DE3131730A1 - Raumbezogene entzerrung bei der uebertragung von kunstkopfsignalen - Google Patents

Description

RAUMBEZOGENE ENTZERRUNG BEI DER ÜBERTRAGUNG VON KUNSTKOPFSIGNALEN

Die Erfindung bezieht sich auf ein stereophones Übertragungsverfahren mittels eines Kunstkopfs und eines Kopfhörers sowie auf Mittel zur Durchführung des Verfahrens.

Solche kopf bezogenen Übertragungssysteme enthalten am Anfang der Übertragungskette einen Kunstkopf und am Ende der Übertragungskette einen Kopfhörer. Folgende Ausführungsform hat Eingang in die Praxis gefunden: Am Aufnahmeort befindet sich ein Kunstkopf, der die gesamten akustischen Verhältnisse an einem natürlichen Kopf so gut als möglich nachbildet (z.B. ein Kunstkopf nach DE-PS 19 27 401), d.h. die Mikrophonsignale dieses Kunstkopfs sollen möglichst genau den Ohrsignalen eines natürlichen Kopfes entsprechen.

Diese Mikrophonsignale werden auf einem Tonträger (z.B. Schallplatte, Tonband) aufgezeichnet und/oder auf einer Übertragungsstrecke (z.B. stereophoner Rundfunkkanal) übertragen. Zur klangtreuen Wiedergabe muß ein sogenannter verzerrungsfreier Kopfhörer verwendet werden.

Aus Rundfunktechnische Mitteilungen, Band 24 (1980), S. 1-11 und aus Funkschau, Band 52 (1980), Heft 9, S. 79-84 ist es bekannt, statt eines solchen Kunstkopfs einen wesentlich leichter realisierbaren Kunstkopf zu verwenden,. dessen Freifeld-Übertragungsmaß für frontalen Schalleinfall frequenzunabhängig ist, der also für eine Bezugsrichtung nicht die typische Frequenzbewertung durch das äußere Gehör aufweist. Zur klangtreuen Wiedergabe kann in diesem Fall ein üblicher freifeidentzerrter Kopfhörer verwendet werden .
Kopfbezogene Übertragungen dieser Art weisen den Mangel auf, daß der Signalstörabstand der Kunstkopfsignale in bestimmten Frequenzbereichen zu gering ist, so daß bei klangtreuer Wiedergabe das MikrophonrausGhen hörbar wird.

Außerdem bietet die kopfbezogene Stereophonie in der beschriebenen Form keine Möglichkeit, die für eine kopfbezogene Übertragung wichtigen Unterschiede in der Richtcharakteristik des Kunstkopfs und des individuellen Zuhörers zu berücksichtigen. Weiterhin ist die kopfbezogene Stereophonie in der beschriebenen

Form nicht genügend kompatibel mit der raumbezogenen Stereophonie, d.h. sowohl die Lautsprecherwiedergabe von Kunstkopfsignalen als auch die Kopf hörer wiedergabe von herkömmlichen raumbezogenen Stereosignalen führt zu Hörereignissen, die in räumlicher und klanglicher Hinsicht Übertragungsfehler aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein kopfbezogenes Übertragungsverfahren anzugeben, das mit möglichst geringem baulichen Aufwand für die originalgetreue Übertragung von Schallereignissen geeignet ist und zu diesem Zweck gleichzeitig - einen optimalen Signalstörabstand bei den aufgenommenen Stereosignalen zeigt,

- die individuelle Richtcharakteristik und/oder Frequenzbewertung des jeweiligen Zuhörers durch eine wiedergabeseitige Individualanpassung berücksichtigt und
- kompatibel ist zur raumbezogenen Stereophonie.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü-

20 chen 2 bis 15 gekennzeichnet.

Kopfbezogene Aufnahmeanordnungen weisen im Frequenzbereich um 8 bis 10 kHz ausgeprägte Minima des Freifeldübertragungsmaßes auf, die zu geringen Signalstörabständen führen. Elektret- und Kondensatormikrophone CAl) zeigen im Frequenzbereich zwischen 5 und 12 kHz eine Resonanzstelle, die üblicherweise unerwünscht ist und bedämpft wird, beim Einbau des Mikrophons (Al) in einen Kunstkopf (A) jedoch dazu beitragen kann, das unerwünschte Minimum zu kompensieren. Bei geeigneter Auslegung des Kunstkopfs weisen die Mikrophonsignale lediglich noch Überhöhungen des Frequenzgangs auf. Diese Überhöhungen werden durch die Filteranordnungen (A2) gedämpft, wobei auch die Mikrophonstörsignale mitgedämpft werden.

Um den so erreichten hohen Signalstörabstand nicht zu verschlechtern, sind die Eigenstörsignale der Filteranordnungen (A2). geringer

35 als die gedämpften Störsignale der Mikrophone (Al).

Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen stereophonen Verfahren in die Übertragungskette Kunstkopf (A) - Kopfhörer (D) aufnahme-

seitig ein Entkopplungsfilter (B) und wiedergabeseitig eine lautsprechersimulierende Schaltungsanordnung (C) eingefügt. Die Schaltungsstruktur der beiden Filter (B) und (C) ist invers zueinander. Das aufnahmeseitige Entkopplungsfilter (B) wird. aus der Richtcharakteristik des Kunstkopfs (A) berechnet, das wiedergabeseitige Filter (C) aus der Richtcharakteristik eines individuellen Zuhörers (jeweils für die Schalleinfallsrichtung 30°). Dadurch sind die Kunstkopfsignale an der Schnittstelle zwischen Aufnahme- und Wiedergabeseite kompatibel mit einer stereophonen Lautsprecheraufstellung. Wird statt der Lautsprecherwiedergabe die Wiedergabe über den Kopfhörer (D) angewandt, erlaubt die Schaltungsanordnung (C) eine optimale Individualanpassung der Richtcharakteristik des Kunstkopfs (A) an die Richtcharakteristik des jeweiligen Zuhörers.

Die Vorteile der Erfindung bestehen erstens darin, daß die vorgeschlagene Kunstkopfaufnahmetechnik wegen ihrer uneingeschränkten Kompatibilität zur raumbezogenen Aufnahmetechnik in wesentlich größerem Umfang als bisher eingesetzt werden kann. Zweitens werden die Wiedergabemöglichkeiten um ein Vielfaches erweitert, weil die an der Schnittstelle zwischen Aufnahme- und Wiedergabeseite übertragenen Stereosignale ohne Einschränkung zur Lautsprecherwiedergabe geeignet sind, also für diejenige Wiedergabeart, die am weitesten verbreitet ist. Drittens wird durch die Individualanpassung die Kopfhörerwiedergabe wesentlich natürlicher. Viertens wird durch den großen Signalstörabstand der Kunstkopfsignale das Mikrophonrauschen nicht hörbar. Schließlich hat das Verfahren die überraschende Wirkung, daß die Richtcharakteristik des Kunstkopfs an den jeweiligen Zuhörer angepaßt werden kann, obwohl sich der Kunstkopf am Aufnahmeort und die Individualanpassung auf der

30 Wiedergabeseite befindet.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung die originalgetreue Übertragung von Schallereignissen, also eine Übertragung, welche die Schallereignisse gleichzeitig klangtreu, ortstreu sowie ohne störende Eigengeräusche aufnimmt und wiedergibt.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Übertragungssystems, bestehend aus vier Übertragungsgliedern (A,B,C und D).

Weiterhin zeigt

Fig. 2 den Frequenzgang des Freifeldübertragungsmaßes des äußeren Ohrs für frontalen Schalleinfall, der mit dem Frequenzgang des Übertragungsmaßes eines nach DIN 45 500 freifeldentzerrten Kopfhörers (D) übereinstimmt;

Fig. 3 die Frequenzgänge des Freifeldübertragungsmaßes eines bekannten Kunstkopfes für frontalen Schalleinfall (mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve) sowie des Übertragungsmaßes der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung (A2) (mit gestrichelter Linie gezeichnete Kurve);

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung (A2);

Fig. 5 den Frequenzgang des Freifeldübertragungsmaßes G_p eines für eine nichtfrontale Beschallung raumbezogen entzerrten Kopfhörers (mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve) sowie eines nach DIN 45 500 freifeldentzerrten Kopfhörers (mit gestrichelter Linie gezeichnete Kurve);

Fig. 6 den Frequenzgang der Summe aus den Freifei dübertragungsmaßen eines bekannten Kunstkopfes AL für frontalen Schalleinfall nach Fig. 3 und des in Fig. 5 zugrundegelegten Kopfhörers mit abweichender Freifeldentzerrung G_ (mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve) sowie den Frequenzgang des Übertragungsmaßes der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung (A2) (mit gestrichelter Linie gezeichnete Kurve);

Fig. 7 den Frequenzgang eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Elektretmikrophons (Al'!;

Fig. 8 die Frequenzgänge des Freifeldübertragungsmaßes eines mit zwei Elektretmikrophonen (Al) ausgerüsteten neuen Kunstkopfes (A) bei frontalem Schalleinfall (mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve) sowie des Übertragungsmaßes der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung (A2) (mit gestrichelter Linie gezeichnete Kurve);

Fig. 9 ein elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung (A2);

Fig. 10 ein elektrisches Schaltbild der in einem Kunstkopf (A) eingebauten Bauteile zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

/3

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines allgemeinen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgebildeten raumbezogen stereophonen Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung (B) mit der Entkopplungsanordnung (BIO);

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer bei der Einrichtung nach Fig. 11 alternativ verwendbaren Entkopplungsanordnung (BIO*);

Fig. 13 a und b zwei Blockschaltbilder der bekannten Schaltungsanordnung (C);

Fig. 14 mittlere monaurale Übertragungsmaße (zugewandtes und abgewandtes Ohr) für eine Schalleinfausrichtung von etwa

(gestrichelter Kurvenzug, nach J. Acoust. Soc. Amer. Vol.61 (1977), S. 1567-1576)

sowie jeweils halber interauraler Pegelunterschied (ausgezogene Kurvenzüge);
Fig. 15 den interauralen Phasenlaufzeitunterschied Δτ. für die Schalleinfallsrichtung 30° (nach 9th International Congress on Acoustics, H 45, Madrid 1977, S. 369);

Fig. 16 einen aktiven Resonanzkreis zweiter Ordnung;

Fig. 17 a und b Blockschaltbilder der Schaltungsanordnung (C) nach dem zweiten Lösungsweg;

Fig. 18 eine aktive Bandsperre zweiter Ordnung;

Fig. 19 das Übertragungsmaß AL der Schaltungsanordnung (C) nach Fig. 17b für zwei identische Eingangssignale (gestrichelte Kurve) sowie das Freifeldübertragungsmaß G„ des zur Schaltungsanordnung (C) nach Fig. 17b passenden Kopfhörer-·

wandlers.

In Fig. 1 ist dargestellt, wie die stereophonen Signale eines rauscharmen Kunstkopfs mit raumbezogener Entzerrung aufnahmeseitig gemäß der Richtcharakteristik dieses Kunstkopfs entkoppelt und wiedergabeseitig gemäß der Richtcharakteristik des individuellen Zuhörers neu verkoppelt werden.

