has artificial head signals due to the outer ear transmission property of the free-field equalized headphones a largely natural hearing impression. A Another advantage is that by means of the method according to the invention Free-field adapted (equalized) artificial head signals even when reproduced via loudspeakers convey a greatly improved hearing impression, as determined by practical tests could be.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 den Frequenzgang des Freifeldübertragungsmasses des äußeren Ohrs für frontalen Schalleinfall, der mit dem Frequenzgang des Obertragungsmasses eines nach DIN 45500 freifeldentzerrten Kopfhörers übereinstimmt; Fig. 2 die Frequenzgänge des Freifeldübertragungsmasses eines bekannten Kunstkopfes für frontalen Schalleinfall ( mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve ) sowie des Obertragungsmasses der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung ( mit gestrichelter Linie gezeichnete Kurve ), und Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung.The invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows: Fig. 1 shows the frequency response of the free field transmission rate of the outer ear for frontal Sound incidence that corresponds to the frequency response of the transmission factor of a DIN 45500 free-field equalized headphones; Fig. 2 the frequency responses the free field transmission factor of a known artificial head for frontal sound incidence (curve drawn with a solid line) and the transmission rate of the invention provided filter arrangement (curve drawn with dashed line), and Fig. 3 is an electrical circuit diagram of an embodiment of the invention provided filter arrangement.

In Fig. 1 ist zur Verdeutlichung der eingangs bereits dargelegten Problematik für einen freifeldentzerrten Kopfhörer und in Fig. 2 für einen Kunstkopf des Typs KU 80 der Firma Neumann GmbH, Berlin jeweils der Frequenzgang des Obertragungsmasses dargestellt. Wie aus dem Vergleich beider Frequenzgänge ersichtlich ist, ergibt die Addition beider Frequenzgänge bei der Kettenschaltung von Kunstkopf und Kopfhörer eine starke Oberhöhung des resultierenden Frequenzgangs und damit einen unnatürlichen Höreindruck. Die der Erfindung zugrunde liegende Überlegung besteht nunmehr darin, den Frequenzgang des Kunstkopfes für frontalen Schalleinfall gegenläufig mit Hilfe einer Filteranordnung zu kompensieren, wie in Fig. 2 mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve angedeutet ist. Als Ergebnis dieser Maßnahme wird in der Obertragungskette von Kunstkopf zum Kopfhörer für frontalen Schalleinfall nur noch der von dem Kopfhörer nachgebildete Frequenzgang des Freifeldübertragungsmasses des äußeren Ohrs gemäß Fig. l wirksam, so daß die Versuchsperson einen weitgehend natürlichen Höreindruck hat.In Fig. 1 is to illustrate the already set out Problem for a free field equalized headphone and in Fig. 2 for an artificial head of the type KU 80 from Neumann GmbH, Berlin, the frequency response of the transmission rate shown. As can be seen from the comparison of both frequency responses, results the addition of the two frequency responses when the artificial head and headphones are daisy-chained a strong increase in the resulting frequency response and thus an unnatural one Auditory impression. The consideration on which the invention is based now consists in the frequency response of the artificial head for frontal sound incidence in opposite directions with the help to compensate a filter arrangement, as shown in Fig. 2 with the dashed line Curve is indicated. As a result of this action, in the transmission chain from artificial head to headphones for frontal sound incidence only that of the headphones simulated frequency response of the free field transmission factor of the outer ear according to Fig. 1 effective, so that the test subject has a largely natural hearing impression Has.

Die in Fig. 3 anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Filteranordnung besteht aus der Kettenschaltung eines Bandpasses 10 und zweier Bandsperren 20, 30, wobei die Schaltungsbestandteile 10, 20 und 30 durch senkrechte gestrichelte Lienien voneinander getrennt sind. Der Bandpaß 10 und die Bandsperren 20, 30 sind in Form von Brücken-T-Gliedern ausgebildet. Der Querzweig des Bandpasses 10 umfaßt einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität L1, einer Kapazität C1 und einem ohmschen Widerstand R1, ferner einen Serienwiderstand R2. Der Brückenzweig des Bandpasses 10 umfaßt einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität L3, einer Kapazität C3 und einem ohmschen Widerstand R3, ferner einen Parallelwiderstand R4. Der Längszweig des Bandpasses 10 umfaßt zwei ohmsche Widerstände R. Dies gilt in gleicher Weise auch für die Langszweige der beiden Bandsperren 20 und 30.The illustrated in Fig. 3 using an exemplary embodiment, for Implementation of the method according to the invention provided filter arrangement from the chain connection of a bandpass filter 10 and two bandstop filters 20, 30, wherein the circuit components 10, 20 and 30 by vertical dashed lines from each other are separated. The bandpass filter 10 and the bandstop filters 20, 30 are in the form of bridge T-members educated. The shunt branch of the bandpass filter 10 includes a parallel resonant circuit an inductance L1, a capacitance C1 and an ohmic resistor R1, furthermore a series resistor R2. The bridge arm of the bandpass filter 10 comprises a series resonant circuit with an inductance L3, a capacitance C3 and an ohmic resistance R3, also a parallel resistor R4. The series branch of the bandpass filter 10 comprises two Ohmic resistances R. This also applies in the same way to the long branches of the both bandstop filters 20 and 30.