In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung der eingangs bereits dargelegten Problematik für einen freifeldentzerrten Kopfhörer (D) und in Fig.

für einen Kunstkopf nach DE-PS 19 27 401 jeweils der Frequenzgang des Übertragungsmaßes dargestellt. Wie aus dem Vergleich ersichtlich ist, weichen einerseits die beiden Frequenzgänge deutlich

voneinander ab, andererseits ergibt eine Kettenschaltung eines solchen Kunstkopfs und eines solchen Kopfhörers eine Verfälschung des resultierenden Frequenzgangs und damit einen unnatürlichen Höreindruck. Es wurde daher vorgeschlagen, den Frequenzgang des Kunstkopfs für frontalen Schalleinfall aufnahmeseitig mit Hilfe einer Filteranordnung (A2) zu kompensieren, wie in Fig. 3 mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve angedeutet ist. Als Ergebnis dieser - Maßnahme wird· in der Übertragungskette vom Kunstkopf (A) bis zum Kopfhörer (D) für frontalen Schalleinfall nur noch der von dem Kopfhörer nachgebildete Frequenzgang des Freifeldübertragungsmaßes des äußeren Ohrs gemäß Fig. 2 wirksam, so daß der Zuhörer einen natürlichen Höreindruck hat.

Die in Fig. 4 anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene FiIteranordnung (A2) besteht aus der Kettenschaltung eines Bandpasses (AlO) und zweier Bandsperren (A20, A30), wobei die Schaltungsbestandteile (AlO, A20 und A30) durch senkrechte gestrichelte Linien voneinander getrennt sind. Der Bandpaß (AlO) und die Bandsperren (A20, A30) sind in Form von Brücken-T-Gliedern ausgebildet. Der Querzweig des Bandpasses (AlO) umfaßt einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität (L₁), einer Kapazität (C₁) und einem ohmschen Widerstand (R.), ferner einen Serienwiderstand (FL). Der Brückenzweig des Bandpasses (AlO) umfaßt einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität (L„), einer Kapazität (C„) und einem ohmschen Widerstand (R„), ferner einen Parallelwiderstand (R₄). Der Längszweig des Bandpasses (AlO) umfaßt zwei ohmsche Widerstände (R). Dies gilt in gleicher Weise auch für die Längszweige der beiden Bandsperren (A20) und (A30).

Bei der ersten Bandsperre (A20) umfaßt der Querzweig einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität (L_), einer Kapazität (C₁-) und einem ohmschen Widerstand (Rc)- Der Brückenzweig der Bandsperre (A20) umfaßt einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität (L_ß), einer Kapazität (C_ß) und einem ohmschen Widerstand (Rg).

Bei der zweiten Bandsperre (A30) umfaßt der Querzweig einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität (L₇), einer Kapazität (C₇) und

einem ohmschen Widerstand (R₇). Der Brückenzweig der Bandsperre CA30.) umfaßt einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität (L„), einer Kapazität (C_Q) und einem ohmschen Widerstand (R₀).

Dem Eingang (All)· der Filteranordnung nach Fig. 4 ist zur Impedanzanpassung ein ohmscher Widerstand (Rq) vorgeschaltet.

. Eine praktisch verwirklichte Filteranordnung (A2) gemäß Fig. 4 besaß eine Einschaltdämpfung von 37 dB für ein breitbandiges Signal. Aufgrund der ausschließlichen Verwendung passiver Bauelemente zeigte die Filteranordnung (A2) nach Fig. 4 praktisch kein Eigenrauschen.

Die Wirkungsweise der Filteranordnung (A2) nach Fig. 4 ist am besten aus dem Frequenzgang gemäß Fig. 3 (gestrichelt eingezeichnete Kurve) ersichtlich. Der Bandpaß (AlO) bewirkt die Anhebung des Frequenzgangs bei 10 kHz, während die Bandsperren (A20, A30) die Absenkungen bei 1,4 kHz bzw. 4,2 kHz bewirken.

Die Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 5 berücksichtigt eine andere Beschallung bei der raumbezogenen Entzerrung des Kopfhörers dadurch, daß der Amplitudenfrequenzgang des Anpassungsfilters (A2) invers zum Freifeldübertragungsrnaß des Kunstkopfs für diese' andere Beschallung ist. Bei dieser Auslegung des Anpassungsfilters (A2) erhält der Zuhörer natürliche Ohrsignale auch dann, wenn der verwendete Kopfhörer (D) nicht nach DIN 45 500, Teil 10 vom September 1975 für frontalen Schalleinfall freifeidentzerrt ist.

In Fig. 5 sind zur Veranschaulichung die unterschiedlichen Frequenzgänge Gp von Kopfhörern mit frontaler oder davon abweichender Freifeldentzerrung dargestellt. Wie man hieraus erkennt, zeigt der mit durchgezogener Kurve angedeutete Kopfhörer gegenüber dem mit gestrichelter Kurve angedeuteten, in bekannter Weise freifeldentzerrten Kopfhörer eine Höhenanhebung bei einer Frequenz von ca. 10 kHz. Die Summe aus diesem Frequenzgang und dem Frequenzgang des Kunstkopfs nach DE-PS 19 27 401 ergibt den in Fig. 6

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mit ausgezogener Linie dargestellten Frequenzgang. Die dem modifizierten Verfahren zugrunde liegende Überlegung besteht nunmehr darin, diese Frequenzgangsumme von Kunstkopf und Kopfhörer mit abweichender Bezugsrichtung der Freifeldentzerrung aufnahmeseitig mit Hilfe einer Filteranordnung (Al) zu kompensieren, wie in Fig. mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve angedeutet ist. Als Ergebnis dieser Maßnahme wird in der Übertragungskette vom Kunstkopf (A) bis zum Kopfhörer (D) der Frequenzgang des Freifeld-Übertragungsmaßes des äußeren Ohres für die gewählte Beschallung wirksam, so daß der Zuhörer auch bei Änderung der Bezugsbeschallung einen natürlichen Höreindruck hat.

Zur Durchführung des modifizierten Verfahrens ist ebenfalls die in Fig. 4 dargestellte Filteranordnung (A2) geeignet.

Bei der eingangs beschriebenen Anwendung des Verfahrens der Freifeldanpassung auf den bekannten Kunstkopf nach DE-PS 19 27 401 wird die gegenläufige Kompensation der Übertragungsfunktion des Kunstkopfs mit Hilfe einer Filteranordnung (A2) erzielt, die aus der Kettenschaltung eines Bandpasses sowie zweier Bandsperren besteht.

Neben dem baulichen Aufwand für diese Filteranordnung (A2) wird dadurch eine frequenzabhängige Dämpfung der stereophonen Signale um mehr als 30 dB (broitbandig gemessen) hervorgerufen, die durch entsprechende Verstärkung wieder ausgeglichen werden muß. Da bei dieser Verstärkung auch das Mikrophonrauschen mitverstärkt wird, erhöht sich insgesamt das Störgeräusch bei dem resultierenden Signal in frequenzabhangiger Weise. Das Mikrophonrauschen· bei hohen Frequenzen wird dadurch deutlicher hörbar.

Es ist daher wesentlich, für den Kunstkopf (A) Mikrophone (Al) zu verwenden, die zusammen mit den Eigenschaften des Kunstkopfes einen solchen Frequenzgang besitzen, welcher lediglich Überhöhungen und keine Einbrüche aufweist. Dadurch brauchen mit der Filteranordnung (A2) nur noch die Erhebungen weggefiltert zu werden, wodurch nicht nur die gewünschte Linearisierung des Nutzsignals im gesamten Frequenzbereich, sondern auch eine Dämpfung der Rauschanteile in demjenigen Frequenzbereich erzielt wird, in welchem die Überhöhung des Nulzsignals auftritt. Eine nachträgliche

Verstärkung der gefilterten stereophonen Signale zum Ausgleich der Filterdämpfung ist daher nicht erforderlich, wodurch insgesamt das Störgeräusch vermindert wird. Um einen lediglich Überhöhungen aufweisenden Frequenzgang des Systems Kunstkopf - Mikrophone zu erhalten, werden erfindungsgemäß Mikrophone (Al) verwendet, die im Frequenzbereich zwischen 5 und 12 kHz eine Resonanzstelle aufweisen. Hierfür kommen Elektretmikrophone oder Kondensatormikrophone in Betracht. Für die Filteranordnung (A2) zum Absieben der verbleibenden Überhöhungen kann eine passive Bandsperre verwendet werden. Sämtliche Bauteile, wie Verstärker (A3), Filter (Ä2) und Stromversorgung lassen sich in vorteilhafter Weise in den Kunstkopf einbauen, wodurch eine einfache, übersichtliche Handhabung erreicht wird.

Die in Fig. 7 dargestellte Kurve zeigt den Frequenzgang eines bekannten Elektretmikrophons, welcher im Bereich zwischen 2 und 12 kHz eine Resonanzüberhöhung aufweist. Die Resonanzstelle ist so ausgewählt, daß sie zu dem jeweils verwendeten Kunstkopf paßt. Beim Einbau zweier solcher Elektretmikrophone (Al) in einen neuen Kunstkopf (A) ergibt sich der in Fig. 8 mit ausgezogener Linie eingezeichnete Frequenzgang des Freifeldübertragungsmaßes für. frontalen Schalleinfall. Wie man hieraus erkennt, besitzt dieser Frequenzgang im wesentlichen nur eine Überhöhung mit einem Maximum bei etwa 4 kHz. Die dargestellte Überhöhung kann mit Hilfe einer Filteranordnung (A2) abgesiebt werden, welche den in fig. 8 mit gestrichelter Linie eingezeichneten Frequenzgang aufweist. Als geeignete Filteranordnung (A2) kommt beispielsweise die in Fig. 9 veranschaulichte passive Bandsperre in Betracht, welche einen T-Zweig und einen Brückenzweig (R₁₁. L₁₁, C₁₁) sowie zur Widerstandsanpassung einen vorgeschalteten Längswiderstand (R_g) und einen nachgeschalteten Parallelwiderstand (R) aufweist. Der T-Zweig umfaßt in seinem Längsabschnitt zwei Längswiderstände (R) und in seinem Querabschnitt einen mit einem Serienwiderstand (R₁₀) bedampften Serien-LC-Kreis (L_1Q, C₁₀). Der Brückenzweig der Filteranordnung gemäß Fig. 9 besteht aus einem mit einem Parallelwiderstand (R₁₀) bedämpften Parallel-LC-Kreis (L₁₁, C₁₁).

In Fig. 10 ist ein Signalzweig zur Verarbeitung eines stereophonen Links- oder Rechtssignals dargestellt, der aus der Kettenschaltung eines Mikrophons (Al), eines Hochpasses (R₁₄. C₁₄), eines Operationsverstärkers (OP) und der Filteranordnung (A2) besteht. In bevorzugter Weise werden zwei derartige Signalzweige zusammen mit der erforderlichen Stromversorgung (z.B. Batterie) baulich in den Kunstkopf integriert, so daß eine leicht handhabbare, übersichtliche Aufnahmevorrichtung zur Verfügung steht. Als Mikrophon (Al) ist ein Elektretmikrophon mit einem Frequenzgang gemäß Fig.

oder ein Kondensatormikrophon mit einem vergleichbaren Frequenzgang vorgesehen. Der Hochpaß (R₁₄· ^₁₄), welcher zwischen dem Mikrophon (Al) und dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OP) angeordnet ist, besteht aus einer Längskapazität (C₁₄) und einem Querwiderstand (Ri₄) und dient zur Absiebung sehr tieffrequenter Störsignale, welche das Mikrophon (Al) aus der Umgebung der interessierenden Schallquelle aufnimmt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers (OP) ist zur Einstellung des Verstärkungsfaktors mit einem Vorwiderstand (R₁?) beschaltet. Der Verstärkerausgang ist über einen Gegenkopplungswiderstand (R₁₃) auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OP) gegengekoppelt. Als Filteranordnung (A2) kommt beispielsweise die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform mit einer passiven Bandsperre in Betracht.

Fig. 11 verdeutlicht die erfindungsgemäße Entkopplungsfunktion.

Zur Aufnahme stereophoner Signale, welche zur raumbezogenen Wiedergabe, d.h. zur Wiedergabe mittels ortsfester Lautsprecher vorgesehen sind, lassen sich stereophone Mikrophonanordnungen verschiedener Art verwenden, denen gemeinsam ist, daß der Abstand der beiden Mikrophone zueinander klein gegenüber dem Abstand der Mikrophonanordnung von den Schallquellen ist. Solche Mikrophonanordnungen lassen sich allgemein durch ihre Richtcharakteristik A (f, , ) = (A₁-Cf, , ), A (f, , )) beschreiben. Dabei sind A₁. bzw. A die Freifeldübertragungsfunktionen des linken bzw.

rechten Mikrophons, die im allgemeinen von der Frequenz f, dem Seitenwinkel zu einer Bezugsrichtung und dem Erhebungswinkel über der Horizontalebene abhängen. Die Mikrophonrichtcharakleri-

stik A (f, , ) ist von der Entfernung der Schallquellen unabhängig, wenn voraussetzungsgemäß der Abstand der Schallquellen groß gegen die Abmessungen der Mikrophonanordnung ist.

Den stereophonen Lautsprecheranordnungen zur Wiedergabe raumbezogen stereophoner Signale ist gemeinsam, daß der Abstand der beiden Lautsprecher zum Hörerort groß gegenüber dem Kopfdurchmesser des Zuhörers und den Lautsprecherabmessungen ist. Von praktischer Bedeutung sind Lautsprecheraufstellungen, die mediansymmetrisch in Bezug auf die Kopfposition des Zuhörers sind und eine Basisbreite von einigen Metern mit einem Basiswinkel von etwa 60° haben. Die Wirkung solcher stereophoner Lautsprecheranordnungen am Hörerort in nicht zu halliger Umgebung läßt sich allgemein durch die Freifeldübertragungsfunktion C₁Cf) und CAi) sowie durch die Aufstellrichtung ( -, ..) und ( „, „) der beiden Lautsprecher beschreiben. ₁ bzw. „ sind dabei die Seitenwinkel zu einer Bezugsrichtung, während .. bzw. „ die Erhebungswinkel über der Horizontalebene jeweils für den ersten bzw. zweiten Lautsprecher bezogen auf den Hörerort sind.

Durch Filter mit den inversen Übertragungsfuriktionen 1 ICAi) und' 1/C„(f), die den beiden Lautsprechern vorgeschaltet werden können, läßt sich stets erreichen, daß die Freifeldübertragungsfunktionen der Lautsprecheranordnung bezogen auf den Hörerort frequenzunabhängig sind und der Laufzeitunterschied zum Hörerort ausgeglichen wird. Die Wirkung der Lautsprecher hängt dann nur noch von den Aufstellrichtungen ( ..,■ -) und ( „, „) ^ab·

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung (B) werden die Signale (Mj-, M ) aus lediglich zwei Mikrophonkanälen (20, 30) mittels einer Entkopplungsanordnung (BIO) bei der Aufnahme so um gewandelt, daß bei Lautsprecherwiedergabe der umgewandelten Signale (L., L2) das wiedergegebene Schallereignis dem ursprünglichen, räumlich verteilten Schallereignis klang-, zeit- und richtungsgetreu entspricht. Dies gilt insbesondere dann, wenn die beiden Mikrophone in einem Kunstkopf (A) angeordnet sind, weil die stereophonen Signale dann die natürliche Rauminformation enthalten.

Die Einrichtung gemäß Fig. 11 umfaßt auf der Aufnahmeseite zwei Mikrophonkanäle (20, 30), deren Signale den Eingängen (M,.) und

(M ) einer Entkopplungsanordnung (BIO) zugeführt werden. Die entre

koppelten Signale an den Ausgängen (L₁, L₃) der Anordnung (BIO) können auf einen geeigneten, zweikanaligen Tonträger aufgezeichnet oder über getrennte Rundfunktonkanäle gesendet werden. Auf der Empfangsseite sind für die beiden Übertragungs- bzw. Tonkanäle zwei Lautsprecher (40, 50) zur raumbezogen stereophonen Wiedergabe vorgesehen, denen Übertragungsglieder (80) bzw. (90) vorgeschaltet werden können, um eine frequenz- und laufzeitunabhängige Schallwandlung zu erzielen. Die Lautsprecher (40, 50) besitzen mit Bezug auf den Kopf (100) eines Zuhörers die Azimuthwinkel ₁ bzw. „ und die Elevationswinkel . bzw. „· Des weiteren sind mit Bezug auf die beiden Mikrophonkanäle (20, 30) der allgemeine Fall der Schallaufnahme einer Schallquelle S mit einer Schalleinfallsrichtung ( , ) bezüglich einer strichpunktiert eingezeichneten, beliebigen Bezugsrichtung und der Fall zweier Schallquellen S₁ und S„ mit den speziellen Schalleinfallsrichtungeri ( ., A und ( „, „) in Fig. 11 veranschaulicht.

Die Entkopplungsanordnung (BIO) umfaßt vier spezielle Übertragungsglieder (B15 - B18), deren Übertragungsfunktionen nachstehend noch näher erläutert werden. Die Übertragungsglieder (B15 - B18) sind in Form eines inversen Filters zusammengeschaltet, wobei das Übertragungsglied (B15) im Längszweig (BIl) des linken Übertragungskanals und das Übertragungsglied (B16) im Längszweig (B12) des rechten Übertragungskanals angeordnet sind. Zwischen den Eingängen (M₁.) und (M ) und den Übertragungsgliedern (B15) bzw. (BI6) ist jeweils ein Subtraktionsglied (B13) bzw. (B14) vorgesehen.

Der negative Eingang des Subtraktionsgliedes (B13) ist über das Übertragungsglied (B18) mit dem Ausgang des Übertragungsgliedes (B16) bzw. dem Ausgang (L„) im Sinne einer Rückwärts-Gegenkopplung verbunden, während der negative Eingang des Subtraktionsgliedes (B13) über das Übertragungsglied (B17) mit dem Ausgang des Übertragungsgliedes (B15) bzw. dem Ausgang (L₁) im Sinne einer Rückwärts-Gegenkopplung verbunden ist. Durch die Entkopplungsanordnung (BIO) werden die Mikrophonsignale M=(M,., M ) so

entkoppelt, daß die entstehenden Lautsprechersignale L=(Lj, L„) alle Schallinformationen aus den speziellen Richtungen ( ., -) und ( „, „) getrennt enthalten. Eine Symmetrie der Lautsprecher (40, 50) ist im allgemeinen Fall nicht notwendig.

Für praktische Anwendungen kann man auf der Wiedergabeseite zwei der DIN-Norm entsprechende Lautsprecher in Stereostandardaufstellung zugrundelegen. Da diese Lautsprecher dann die gleiche Entfernung zum Hörerort und die gleiche, hinreichend frequenzunabhängige Freifeld-Übertragungsfunktion aufweisen, entfallen die Übertragungsglieder (80, 90). Die Azimuth winkel betragen in der Standardaufstellung - =-30° und „ = +30°, die Elevationswinkel sind j= „ = 0°. Für diese beiden Schalleinfallsrichtungen müssen dann die Freifeld-Übertragungsfunktionen des linken und des rechten Mikrophonkanals (20) bzw. (30) bekannt sein, um die Entkopplungsanordnung (BIO) berechnen zu können.

Für die drei praktisch bedeutsamen stereophonen Mikrophonanordnungen gibt die Tabelle 1 die übertragungsfunktion [ F ] der Entkopplungsanordnung (BIO) an. Im einfachsten Fall sind die Mikrophonanordnungen mediansymmetrisch, so daß die beschreibenden Matrizen dann symmetrisch bezüglich der Hauptdiagonalen sind.

Bei der in Fig. 12 dargestellten, verallgemeinerten Ausführungsform einer Entkopplungsanordnung sind in den linken und rechten Übertragungskanälen (M,., L₁) bzw. (Mt L₂) vor und hinter der hier mit (BIO*) bezeichneten "reduzierten" Entkopplungsanordnung weitere übertragungsglieder (B61, B71) bzw. (B62, B72) angeordnet. Die Übertragungsfunktionen dieser weiteren Übertragungsglieder (B61, B.71, B62, B72), nämlich D^if), E*(f), D_r*(f) und E*(f) enthalten abgespaltene Teile der Gesamtübertragungsfunktion [ F ] der Entkopplungsanordnung (BIO) gemäß Fig. 11. Mit dem Ausdruck "reduzierte" Entkopplungsanordnung ist demgemäß der um die abgespaltenen Teile der Gesamtübertragungsfunktion. reduzierte Rest der Entkopplungsanordnung (BIO) gemäß Fig. 11 gemeint, der daher in Fig. 12 mit (BIO*) bezeichnet ist. Vom Aufbau her unterscheiden sich die Entkopplungsanordnung (BIO) gemäß Fig. 11 und die

reduzierte Entkopplungsanordnung. [BlO*) gemäß Fig. 12 lediglich durch die jeweilige Übertragungsfunktion der Übertragungsglieder (B15 bis B18), wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird:

Die vor den Eingängen der reduzierten Entkopplungsanordnung (BIO*) mit der Übertragungsfunktion [ F ] angeordneten Übertragungsglieder (B62) besitzen die Übertragungsfunktion

während die hinter den Ausgängen der reduzierten Entkopplungsanordnung (BIO*) angedeuteten Übertragungsglieder (B71, B72) die Übertragungsfunktion

E* Cf) 0

0 E*₂(f)

besitzen.

Die reduzierte Entkopplungsanordnung (BIO*) besitzt dann die Übertragungsfunktion [F*] :

*
A_u(f,

A_u(f, _{v 1}).D,*(f).E*(f)

^Are^(f· I'

.

^Are^(f· V

-1

Die Kettenschaltung der drei Übertragungsblöcke (B60, BIO* und B70)

mit den Übertragungsfunktionen [D*] , [F*] und [E*] ergibt wieder

die gewünschte Entkopplungsfunktion [F] = [A] : [F] = [D*] · [F*] · [E*]

_n (f) 0

0 D_r*_e(f)

A₁₁Cf. _{v 1}»₁*Cf>E*(f) A₁-Cf. ₂, V-D₁₁Cf)-E*Cf) ^Are^(f- I' l>°re^(f>^E*i^(f)Are^(f· V 2^] K^-^El^if

-1

^r(f) o i

0 E*(f)

zi

wobei sich [F] nach Aufspaltung der Matrix [F*] wie folgt ergibt:

D_n(f) O O D_r*_e(f]

1 0 0 1

X -I

ο D_r*_ecq

,-1

A_u(f, ₂,

^Are^(f> Γ 1^{) A}re^if> 2' 2

1 O O 1

,-1

-1

E*(f) 0 0 E*(f)

-1

E*if) 0 0 E*(f)

Die Tabelle 2 enthält die sieben möglichen Vereinfachungen der Entkopplungsanordnung (B60, BIO*, B70) nach Fig. 12, die dadurch entstehen, daß bestimmte Paare von Ubertragungsfunktionen gleich eins gesetzt werden. In der ersten Zeile der Tabelle 2 ist der in Fig. 11 dargestellte Fall der Entkopplungsanordnung (BIO) enthalten, der sich dadurch auszeichnet, daß alle der Entkopplungsanordnung vor- und nachgeschalteten Übertragungsglieder (B61, B71, B62, B72) die Übertragungsfunktion eins besitzen. Alle Entkopplungsanordnungen gemäß Tabelle 12 sind bezüglich der Übertragungsfunktion [F] äquivalent, jedoch nicht hinsichtlich der baulichen Ausgestaltung.