Bei der ersten Bandsperre 20 umfaßt der Querzweig einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität L5, einer Kapazität C5 und einem ohmschen Widerstand R5. Der Brückenzweig der Bandsperre 20 umfaßt einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität L6, einer Kapazität C6 und einem ohmschen Widerstand R6.In the case of the first bandstop filter 20, the shunt branch comprises a series resonant circuit with an inductance L5, a capacitance C5 and an ohmic resistor R5. The bridge arm of the bandstop filter 20 comprises a parallel resonant circuit with an inductance L6, a capacitance C6 and an ohmic resistor R6.

Bei der zweiten Bandsperre 30 umfaßt der Querzweig einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität L7, einer Kapazität C7 und einem ohmschen Widerstand R7. Der Brückenzweig der Bandsperre 30 umfaßt einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität L8, einer Kapazität C8 und einem ohmschen Widerstand R8.In the case of the second bandstop filter 30, the shunt branch comprises a series resonant circuit with an inductance L7, a capacitance C7 and an ohmic resistor R7. The bridge arm of the bandstop filter 30 comprises a parallel resonant circuit with an inductance L8, a capacitance C8 and an ohmic resistor R8.

Dem Eingang 11 der Filteranordnung nach Fig. 3 ist zur Impedanzanpassung ein ohmscher Widerstand Rg vorgeschaltet.The input 11 of the filter arrangement according to FIG. 3 is for impedance matching an ohmic resistor Rg is connected upstream.

Eine praktisch verwirklichte Filteranordnung gemäß Fig. 3 besaß eine Einschaltdämpfung von 37 dB. Aufgrund der ausschließlichen Verwendung passiver Bauelemente zeigt die Filteranordnung nach Fig. 3 kein Eigenrauschen.A practically realized filter arrangement according to FIG. 3 had one Switch-on attenuation of 37 dB. Due to the exclusive use of passive components the filter arrangement according to FIG. 3 shows no inherent noise.

Die Wirkungsweise der Filteranordnung nach Fig. 3 ist am besten aus dem Frequenzgang gemäß Fig. 2 ( gestrichelt eingezeichnete Kurve ) ersichtlich, Der Bandpaß 10 bewirkt die Anhebung des Frequenzgangs bei 10 kHz, während die Bandsperren 20, 30 die Absenkungen bei 1,4 kHz bzw. 4,2 kHz bewirken.The operation of the filter arrangement according to FIG. 3 is best the frequency response according to Fig. 2 (dashed curve) can be seen, The bandpass filter 10 increases the frequency response at 10 kHz, while the bandstop filters 20, 30 effect the dips at 1.4 kHz and 4.2 kHz, respectively.

Claims (3)

PATENTANSPRUCHE Verfahren zum stereophonen Aufnehmen von Schallsignalen mittels eines Kunstkopfes, welcher eine dem menschlichen Ohr weitgehend angenäherte Richtcharakteristik besitzt, wobei die aufgenommenen Schallsignale zur Wiedergabe mittels eines freifeldentzerrten Kopfhörers vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dal3 die Mikrophonsignale des Kunstkopfes vor ihrer Übertragung zu dem Kopfhörer einer Filteranordnung zugeführt werden, deren Frequenzgang invers bezüglich des Freifeldibertragungsmasses für frontalen Schalleinfall des Kunstkopfes ist. PATENT CLAIMS Method for stereophonic recording of sound signals by means of an artificial head, which is largely similar to the human ear Directional characteristic, the recorded sound signals for reproduction are provided by means of free field equalized headphones, d a d u r c h g e k It is noted that the microphone signals from the artificial head are transmitted before they are transmitted are fed to the headphones of a filter arrangement, the frequency response of which is inverse with regard to the free field transmission factor for frontal sound incidence of the artificial head is. 2. Filteranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Frequenzgang, welcher invers bezüglich des Freifeldübertragungsmasses für frontalen Schalleinfall des Kunstkopfes ist.2. Filter arrangement for performing the method according to claim 1, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a frequency response which is inversely related to of the free field transmission factor for frontal sound incidence of the artificial head. 3. Filteranordnung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kettenschaltung eines Bandpasses (10), einer ersten Bandsperre (20) und einer zweiten Bandsperre (30), wobei der Bandpaß (10) und jede der Bandsperren (20 bzw. 30) in Form von Brücken-T-Gliedern mit frequenzunabhängiger Eingangs- und Ausgangsimpedanz ausgebildet sind.3. Filter arrangement according to claim 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h the chain connection of a bandpass filter (10), a first bandstop filter (20) and a second bandstop filter (30), the bandpass filter (10) and each of the bandstop filters (20 or 30) in the form of bridge T-links with frequency-independent input and Output impedance are formed.
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