.Mikrophonanordnung

Koinzidenz-Stereomikrophon Laufzei t-Stereomikrophon

Kunstkopf

Richtungsspezifische Unterschiede zwischen linkem und rechtem Mikrophonsignal

Reine Pegel unterschiede, z.B. L= 20 dB für -^₁ =<f₂ = Reine Laufzeitunterschiede, z.B. AV= 200 με
für -fi ^=<f2.~ ³⁰°

Spektrale Unterschiede (Abschattung hoher Frequenzen) und Laufzeit-Unterschiede K(f) wie beim natürlichen Hören

Matrix [h] der vier Frei fei d-übertragi:ngsfunktionen der Mikror phone 20, 30

^f0,l

Obertragungsfunktion [?] der Entkopplungsanordnung 10

π.

0,1

-1

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Fig. 13 a und b zeigt je eine Schaltungsanordnung zum Anpassen eines raumbezogen stereophonen Programmsignals an einen Kopfhörer, wie sie als solche bekannt ist. Schaltungsanordnungen dieser Art zielen darauf ab, die Direktbeschallung durch r.wei Stereolautsprecher nachzubilden, um damit bei Benutzung von Kopfhörern die gleichen Hörereignisse zu erzeugen wie bei Benutzung von Lautsprechern.

Die bekannten Schaltungsanordnungen sind jedoch einerseits sehr aufwendig, andererseits nicht genau genug und damit nicht wirksam genug. Das Verhältnis zwischen schaltungstechnischem Aufwand und der erzielten Verbesserung der Kopfhörerwiedergabe (z.B. bei der Vermeidung der sog. Im-Kopf-Lokalisation) ist gering.

Bezüglich der erforderlichen Genauigkeit ist aus Acustica Vol. 29 (1973) S. 273-277 bekannt, daß bei der Nachbildung der stereophonen Lautsprecherbeschallung die Schaltungsanordnung vor dem Kopfhörer prinzipiell die individuelle Richtcharakteristik des Zuhörers berücksichtigen muß. Ausmaß und Bedeutung sowohl der Unterschiede der Richtcharakteristik von Zuhörer zu Zuhörer als auch der Unsymmetrie des linken und rechten Ohrs wurden jedoch nicht genügend beachtet und es wurde deshalb keine technische Vorrichtung beschrieben, die es gestattet, die Eigenschaften einer solchen Schaltungsanordnung an die individuellen Gehöreigenschaf-

25 ten anzupassen.

Aus US-PS 4 143 244 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die für frontalen Schalleinfall Unterschiede zwischen dem Kopf des Zuhörers und dem der Aufnahme dienenden Kunstkopf ausgleicht. Diese Schaltungsanordnung kann sinngemäß auch zur individuellen Nachbildung der Beschallung durch einen frontal aufgestellten Lautsprecher verwendet werden. Sie ist jedoch nicht in der Lage, die praktisch wichtigere Beschallung durch zwei seitlich aufgestellte Lautsprecher individuell nachzubilden. Beispielsweise ist die Kreuzkopplung der beiden raumbezogenen Stereosignale an den Ohren des Zuhörers (einschließlich des von der Kopfgröße abhängigen interauralen Laufzeitunterschieds) in dieser Schaltungsanordnung

nicht berücksichtigt. Erfindungswesentlich ist daher eine Schaltungsanordnung (C), die unter Verzicht, auf Unwesentliches sinnvolle Näherungen und damit eine Vereinfachung ermöglicht, gleichzeitig aber die wesentlichen Eigenschaften der Lautsprecherbeschallung genauer, d.h. individuell richtig, nachbildet.

Als unwesentlich im Sinne der Aufgabenstellung ist beispielsweise das Freifeldübertragungsmaß der nachzubildenden Lautsprecher anzusehen, weil es für die Ortung bei Lautsprecherwiedergabe unerheblich ist. Deshalb ist diese Lautsprechereigenschaft auch für die Nachbildung der Lautsprecherbeschallung mit Hilfe von Kopfhörern unwichtig, so daß es in jedem Fall genügt, sich auf zwei "ideale" Lautsprecher zu beziehen. Bezüglich einer weiteren Übertragungseigenschaft ist es sogar nachteilig, am Prinzip der genauen Simulation einer stereophonen Lautsprecherbeschallung festzuhalten: die meisten stereophonen Programmsignale zeigen bei stereophoner Lautsprecherwiedergabe die Eigenart, daß frontale Hörereignisse eleviert, d.h. über der Lautsprecherbasis abgebildet werden. Diese Eigenschaft sollte nicht mit simuliert werden, zumal die Hörereignisse bei Kopfhörerwiedergabe sowieso eine starke Tendenz zur Elevation zeigen.

Unabdingbar für eine gute Lokalisation ist es hingegen, den interauralen Pegel- und Laufzeitunterschied für die seitliche Aufstellrichtung der Lautsprecher genau nachzubilden. Dazu ist es erforderlich, die individuelle Richtcharakteristik des Zuhörers, und zwar getrennt für die linke und rechte Schalleinfallsrichtung, zu berücksichtigen.

Um eine möglichst einfache, aber individuell anpaßbare Schaltungsanordnung (C) zu erhalten, sieht die Erfindung zwei Ausbildungen vor. Sie unterscheiden sich in der Kombination der Übertragungseigenschaften der Schaltungsanordnung (C) und des Kopfhörers (D).

Die Schaltungsanordnung (C) nach der ersten Ausbildung (Anspruch 11) hat dieselbe Schaltungsstruktur wie in DE-OS 20 07 623 beschrieben (s. Fig. 13a) und besteht aus vier vor den Summier-

punkten angeordneten Übertragungsgliedern (Cl) bzw. (C2) und zwei Verzögerungsgliedern (C3). Eine wesentliche Schaltungsvereinfachung läßt sich dadurch erreichen, daß das Übertragungsglied CCD genau die Hälfte des interauralen Pegelunterschieds als Pegelanhebung am zugewandten Ohr nachbildet, während das Übertragungsglied (C2) die andere Hälfte des interauralen Pegelunterschieds als Pegelabsenkung am abgewandten Ohr nachbildet. Wie Fig. 14 zeigt, stimmt der halbe interaurale Pegelunterschied in sehr guter Näherung mit den monauralen Übertragungsmaßen überein. Deshalb kann diese Schaltungsanordnung ohne hörbaren Klangfarbenfehler zusammen mit einem freifeidentzerrten Kopfhörer (D) betrieben werden, d.h. die Schaltungsanordnung ist kompatibel mit jedem Kopfhörer, dessen Freifeldübertragungsmaß entsprechend DIN 45 500 frequenzunabhängig ist. Die exakte Lokalisation ist durch die genaue Nachbildung des interauralen Pegelunterschieds (Fig. 14) und des interauralen Laufzeitunterschieds (Fig. 15) gewährleistet.

Die Vereinfachung der Schaltungsanordnung wird dadurch möglich, daß die Übertragungsfunktionen der Übertragungsglieder (Cl und C2) erfindungsgemäß reziprok zueinander sind. Daher lassen sich die Übertragungsglieder (Cl und C2) sehr ähnlich aufbauen, wie anhand von Fig. 16 veranschaulicht ist. Die Übertragungsglieder (Cl und C2) werden durch mehrstufige (vorzugsweise vierstufige) Resonanzkreise zweiter Ordnung realisiert. Fig. 16 zeigt das Prinzipschaltbild einer solchen Stufe, bei welcher der Resonanzkreis in aktiver RC-Technik aufgebaut ist. Das Netzwerk enthält die ohmschen Widerstände R und R , deren VertrMiiJchnng die Funktionen des Bandpasses und der Bandsperre vertauscht. Außerdem enthält es zwei einstellbare kapazitive oder ohmsche Impedanzen Z, welche die Resonanzfrequenz des Schaltkreises festlegen. Durch Einstellung dieser Impedanzen kann das Übertragungsmaß der mehrstufigen Resonanzschaltung an den halben interauralen Pegelunterschied des individuellen Zuhörers angepaßt werden.

Zur Nachbildung des interauralen Laufzeitunterschieds Δ τ. tragen Verzögerungsglieder (C3) bei, bestehend aus einer Kettenschaltung

von Allpaßgliedern zweiter Ordnung. Vorzugsweise sind als Verzögerungsglied (C3) vier der in Fig. 18 dargestellten Resonanzkreise vorgesehen. Ihre frequenzabhängige Laufzeit zusammen mit dem frequenzabhängigen Laufzeitunterschied des ersten und zweiten Übertragungsgliedes (Cl) bzw. (C2) bildet den individuellen, frequenzabhängigen Laufzeitunterschied des Gehörs eines bestimmten Zuhörers für die Schalleinf ausrichtung 30° nach. Die Messung der interauralen Übertragungsfunktion kann durch bekannte Meßverfahren (z.B. US-PS 4 143 244) und die Optimierung der Filter durch bekannte Optimierungsverfahren erfolgen.

Eine weitere Vereinfachung der Schaltungsanordnung (C) ergibt sich aus der zweiten Ausbildung (Anspruch 12 und 13, Fig. 17). Dabei dwird auf jegliche Übertragungsglieder (Cl) in den Längszweigen der Schaltungsanordnung verzichtet (Fig. 17b).. Die gesamte interaurale Übertragungsfunktion wird im jeweiligen Querzweig nachgebildet. Durch die Kettenschaltung von vier der in Fig. 18 dargestellten Resonanzkreise als Bandsperren kann sowohl der frequenzabhängige interaurale Pegelunterschied (Fig. 14) als auch der frequenzabhängige interaurale Laufzeitunterschied (Fig. 15) gleichzeitig nachgebildet werden. Je nach Wahl der Widerstände (R.J bis (R₁ a) kann eine Bandsperre nach Fig. 18 entweder minimalphasig sein oder (bei gleichem Amplitudenfrequenzgang) zusätzliche Laufzeiten erzeugen. Jede Bandsperre ist durch drei unabhängige Parameter (z.B. die Widerstände R_1C, R_1C und R_1n) bestimmt, so daß

15 Ib Io

bei vier Resonanzkreisen zwölf unabhängige ohmsche Parameter zur Nachbildung des individuellen interauralen Unterschieds zur Verfügung stehen.

Diese vereinfachte Schaltungsanordnung ist so klein und leicht, daß sie in den Bügel eines Köpfhörers (D) eingebaut werden kann. Zur Vermeidung von Lokalisationsfehlern in der Medianebene hat der an die Schaltungsanordnung angeschlossene Wandler des Kopfhörers (D) kein frequenzunabhängiges Freifeidübertragungsmaß Gp, sondern das in Fig. 19 mit ausgezogener Linie dargestellte frequenzabhängige Freifeldübertragungsmaß G„. Der Frequenzgang des Wandlers (D) ist damit invers zum Frequenzgang der Schaltungsanordnung (C)

für denFall eines frontalen Hörereignisses. In diesem Fall, also bei zwei identischen Eingangssignalen, unterliegen die Ausgangssignale der Schaltungsanordnung (C) wegen der Kreuzkopplung (mit Laufzeiten) dem in Fig. 19 gestrichelt eingetragenen Frequenzgang AL (Kammfiltereffekt). Durch die inverse Wahl des Wandlerfrequenzgangs ist das Freifeldübertragungsmaß der gesamten Kopfhöreranordnung (Schaltungsanordnung (C) plus Wandler (D)) frequenzunabhängig und entspricht der DIN 45 500.

Die in den zwei Ausbildungen beschriebenen Wiedergabeanordnungen (C, D) eignen sich zur Wiedergabe sämtlicher raumbezogener Stereosignale, also sowohl herkömmlicher Stereosignale als auch solcher Stereosignale eines Kunstkopfs (A), die aus Gründen der Kompatibilität durch ein Entkopplungsfilter (B) in raumbezogene Stereosignale

15 umgewandelt wurden.

Bei nicht so hohen Ansprüchen an die Kompatibilität und an die Individualanpassung des kopfbezogenen Übertragungsverfahrens kann die raumbezogene Entzerrung der zu übertragenden Kunstkopfsignale vereinfacht werden. Hierzu kann das aufnahmeseitige Entkopplungsfilter (B) und das wiedergabeseitige lautsprechersimulierende Filter (C) weggelassen werden. Die Schnittstelle zwischen Aufnahmeseite und Wiedergabeseite ist dann aufgrund der raumbezogen aufeinander abgestimmten Entzerrung von Kunstkopf und Kopfhörer noch hinreichend kompatibel, d.h. die Klangfarbe der Kunstkopf signale ist bei Lautsprecherwiedergabe noch genügend natürlich, während die Richtungswiedergabe im Vergleich zur Kopfhörerwiedergabe Einbußen erleidet. In diesem Zusammenhang wird die oben beschriebene raumbezogene ' Kunstkopf entzerrung noch näher erläutert.

Die Fig. 2 bis 10 beziehen sich auf ein Verfahren zur Aufnahme kopf bezogener Stereosignale, die zur Tonübertragung auf üblichen stereophonen Kanälen mit anschließender Wiedergabe über freifeidentzerrte Kopfhörer vorgesehen sind, mittels einer kopfbezogenen Mikrophonanordnung, deren Richtcharakteristik aufgrund der Nachbildung der Geometrie von Hals, Kopf und Ohrmuscheln weitgehend der Richtcharakteristik des Zuhörers angenähert ist, und

mittels einer elektrischen Filterung, die aufnahmeseitig vor der stereophonen Tonübertragung vorgenommen wird.

Als kopfbezogene Mikrophonanordnung, mit der ein solches Verfahren durchgeführt wird, kommt sowohl eine Anordnung entzerrter Sondenmikrophone in den Gehörgang einer Versuchsperson als auch ein Kunstkopf in Frage. Eine Sondenmikrophonanordnung ist z.B. aus Radio Mentor Electronic 42 (1976), Heft 3, S. 97-100 bekannt, ein Kunstkopf z.B. aus der US-Patentschrift 4 143 244.

10

Mit Hilfe entzerrter Sondenmikrophone in den Gehörgängen einer Versuchsperson können, mit bestimmten Einschränkungen, recht genaue elektrische Entsprechungen natürlicher Ohrsignale gewonnen werden (vgl. Radio Mentor Electronic, a.a.O.). Dies gilt sowohl für die Richtcharakteristik, die häufig in Form von richtungs- und frequenzabhängigen interauralen Amplituden- und Laufzeitunterschieden dargestellt wird, als auch für die Frequenzbewertung durch die kopfbezogene Mikrophonanordnung, die häufig als Freifeldübertragungsfunktion oder Außenohr-Übertragungsfunktion bezeichnet wird.

Zwar gelingt es auch mit Kunstköpfen - durch die Nachbildung der Geometrie von Hals, Kopf und Ohrmuscheln und durch die Ankopplung von zwei Mikrophonen in den Gehörgängen - zwei Mikrophonsignale zu gewinnen, deren richtungsabhängige Unterschiede gut mit den richtungsabhängigen interauralen Unterschieden beim natürlichen Hören übereinstimmen; anders als.bei einer Sondenmikrophonanordnung weicht jedoch die Frequenzbewertung bei Kunstköpfen von der Frequenzbewertung durch das natürliche Außenohr ab, wie z.B. aus der US-Patentschrift 4 143 244 zu entnehmen ist.

30

Zur Wiedergabe der kopfbezogenen Stereosignale ist es allgemein bekannt, eine verzerrungsfreie Kopfhöreranordnung zu verwenden, d.h. einen elektrisch entzerrten Kopfhörer, der die wiederzugebenden elektrischen Signale ohne lineare Verzerrungen in den Gehörgang des Zuhörers überträgt. Eine solche verzerrungsfreie Kopfhöreranordnung wird deshalb als ideal für die kopfbezogene Stereophonie angesehen.

Im Falle der Aufnahme durch einen Kunstkopf ist es aus der US-Patentschrift 4 143 244 zusätzlich bekannt, bei der elektrischen Entzerrung der Wiedergabeseite den erwähnten frontalen Unterschied der Frequenzbewertung zwischen dem Kunstkopf und dem natürlichen Gehör auszugleichen. Dadurch erhält der Zuhörer auch im Fall einer Kunstkopfaufnahme Ohrsignale mit der natürlichen Frequenzbewertung.

In der kopf bezogenen Stereophonie ist es auch bekannt, daß zur Vermeidung von Übertragungsfehlern (Lokalisation und Klangfarbe) eine sehr genaue Entzerrung vorgenommen werden muß. Als Bedingung für eine genaue Gesamtentzerrung gilt, daß die Übertragungsfunktion der gesamten Übertragungsstrecke vom Kunstkopf bis zum Kopfhörer gleich der Außenohr-Übertragungsfunktion des Zuhörers sein muß.

Diese summarische Bedingung läßt sich jedoch nicht ohne weiteres anwenden, wenn die an der Schnittstelle zwischen Aufnahme- und Wiedergabeseite vorhandenen kopfbezogenen Stereosignale auf üblichen stereophonen Kanälen (Rundfunk, Tonband, Platte) übertragen werden sollen. Die Wiedergabe erfolgt dann stets räumlich oder zeitlich getrennt von der Aufnahme. Die genauen Eigenschaften der Aufnahme- und Wiedergabeseite sind in der Regel auf der jeweils anderen Seite nicht bekannt, wie die folgende Betrachtung der oben dargestellten kopf bezogenen Übertragungsanordnungen zeigt.

Bei der Übertragung mit Sondenmikrophonen und verzerrungsfreiem Kopfhörer müßte zur Durchführung der Entzerrung zunächst die sog. Bezugsebene im Gehörgang genau definiert werden, also diejenige Stelle im Gehörgang, an der aufnahmeseitig der Schalldruckverlauf entnommen wird und bis zu der wiedergabeseitig der Kopfhörer verzerrungsfrei ist. Bereits diese Definition wäre aufgrund der anatomischen Gegebenheiten im Ohrkanal sehr schwierig und wurde daher bisher nicht vorgenommen. Wenn sie trotzdem gelänge, müßte die Kopfhöreranordnung des Zuhörers auf der Wiedergabeseite mit Hilfe einer Sondenmikrophonmessung so entzerrt werden, daß sie keine linearen Verzerrungen aufweist. Zu diesem Zweck müßte das

Sondenmikrophon so in den Gehörgang eingeführt werden, daß die Mündung der Sonde in der definierten Bezugsebene liegt, ohne jedoch die Schallausbreitung unter dem Kopfhörer zu stören. Aufnahmeseitig müßten die Sondenmikrophone in ähnlicher Weise an einer Versuchsperson angeordnet werden.

Trotz dieses aufwendigen Entzerrungsverfahrens wäre die erforderliche Genauigkeit nicht gegeben, da die Ohrsignale beim wiedergabeseitigen Zuhörer diejenige Frequenzbewertung für frontalen Schalleinfall aufweisen würden, die von der aufnahmeseitigen Versuchsperson herrührt. Es ist jedoch allgemein bekannt, daß die individuellen Streuungen dieser Außenohr-Übertragungseigenschaft beträchtlich, d.h. größer als die entsprechenden Unterschiedsschwellen des Gehörs sind. Die Frequenzbewertung der Ohrsignale des jeweiligen Zuhörers würde daher von der natürlichen Frequenzbewertung erheblich abweichen. Nur bei Identität von aufnahmeseitiger Versuchsperson und wiedergabeseitigem Zuhörer wäre durch diese Art der Entzerrung eine originalgetreue Reproduktion der Hörereignisse zu gewährleisten.

Diese Schwierigkeiten bei aufnahmeseitig und wiedergabeseitig unterschiedlichen Außenohr-Übertragungsfunktionen können umgangen werden, wenn die Entzerrung gemäß der US-Patentschrift 4 143 244 vorgenommen wird. Dort wird auf die erwähnte Gesamtbedingung zurückgegriffen, um so die Unterschiede zwischen dem Kunstkopf und dem Zuhörer auszugleichen. Zu diesem Zweck- werden wiederum Sondenmikrophone in den Gehörgängen des Zuhörers angeordnet. Anschließend wird der Zuhörer zweifach beschallt, zunächst direkt von einer frontalen Schallquelle und dann über den Kunstkopf, ein einstellbares Entzerrerfilter und den Kopfhörer. Die jeweils gemessenen Ohrsignale werden mit Hilfe eines Oszillographen verglichen, und das. Filter wird dann so eingestellt, daß die Zeitfunktionen der Ohrsignale in beiden Beschallungsfällen gleich sind.

Auf diese Art können für jeden individuellen Zuhörer Ohrsignale mit der natürlichen Frequenzbewertung erzeugt werden. Jedoch wäre es zur praktischen Durchführung dieses Entzerrungsverfahrens not-

wendig, bei jedem Zuhörer auf der Wiedergabeseite den Kunstkopf zur Verfügung zu haben.

Die Entzerrung einer kopfbezogenen Übertragungsstrecke nach dem Stand der Technik ist also - wenn sie die notwendige Genauigkeit aufweisen soll - darauf angewiesen, daß die verwendete kopfbezogene Aufnahmeanordnung entweder von vorneherein dem Zuhörer in der Frequenzbewertung sehr ähnlich oder auf der Wiedergabeseite verfügbar ist.

Im Gegensatz dazu ermöglicht es die Erfindung, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Aufnahme- und Wiedergabeseite ohne Sondenmikrophonmessungen und unabhängig voneinander zu entzerren, d.h. die Entzerrung der Aufnahmeseite soll zeitlich und örtlich völlig getrennt von der Entzerrung der Wiedergabeseite erfolgen können, ohne daß die originalgetreue Reproduktion der Hörereignisse beeinträchtigt wird.

Hierzu geht das Verfahren gemäß Anspruch 12 von einer Wiedergabe über an sich bekannte freifeldentzerrte Kopfhörer aus. DIN 45 500 sieht vor, daß die Freifeldentzerrung eines solchen Kopfhörers sich auf frontalen Schalleinfall bezieht. Diese für die raumbezogene Stereophonie günstige Standardisierung wird allgemein als Hindernis für die kopfbezogene Stereophonie angesehen, d.h. ein freifeldentzerrter Kopfhörer gilt nicht als ideal für die Wiedergabe kopfbezogen stereophoner Signale.

Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 ist das Verfahren unter anderem so ausgestaltet, daß bei Verwendung eines Kopfhörers, der (wie in DIN 45 500 vorgesehen) für frontalen Schalleinfall freifeidentzerrt ist, und bei Verwendung eines Kunstkopfs als richtungswirksame kopfbezogene Mikrophonanordnung der Amplitudenfrequenzgang der aufnahmeseitigen elektrischen Filterung invers zum Frequenzgang des frontalen Außenohr-Ubertragungsmaßes des verwendeten Kunstkopfs ist, so daß unabhängig von dem Ausmaß, in dem der aufnahmeseitige Kunstkopffrequenzgang vom natürlichen Frequenzgang des Zuhörers abweicht, der Zuhörer Ohrsignale mit der natür-

lichen Frequenzbewertung ausschließlich aufgrund der wiedergabeseitigen Außenohr-Übertragungseigenschaft des freifeldentzerrten Kopfhörers erhält.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Kunstkopfanordnung ergibt sich aus Anspruch 13, eine geeignete Filteranordnung aus Anspruch 14. Eine bezüglich eines bestimmten Kunstkopfs vorteilhafte Ausgestaltung der Filteranordnung nach Anspruch 14 ergibt sich aus Anspruch 4.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Entzerrung der Aufnahmeseite in vorteilhafter Weise völlig unabhängig von der Entzerrung der Wiedergabeseite erfolgen. Hierzu wird das frontale " Freifeld-Übertragungsmaß des jeweiligen Kunstkppfs bestimmt und dessen Frequenzgang durch die aufnahmeseitige elektrische Filterung kompensiert, so daß die Übertragungsfunktion der gesamten Kunstkopfanordnung frequenzunabhängig für frontalen Schalleinfall ist. Es ist für die Anwendung dieses Verfahrens vorteilhafterweise völlig unerheblich, wie stark der Kunstkopffrequenzgang vom natürliehen Frequenzgang des Zuhörers abweicht. Dies erleichtert die Konstruktion eines geeigneten Kunstkopfs wesentlich.

Da die Bestimmung des aufnahmeseitig zu entzerrenden Kunstkopf-Übertragungsmaßes nach üblichen Mikrophonmeßverfahren erfolgt (DIN 45 591) und da die Bestimmung des Freifeld-Übertragungsmaßes des wiedergabeseitig zu entzerrenden Kopfhörers nach dem üblichen Kopfhörermeßverfahren (DIN 45 619) erfolgt, sind für die Entzerrung keine Sondenmikrophone notwendig. Dennoch ist. für jeden Zuhörer eine individuell genaue Entzerrung und Reproduktion der Hörereig-

30 nisse möglich.

Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß die Erfindung einen zweckmäßigen Weg für die in der kopfbezogenen Stereophonie noch ungelöste Frage der Standardisierung weist.
35

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die innere Geometrie des Kunstkopfs (Gehörgang, Trommelfell, Art und Ankopplung

3G

des Schallwandlers), die im Gegensatz zur äußeren Geometrie von Hals, Kopf und Ohrmuscheln bekanntlich keinen Einfluß auf die Richtcharakteristik, sondern nur Einfluß auf die Frequenzbewertung hat, bei der konstruktiven Ausgestaltung abgestimmt werden kann auf die aufnahmeseitige elektrische Filterung, so daß entweder die innere Geometrie oder das Entzerrerfilter vereinfacht werden können.

Vorteilhaft ist ferner, daß der Kunstkopf im gesamten Hörfrequenzbereich von etwa 40 Hz bis etwa 15 kHz genau entzerrt werden kann.

Die Erfindung hat auch den Vorteil, daß der Kunstkopf für die besonders kritische frontale Schalleinfallsrichtung besonders genau entzerrt werden kann, ohne das schwer meßbare und individuell stark streuende frontale Außenohr-Übertragungsmaß des Zuhörers

15 auf der Wiedergabeseite kennen zu müssen.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der linke und der rechte Mikrophonkanal unabhängig voneinander entzerrt werden können. Bei einer Links-Rechts-Unsymmetrie des Kunstkopfs, die praktisch immer gegeben ist, kann das links und rechts unterschiedliche frontale Freifeld-Übertragungsmaß durch eine jeweils unterschiedliche Filterung im linken und rechten Mikrophonkanal entzerrt werden. Die beim Zuhörer vorhandene und dessen natürlichen Höreindruck mitbestimmende Links-Rechts-Unsymmetrie für frontalen Schalleinfall wird vorteilhafterweise auf der Wiedergabeseite durch die Freifeldentzerrung des Kopfhörers erfaßt und nachgebildet.

Ein beachtlicher Vorteil ist auch, daß die erfindungsgemäß entzerrten Kunstkopfsignale zur Tonübertragung über gebräuchliche stereophone Kanäle "und zur Wiedergabe über Lautsprecher wesentlich besser geeignet sind als übliche, mit einer Frequenzbewertung behaftete Kunstkopfsignale. Damit wird die für eine breitere Anwendung des Verfahrens bedeutsame Kompatibilität zur konventionellen raumbezogenen Stereophonie verbessert. Schließlich ist ein Vorteil bei der Verwendung einer Kettenschaltung von Brücken-T-Gliedern gemäß Anspruch 4 darin zu sehen, daß diese Ausführungsform der Filterung besonders geeignet ist für die praktisch nur mit einem Rech-

nerprogramm durchführbare Entzerrung des komplizierten Kunstkopf-Frequenzgangs. Außerdem erzeugen diese passiven Filterstufen kein Eigenrauschen der Aufnahmeanordnung.

Das Verfahren wird anhand der Zeichnungen 2 bis 4 näher erläutert. Es zeigt: .

Fig. 2 den Frequenzgang AL^Cf) des Freifeldübertragungsmaßes des äußeren Ohrs für frontalen Schalleinfall, der mit dem Frequenzgang des Übertragungsmaßes eines nach DIN 45 500 freifeldentzerrten Kopfhörers übereinstimmt; Fig. 3 den Frequenzgang AL_R(f) des Freifeldübertragungsmaßes eines bekannten Kunstkopfs für frontalen Schalleinfall (mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve) sowie den Frequenzgang AL_E(f) des Übertragungsmaßes der erfindungsgemäß für diesen Kunstkopf vorgesehenen Filteranordnung (mit ge

strichelter Linie gezeichnete Kurve), und

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß vorgesehenen Filteranordnung.

Wie ein Vergleich mit dem Frequenzgang ÄL.,(f) des Außenohrs (Fig. 2) zeigt, weicht die Frequenzbewertung des in Fig. 3 zugrundegelegten Kunstkopfs (AL.,(f)) - wie bei allen Kunstköpfen - deutlich vom natürlichen Hören ab. So zeigt der Kunstkopf in Fig. 3 zwei Pegelanhebungen von etwa 8 und 10 dB bei 1,4 und 4,2 kHz gegenüber einer Anhebung von 12 dB bei 3 kHz in Fig. 1. Die 10 kHz-Absenkung beträgt beim Kunstkopf -35 dB gegenüber -9 dB beim natürlichen Hören.

Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung, daß die Nachbildung der natürlichen Frequenzbewertung eines Zuhörers mit Hilfe eines Kunstkopfs weder erreichbar noch wünschenswert ist, besteht die Erfindung darin, den Frequenzgang des Kunstkopfs für frontalen Schalleinfall noch vor der Tonübertragung mit Hilfe einer Filteranordnung zu kompensieren, wie in Fig. 3 mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve angedeutet ist. Als Ergebnis dieser Maßnahme wird in der übertragungsgüte vom Kunstkopf zum Kopfhörer für frontalen Schalleinfall nur noch der von dem freifeldentzerrten

Kopfhörer nachgebildete Frequenzgang des Freifeldübertragungsmaßes des äußeren Ohrs gemäß Fig. 2 wirksam, so daß der Zuhörer ausschließlich aufgrund der wiedergabeseitigen Frequenzbewertung durch den Kopfhörer einen natürlichen Höreindruck hat. 5

Gegenstand der Erfindung ist auch die Erweiterung des für frontalen Schalleinfall gekennzeichneten Entzerrungsverfahrens. Die im Anspruch 12 gekennzeichnete Lösung ist verallgemeinert bezüglich des Schalleinfalls, welcher der Entzerrung zugrundegelegt wird.

Ausgangspunkt ist - wie im Oberbegriff des Anspruchs 12 vorausgesetzt - eine Freifeldentzerrung des Kopfhörers, also eine Außenohrnachbildung im Gegensatz zum verzerrungsfreien Kopfhörertyp. Es ist bekannt, daß sich die Freifeldentzerrung des Kopfhörers auch auf die seitliche Schalleinfallsrichtung 30° beziehen kann.

Die im Patentanspruch 12 vorausgesetzte Freifeldenlzerrung des Kopfhörers ist jedoch wesentlich allgemeingültiger, da sie sämtliche nichtfrontalen Lautsprecherbeschallungen umfaßt. Der Schalleinfall auf den Zuhörer kann sich z.B. unterscheiden in der Anzahl der Lautsprecher, in den Übertragungsfunktionen und Richtcharakteristiken der Lautsprecher, im Aufstellort der Lautsprecher nach Richtung und Entfernung sowie in den Absorptions- und Reflexionseigenschaften des Aufstellraums.

Frontaler Schalleinfall gemäß DlN 45 500 ist nur ein einfacher, wenn auch der wichtigste und bekannteste Spezialfall einer solchen Beschallung. Falls die Freifeldentzerrung des Kopfhörers sich jedoch auf eine von DIN 45'5OO abweichende Beschallung bezieht, so wird dies bei der elektrischen Entzerrung des Kunstkopfs in der im Anspruch 12 gekennzeichneten Weise berücksichtigt. Die Anpassung des Aufnahmeverfahrens an die Wiedergabeseite kann auf zwei gleichzeitige Arten vorgenommen werden:

a) Die Freifeldentzerrung der Wiedergabeseite bedeutet definitionsgemäß, daß der Kopfhörer im Ohrkanal des Zuhörers den gleichen Schalldruck hervorruft wie die gewählte Lautsprecherbeschallung.

Zur meßtechnischen Kennzeichnung eines Kopfhörers wird sein Freifeld-Übertragungsmaß G„ nach DIN 45 619 durch Vergleich mit einer

senkrecht von vorn einfallenden Schallwelle bestimmt. Falls nun der Kopfhörer nicht für frontalen Schalleinfall freifeidentzerrt ist, bewirkt dies eine Frequenzabhängigkeit der Meßgröße G_p, beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte Höhenanhebung. Dieser Frequenzgang Gp(f), der für den Unterschied zwischen frontaler und gewählter Beschallung charakteristisch ist, wird erfindungsgemäß zum frontalen Außenohr-Übertragungsmaß des Kunstkopfs addiert, um daraus den Frequenzgang der elektrischen Kunstkopfentzerrung zu bestimmen.

b) Zur selben Kunstkopfentzerrung gelangt man, wenn man das Außenohr-Übertragungsmaß . des verwendeten Kunstkopfs nicht für frontalen Schalleinfall mißt, sondern unmittelbar für die gleiche Lautsprecherbeschallung, für die der Kopfhörer f reif eidentzerrt ist.

Da die Richtcharakteristik des Kunstkopfs und des Zuhörers yoraussetzungsgemäß übereinstimmen, ist der Unterschied zwischen frontaler und gewählter Beschallung beim Kunstkopf der gleiche wie beim Zuhörer. Dieser Unterschied muß nicht unbedingt in Form des Freifeld-Übertragungsmaßes Gp(f) des Kopfhörers explizit bekannt sein. Falls die Art der Beschallung einfacher zu definieren ist als der daraus folgende Frequenzgang Gp(f), ist es günstiger, den zu entzerrenden Frequenzgang AL(f) unmittelbar am Kunstkopf zu messen.

Ein bekannter Mikrophonentzerrer gleicht die Verzerrungen eines Sondenmikrophons aus, nicht jedoch die Übertragungsfunktion eines Kunstkopfs. Ein anderer Mikrophonentzerrer für einen Kunstkopf hat eine ähnliche Aufgabe, da der bekannte Kunstkopf äquivalent ist zu einer Versuchsperson mit Sondenmikrophonen im Ohrkanal. Demgegenüber liegt einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Aufnahmeverfahrens darin, daß ein Kunstkopf verwendet wird, der bezüglich der Frequenzbewertung unabhängig vom natürlichen Hören ist. Dementsprechend ist auch die erfindungsgemäße Filterung AL„(f) unabhängig von der natürlichen Außenohr-Übertragungsfunktion Ap„,„₀.(f), die im bekannten Fall als zusätzliche aufnahmeseitige Filterung vorgesehen ist.

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Nichtfrontaler Schalleinfall kommt in Frage, wenn weniger Wert auf die Lokalisation in der Medianebene bei Kopfhörerwiedergabe gelegt wird als auf die Kompatibilität der kopfbezogenen Stereophonie (Kunstkopf, Kopfhörer) zur raumbezogenen Stereophonie (Stereo- und Stützmikrophone, Lautsprecher). Statt einer reflektionsarmen, frontalen Bezugsbeschallung ist unter Umständen eine mehr praktische Lautsprecherbeschallung kompatibler, bei der die frontale Schalleinfallsrichtung durch andere Richtungen ergänzt oder ersetzt wird.

Das Prinzip bleibt nach wie vor, einen Kopfhörer zu benutzen, der nicht verzerrungsfrei ist, sondern die Frequenzbewertung des natürlichen Hörens in Bezug auf eine bestimmte Beschallungssituation nachbildet, und den Kunstkopf so zu entzerren, daß sowohl der linke als auch der rechte Aufnahmekanal keine Frequenzbewertung an der Schnittstelle zeigt, und zwar bezüglich derselben, definierten Beschallungssituation. Wenn die Beschallung stationär und reproduzierbar ist, können die Aufnahme- und Wiedergabeanordnungen völlig unabhängig voneinander entzerrt werden. Raumbezogene Entzerrung bedeutet, daß ein wichtiger Teil der Übertragungsfunktion des äußeren Ohrs aus der Aufnahmeseite herausgenommen und auf die Wiedergabeseite verlagert wird.

Als Bezugsbeschallung ist grundsätzlich jedes durch Lautsprecher erzeugte Schallfeld möglich, da die Überlagerung beliebiger Schallsignale aus. beliebigen Schalleinfallsrichtungen durch die äußere Geometrie des Kunstkopfs stets wie beim natürlichen Hören vorgenommen wird. Aus praktischen Gründen sollte als Bezug jedoch eine Beschallung dienen, die erstens einfach reproduzierbar und zweitens mit üblichen Beschallungen vergleichbar ist. Mögliche Bezugsbeschallungen sind: frontaler Schalleinfall auf beide Ohren, seitlicher Schalleinfall zum zugewandten oder abgewandten Ohr, Überlagerung zweier seitlicher Lautsprecher, Überlagerung aus einem vorderen Winkelbereich, gleichmäßiger Schalleinfall aus der Horizontalebene, gleichmäßiger Schalleinfall aus allen Raumrichtungen, diffuser Schalleinfall, stationärer Schalleinfall durch Stereolautsprecher in einem Studio. Impulsartige Beschallungen sind einer stationären Beschallung in reflektionsarmer Umgebung gleichwertig. Wenn Schall

aus zwei oder mehr Richtungen überlagert wird, können die 'Schallsignale unkorreliert sein (z.B. statistisch unabhängige Rauschquellen) oder korreliert (z.B. identische oder reflektierte Signale). Die Bezugsbeschallung für den linken Kanal ist auch prinzipiell unabhängig von der Bezugsbeschallung für den rechten Kanal.

Wesentlich ist jedoch, daß die gleiche Beschallung angewendet wird auf die raumbezogene Entzerrung des Kunstkopfs und des Kopfhörers.

Mit einem für frontalen Schalleinfall entzerrten Kunstkopf kann unmittelbar das sogenannte Freifeld-Übertragungsmaß G„ eines Kopfhörers gemessen werden, das aussagekräftiger ist als das sogenannte Übertragungsmaß G, welches durch Sondenmikrophone oder sogenannte Ohrsimulatoren gemessen wird.

Gegenstand des Anspruchs 15 ist die Kombination eines Kunstkopfs, dessen Freifeld-Übertragungsmaß lediglich Überhöhungen aufweist, mit einem aufnahmeseitigen, zum Kunstkopf-Frequenzgang inversen Filter. Durch diese Kombination ist es möglich, bei einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 12 den Signalstörabstand der aufge-

20 nommenen Stereosignale zu verbessern.

Es ist eine Sondenmikrophonanordnung bekannt, deren Frequenzbewertung dem natürlichen Hören entspricht. Weiterhin sind Kunstköpfe beschrieben worden, die ebenfalls so entworfen sind, daß sie möglichst genau die natürliche Frequenzbewertung nachbilden. Die Genauigkeit,· mit der ein Kunstkopf die natürliche Außenohr-Übertragungsfunktion nachbilden kann, ist allerdings begrenzt . durch die Genauigkeit, mit der die natürliche Frequenzbewertung gemessen werden kann, und durch die Genauigkeit, mit der Gehörgang und Trommelfell nachgebildet werden können. Soweit Mikrophonentzerrer vorgesehen sind, kompensieren sie die Verzerrungen des jeweils verwendeten Mikrophons. Ferner ist in Verbindung mit einer Wiedergabe über freifeldentzerrte Kopfhörer eine zusätzliche aufnahmeseitige Filterung bekannt, die invers zur natürlichen Außenohr-Übertragungsfunktion A_p , ₀,(f) ist. Bei Verwendung eines freifeidentzerrten Kopfhörers ist es außerdem bekannt, die Mikrophonankopplung in einem Kunstkopf so zu gestalten, daß der Kunstkopf auf einen möglichst linearen Frequenzgang entzerrt wird.

Im Gegensatz dazu dient die Mikrophonankopplung beim erfindungsgemäßen Aufnahmeverfahren weder zur Nachbildung der natürlichen Frequenzbewertung noch zur Glättung des Kunstkopffrequenzgangs, sondern zur Erzielung eines möglichst hohen Nutzsignalpegels. Dementsprechend entzerrt die anschließende elektrische Filterung weder ein Mikrophon als solches noch eine Aufnahmeanordnung mit natürlicher Frequenzbewertung, sondern einen realen Kunstkopf, der akustisch so gestaltet ist, daß sein frontales Freifeld-Übertragungsmaß im hörbaren Frequenzbereich zwischen etwa 40 Hz und etwa 15 kHz lediglich Überhöhungen und keine Einbrüche aufweist. Durch diese Filterung AL„(f) wird gleichzeitig zweierlei erreicht: eine genaue Entzerrung des Nutzsignals unabhängig von der natürlichen Frequenzbewertung und eine Dämpfung des Mikrophonrauschens.

Zwar ist es bekannt, in Kunstköpfen Mikrophone mit einer Resonanzüberhöhung bei hohen Frequenzen zu verwenden; aber dem Stand der Technik sind die aufgezeigten Zusammenhänge zwischen Signalstörabsland, Kunstkopf geometrie, Mikrophoneigenschaften und elektrischer Filterung nicht entnehmbar. Erst durch die Ausnutzung des aufgezeigten Realisierungsspielraums, d.h. durch die zweckmäßige Kombination von Kunstkopfeigenschaften und elektrischer Filterung ist es möglich, den Signalstörabstand von Kunstkopfsignalen zu verbessern.

Claims (15)

1. PATENTANSPRÜCHE NACHGEREtCHT

   (lj Verfahren zur stereophonen Übertragung von Schallsignalen, bei dem in einem Schallfeld kopfbezogene Stereosignale aufgenommen werden, die zur Tonübertragung und/oder Tonaufzeichnung über stereophone Kanäle und zur anschließenden Wiedergabe über raumbezogen entzerrte Kopfhöreranordnungen vorgesehen sind, mittels eines Kunstkopfs, der die natürliche Richtcharakteristik des menschlichen Gehörs aufgrund seiner äußeren Geometrie (Schultern, Hals und Kopf mit Ohrmuscheln) weitgehend annähert, der aber in seiner inneren Geometrie (künstlicher Gehörgang, künstliches Trommelfell, Art und Ankopplung des Schallwandlers) vom menschlichen Gehör abweicht, dadurch gekennzeichnet ,

   - daß für den Kunstkopf (A) Mikrophone (Al) verwendet werden, die im Frequenzbereich zwischen 5 und 12 kHz eine möglichst ausgeprägte Resonanzstelle aufweisen,

   - daß die Signale der Kunstkopfmikrophone (Al) durch eine aufnahmeseitige elektrische Filterung (A2) so entzerrt werden, daß die Übertragungsmaße des linken und rechten Mikrophonkanals der Kunstkopf anordnung (A) im Frequenzbereich von 40 Hz bis 15 kHz frequenzunabhängig sind für diejenige Beschallung, auf die sich die raumbezogene Entzerrung des Kopfhörers (D) bezieht,

   - daß die so erzeugten Kunstkopfsignale einer Einrichtung (B) zum Aufnehmen raumbezogen stereophoner Signale zugeführt werden, welche die kopfbezogenen Stereosignale entsprechend den Übertragungsfunktionen der Kunstkopfanordnung (A,A1,A2) für zwei seitliche Schalleinfallsrichtungen zu raumbezogenen Stereo-Signalen entkoppelt,

   - und daß die Wiedergabe über eine Schaltungsanordnung (C) zum Anpassen eines raumbezogen stereophonen Programmsignals an den Kopfhörer (D) erfolgt, welche die raumbezogen stereophonen Signale (entkoppelte Kunstkopfsignale) entsprechend den Übertragungsfunktionen des individuellen Zuhörers für die beiden seitlichen Schalleinfallsrichtungen neu verkoppelt.
2. 2. Kunstkopf (A) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Elektret- oder Kondensatortnikrophonen (Al) und durch den Einbau der Filteranordnung (A2) zusammen mit einem vorgeschalteten Verstärker (A3) sowie der Stromversorgung in den Kunst

   kopf (A).
3. 3. Filteranordnung (A2) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Frequenzgang, welcher invers bezüglich des Freifeldubertragungsmaßes für frontalen Schalleinfall der Mikrophonanordnung (A,Al) ist.
4. 4. Filteranordnung (A2) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine passive Bandsperre (Fig. 9) oder durch die Kettenschaltung (Fig. 4) eines Bandpasses (AlO), einer ersten Bandsperre (A20) und einer zweiten Bandsperre (A30), wobei der Bandpaß (AlO) und jede der Bandsperren (A20 bzw. A30) in Form von Brücken-T-Gliedern mit frequenzunabhängiger Eingangs- und Ausgangsimpedanz ausgebildet sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß anstelle eines für frontalen Schalleinfall freifeldentzerrten Kopfhörers ein für eine andere Beschallung raumbezogen entzerrter Kopfhörer (D) verwendet wird und daß der Frequenzgang der Fiiteranordnung (A2) invers bezüglich des Freifeldubertragungsmaßes der Mikrophonanordnung (A,Al) für diese andere Beschallung ist.
6. 6. Einrichtung (B) zum Aufnehmen stereophoner Signale, welche zur raumbezogenen Wiedergabe, insbesondere mittels zweier getrennt aufgestellter Lautsprecher (40) und (50) vorgesehen sind, mit zwei Mikrophonkanälen (20) und (30), zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signale der Mikrophonkanäle (20, 30) einer Entkopplungsanordnung (BIO) zugeführt werden, bei

   der in Längszweigen (BIl, B12) eines linken (M,., L₁) und eines rechten (M , L₉) Übertragungskanals jeweils ein Subtraktionsglied (B13 bzw. B14) mit nachgeschaltetem Übertragungsglied (B15 bzw. B16) angeordnet ist und bei der in Querzweigen, welehe den Ausgang (L₁) des linken Übertragungskanals (M,., L₁) mit dem negativen Eingang des im Längszweig (B12) des rechten Übertragungskanals (M ,L₉) angeordneten Subtraktions-

   re Im

   gliedes (B14) sowie den Ausgang (L₉) des rechten Übertragungskanals (M ,L₉) mit dem negativen Eingang des im Längszweig re it

   (BIl) des linken Übertragungskanals (M,., L₁) angeordneten Subtraktionsgliedes (B13) rückwärts gegenkoppeln, jeweils ein Gegenkopplungsglied (B17, B18) enthalten, daß das Übertragungsglied (B15) im Längszweig (BIl) des linken Übertragungskanals (M,., L₁) die inverse Freifeldübertragungsfunktion des linken Mikrophonkanals (20) für die der Aufstellrichtung eines ersten Lautsprechers (40) entsprechende Schalleinfallsrichtung ( ₁, ..) nachbildet, daß das übertragungsglied (B16) im Längszweig (B12) des rechten Übertragungskanals (M,_Q, L₉) die inverse

   Γ8 u

   Freifeldübertragungsfunktion des rechten Mikrophonkanals (30) für die der Aufstellrichtung eines zweiten Lautsprechers (50) entsprechende Schalleinfallsrichtung ( „, ₉) nachbildet, daß das den Ausgang (L₉) des rechten Übertragungskanals (M , L₉) rückwärts gegenkoppelnde Gegenkopplungsglied (B18) die Freifeldübertragungsfunktion des linken Mikrophonkanals (20) für die der Aufstellrichtung des zweiten Lautsprechers (50) entsprechende Schalleinfallsrichtung ( „, „) nachbildet und daß das den Ausgang (L-) des linken Übertragungskanals (M,., L₁) rückwärts gegenkoppelnde Gegenkopplungsglied (B17) die Freifeldübertragungsfunktion des rechten Mikrophonkanals (30) für die der Auf-Stellrichtung des ersten Lautsprechers (40) entsprechende Schall

   einfallsrichtung I₁, .) nachbildet.
7. 7. Einrichtung (B) nach Anspruch 6, dadurch g ^e ~ kennzeichnet , daß in den linken und rechten Übertragungskanälen (M,., L₁) bzw. (M , L₉) vor und/oder hinter der um abspaltbare Teile ihrer Gesamtübertragungsfunktion reduzierten Entkopplungsanordnung (BIO*) weitere Über-

   tragungsglieder (B61, B71 bzw. B62, B72) angeordnet sind, deren Übertragungsfunktionen die abgespaltenen Teile der Gesamtübertragungsfunktion der Entkopplungsanordnung CBlO) enthalten.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die vor den Subtraktionsgliedern (B13* bzw. B14*) der reduzierten Entkopplungsanordnung CBlO*) angeordneten abgespaltenen Übertragungsglieder (B61 bzw. B62) als Mikrophonentzerrer (A2) für die in den Aufnahmekanälen (20 bzw. 30) liegenden Mikrophone (Al) ausgebildet sind.
9. 9. Schaltungsanordnung CC) zum Anpassen eines raumbezogen stereophonen Programmsignals an einen freifeldentzerrten Kopfhörer CD), bei der in Längszweigen eines linken und rechten Übertragungskanals vor oder hinter einem linken und rechten Summierglied CC4) jeweils ein erstes Übertragungsglied CCl) angeordnet ist, und bei der in Querzweigen, welche den linken mit dem rechten sowie den rechten mit dem linken Übertragungskanal additiv koppeln, jeweils ein zweites Übertragungsglied CC2 bzw. C2*) und gegebenenfalls ein Verzögerungsglied (C3) angeordnet ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   - daß das erste, vor dem Summierglied (C4) angeordnete Übertragungsglied CCl) mittels einer Kettenschaltung von Bandpässen zweiter Ordnung den halben interauralen Pegelunterschied des

   Gehörs für die Schalleinfallrichtung 30° nachbildet,

   - daß das zweite Übertragungsglied (C2) mittels einer Kettenschaltung von Bandsperren zweiter Ordnung, die sich von den Bandpässen des ersten Übertragungsglieds CCl) nur durch die Vertauschung jeweils zweier Widerstände (R ) und (R ) unterscheiden, die inverse Übertragungsfunktion des ersten Übertragungsfunktion des ersten Übertragungsglieds (Cl) aufweist,

   - daß die Resonanzfrequenzen aller Bandpässe und Bandsperren durch variable kapazitive oder phmsche Impedanzen Z an die Resonanzfrequenzen angepaßt werden können, die im Frequenzgang des individuellen interauralen Pegelunterschieds des Gehörs eines bestimmten Zuhörers auftreten

   - und daß in den Querzweigen variable Verzögerungsglieder (C3) aus einer Kettenschaltung von AU passen zweiter Ordnung vorgesehen sind, deren variable frequenzabhängige Laufzeit zusammen mit dem durch die Einstellung der Resonanzfrequenzen veränderlichen, frequenzabhängigen Laufzeitunterschied des ersten und zweiten Übertragungsglieds (Cl) und (C2) den individuellen, frequenzabhängigen Laufzeitunterschied des Gehörs eines bestimmten Zuhörers für die Schalleinfallsrichtung 30° nachbildet.
10. 10. Schaltungsanordnung (C) zum Anpassen eines raumbezogen stereophonen Programmsignals an einen Kopfhörer (D), bei der in Längszweigen eines linken und rechten Übertragungskanals jeweils ein erstes Übertragungsglied (Cl) angeordnet ist, und bei der in Querzweigen, welche den linken mit dem rechten sowie den rechten mit dem linken Ubertragungskanal additiv koppeln, jeweils ein zweites übertragungsglied (C2 bzw. C2*) und gegebenenfalls ein Verzögerungsglied (C3) angeordnet ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Übertragungsglieder (Cl) vor der Signalverzweigung in einen Längszweig und

    einen Querzweig angeordnet sind (Fig. 17a).
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet ,
    - daß die ersten Übertragungsglieder (Cl) im Frequenzbereich bis 15 kHz ein frequenzunabhängiges Übertragungsmaß von 0 dB aufweisen,

    - daß die zweiten Übertragungsglieder (C2*) mittels einer Kettenschaltung von einfachen Bandsperren zweiter Ordnung sowohl den interauralen Pegelunterschied als auch den interauralen Laüfzeitunterschied des Gehörs für die Schalleinfallsrichtung 30° nachbilden, wobei jede Bandsperre minimalphasig oder mit zusätzlichen Laufzeiten behaftet sein kann,

    - daß jede Bandsperre des zweiten Übertragungsglieds (C2*) durch drei variable ohmsche Widerstände an die individuelle Richtcharakteristik des Gehörs eines bestimmten Zuhörers angepaßt werden kann,

    - und daß die vereinfachte Schaltungsanordnung (C) in einen

    Kopfhörer (D) eingebaut ist, dessen Freifeldübertragungsmaß zusammen mit der Schaltungsanordnung (C) frequenzunabhängig ist.
12. 12. Verfahren zur Aufnahme kopf bezogener Stereosignale, die - zur Tonübertragung auf üblichen stereophonen Kanälen

    - mit anschließender Wiedergabe über freifeldentzerrte Kopfhörer vorgesehen sind,

    - mittels einer kopfbezogenen Mikrophonanordnung, deren Richtcharakteristik aufgrund der Nachbildung der Geometrie von Hals, Kopf und Ohrmuscheln weitgehend der Richtcharakteristik des

    Zuhörers angenähert ist, und

    - mittels einer elektrischen Filterung, die aufnahmeseitig vor der stereophonen Tonübertragung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß - bei Verwendung eines Kopfhörers, der, wie in DIN 45 500 vorgesehen, für frontalen Schalleinfall freifeldentzerrt ist und dessen nach DIN 45 619 bestimmtes Freifeldübertragungsmaß (G_(f)) daher frequenzunabhängig ist, oder bei Verwendung eines Kopfhörers, der nicht für frontalen Schalleinfall freifeldentzerrt ist und daher ein frequenzabhängiges Freifeldübertragungsmaß (G_F(f))

    aufweist, und

    - bei Verwendung eines Kunstkopfs als richtungswirksame kopfbezogene Mikrophonanordnung

    - der Amplitudenfrequenzgang (AL„(f)) der aufnahmeseitigen

    elektrischen Filterung invers zu einem Frequenzgang (AL(f)) ist, der sich aus der Summe des frontalen Außenohr-Übertragungsmaßes des verwendeten Kunstkopfs (AL,.(f)) und des Freifeldübertragungsmaßes (G„(f)) des freifeldentzerrten Kopfhörers bestimmt,

    - so daß unabhängig von dem Ausmaß, in dem der zu dieser .

    Summe (AL„(f) + G„(f)) äquivalente Kunstkopffrequenzgang (ALCf)) vom natürlichen Frequenzgang des Zuhörers abweicht, der Zuhörer Ohrsignale mit der natürlichen Frequenzbewertung ausschließlich aufgrund der wiedergabeseitigen Außenohr-Übertragungseigenschaft des freifeldentzerrten Kopfhörers erhält.
13. 13. Kunstkopfanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Übertragungsfunktion aufgrund der elektrischen Filterung (A2) frequenzunabhängig ist für diejenige Beschallung, für

    5 die der Kopfhörer (D) räumbezogen entzerrt ist.
14. 14. Filteranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufnahmeseitig vor der Tonübertragung angeordnet ist und daß ihr Amplitudenfrequenzgang (AL„(f)) invers zum Amplitudenfrequenzgang (6L„(f)) der Kunstkopf-Mikrophonsignale für diejenige Beschallung ist, für die der Kopfhörer räumbezogen entzerrt ist.
15. 15 15. Verfahren zur Aufnahme kopfbezogenef Stereosignale, die

    - zur Tonübertragung auf üblichen stereophonen Kanälen

    - mit anschließender Wiedergabe über freifeldentzerrte Kopfhörer vorgesehen sind, ·

    - mittels einer kopfbezogenen Mikrophonanordnung, deren Riehtcharakteristik aufgrund der Nachbildung der Geometrie von Hals, Kopf und Ohrmuscheln weitgehend der Richtcharakteristik des Zuhörers angenähert ist, und

    - mittels einer elektrischen Filterung, die aufnahmeseitig vor der stereophonen Tonübertragung vorgenommen wird,

    25 dadurch gekennzeichnet, daß

    - bei Verwendung eines Kopfhörers, der, wie in DIN 45 500 vorgesehen, für frontalen Schalleinfall freifeldentzerrt ist, und

    - bei Verwendung eines Kunstkopfs als richtungswirksame kopfbezogene Mikrophonanordnung

    - die Mikrophone so ausgewählt und in den Kunstkopf eingebaut sind, daß ihr Frequenzgang (AL..(f)) zusammen mit den Eigenschaften des Kunstkopfs einen Frequenzgang UL„(f)) ergibt, der lediglich Überhöhungen und keine Einbrüche aufweist, und daß

    - der Amplitudenfrequenzgang (AL_E(f)) der aufnahmeseitigen elektrischen Filterung invers zum Frequenzgang (AL_K(f)) des frontalen Außenohr-Übertragungsmaßes des verwendeten Kunstkopfs ist.

    - so daß unabhängig von dem Ausmaß, in dem der aufnahmeseitige Kunstkopffrequenzgang (AL„(f)) vom natürlichen Frequenzgang (AL.,(f)) des Zuhörers abweicht, der Zuhörer Ohrsignale mit der natürlichen Frequenzbewertung ausschließlich aufgrund der wiedergabeseitigen Außenohr-Übertragungseigen

    schaft des freifeldentzerrten Kopfhörers erhält,

    - und gleichzeitig durch die Filterung (ALp(f)) das Mikrophonrauschen in demjenigen Frequenzbereich gedämpft wird, in dem die Überhöhung des Nutzsignals auftritt.