DE3233990C2

DE3233990C2 - Verfahren und Vorrichtungen zur verbesserten Wiedergabe von Phantomschallquellen

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Publication number: DE3233990C2
Application number: DE19823233990
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5100 Aachen Scherer
Original assignee: Individual
Current assignee: Scherer Geb Maus Gertrud Scherer Andreas Marti
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1986-11-06
Also published as: DE3233990A1; JPS59501809A; WO1984001257A1; EP0119235A1

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen zur natürlicheren Wiedergabe von Phantomschallquellen durch Kurzzeitreflexionen sowie zur Änderung der Phantomschallquellen-Entfernung durch Veränderung der Körperschallanregung des Kopfes mittels Pumplautsprecher beschrieben. Die Kurzzeitreflexionen werden aus den Hauptsignalen (z.B. Stereosignalen) durch geringe Verzögerung (0.8-2 ms) und definierte Abschwächung (12-15 dB) gewonnen. Diese Nebensignale werden den Hauptsignalen des jeweils gleichen Kanals zugesetzt. Bei eidophonischen Hauptsignalen sollte die gewählte Verzögerungszeit ein ganzzahliges Vielfaches der Rotationszeit des Drehmikrophons betragen. Eine um etwa die doppelte Zeit verzögerte zweite Kurzzeitreflexion gleicher Pegelabsenkung kann zur Steigerung der Durchsichtigkeit zusätzlich jeweils dem anderen Kanal zugemischt werden. Kurzzeitreflexionen, elektrisch oder auf akustischem Weg (z.B. mit Hilfslautsprechern) erzeugt, bewirken eine beträchtliche Stei gerung der zeitlichen und örtlichen Durchsichtigkeit des ste reo phonischen bzw. eidophonischen Klangbildes. Die Beeinflussung der Phantomschallquellen-Entfernung kann dort nötig sein, wo die Körperschallanregung des Schädels zu gering ist. Durch Einsatz besonderer Pumplautsprecher kann die Körperschallanregung und damit die Entfernung der Phantomschallquellen beliebig beeinflußt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergabe von Phantomschallquellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens und eine Anwendung d"!S Verfahrens bei Phantomschallquellen, die durch die Seitenwandreflexionen in einem Konzertsaal entstehen. Es sind verschiedentlich Vorschläge publiziert worden, die Lautsprecherwiedergabe stereophoner Signale durch Zusatz von sehr kurzen (< 10 ms) oder auch sehr langen Verzögerungen (> 10 ms) zu verbessern. Eine Gruppe von Vorschlägen, z. B. [IJ [2], [3], [4] (s. Literaturangaben am Schluß der Beschreibung), zielt darauf ab, die beiden Stereosignale eines Kunstkopfes auch bei Lautsprecherwidergabe den beiden Ohren des Zuhörers ohne Übersprechen zuzuführen, so wie dies bei Kopfhörerwiedergabe der Fall ist. Dies geschieht dadurch, daß aus den Primärsignalen verzögerte, frequenzbewertete und etwas abgeschwächte Sekundärsignale gewonnen werden, die jeweils dem anderen Kanal negativ zugesetzt wenden. Indem die Verzögerung und die Frequenzabhängigkeit der Abschwächung so gewählt werden, daß sie den Werten entsprechen, die auch

die Primärsignale auf dem Weg zum abgewandten Ohr erfahren, wird dieses Übersprechen durch Auslöschung kompensiert Gemäß der Aufgabe, dafür zu sorgen, daß schließlich keinerlei zusätzliche Signale die beiden Ohren erreichen, darf die Verzögerung der Sekundärsigna-Ie nicht größer als etwa 03 ms (entsprechend dem Umweg von ca. 12 cm zu abgewandten Ohr) sein.

Andere Vorschläge haben zum Ziel, durch Zusatz von elektrischen Verzögerungen, die den Schallversögerungen in einem großen Wiedergaberaum entsprechen und daher im Bereich >10ms liegen, eine Raumklangwirkung (ü. [5]) zu erzielen. Aus [6] ist es schließlich bekannt, die wahrgenommene Schalleinfallsrichtung, die man in einem großen Auditorium bei stereophoner Lautsprecherbeschallung hat, dadurch positiv zu beeinflussen, daß ein Mittenlautsprecher aufgestellt wird, dem die Summe aus beiden Kanälen Ober eine Verzögerung von > 10 ms zugeführt wird. Versuche, dem »Loch in der Mitte« mit einem Mittenlautsprecher beizukommen, dem ein unverzögertes Summensignal zugeführt wird, sind ebenfalls unternommen -worden. Indessen haben alle diese Maßnahmen naturgemäß den Nachteil, daß sie die Stereoszene einengen, ohne daß das Problem der Phantomschallquellenwiedergabe, d. h. der Wiedergabe einer Quelle durch zwei oder mehr Lautsprecher, prinzipiell gelöst wird. Die mangelhafte Ortbarkeit der Phantomschallquelle beruht nähmlich darauf, daß das Wiedergabefeld, welches durch mehrere Lautsprecher aufgebaut wird, eine geringere Körperschallanregung des Kopfes zur Folge hat als dies bei einer natürlichen Quelle der Fall ist

In [7] wird eine zusätzliche Körperschallanregung durch einen Knochenschallsender dazu benutzt, bei Kopfhörerwiedergabe die »Im-Kopflokalisation« zu vermeiden. Dem Körperschallsender wird ein Summensignal aus beiden Stereosignalen zugeführt Die erfolgreiche Anwendung — Erreichung des Eindrucks einer Beschallung von außen — hängt indessen sehr von der Dosierung des Körperschalls ab, die leider auch sehr stark von der Plazierung des Körperschallsenders auf dem Schädel abhängt Außerdem ist die Erregung des Schädels zu Schwingungen durch einfache und meist relativ leichte Körperschallsender dann sehr schwierig, wenn diese lediglich auf den Schädel aufgesetzt werden. Es muß in diesem Zusammenhang bedacht werden, daß der Körperschall auf vielen Wegen in den Schädel eindringt (vergl. auch [11]) und daß diese unterschiedlichen Komponenten teilweise unterschiedliche Wirkungen hinsichtlich des Entfernungseindruckes und der Quellenausdehnung (»Punktualität der Quelle«) erzielen.

Zur richtungsabhängigen Wiedergabe von Schallquellen ist die Verwendung von zwei oder mehr Lautsprechern erforderlich, wobei in Abhängigkeit von den angelegten Signalspannungen Schallquellen (Phantomschallquellen) auch irgendwo zwischen den Lautspreehern wahrgenommen werden. Es ist bekannt, daß sich eine Phantomquelle sehr von einer realen Schallquelle unterscheidet. Insbesondere erscheint sie sehr breit, räumlich flach und über der Lautsprecherverbindungslinie eleviert, außerdem ist sie nicht leicht ortbar. Zeitlich &q veränderliche Musikpassagen beispielsweise können nicht so gut aufgelöst werden. Die Verhältnisse sind am Beispiel der Wiedergabe durch zwei Lautsprecher (F i g. 1) dargestellt. Die Phantomquelle erscheint außerdem — je nach dem Winkel, unter dem der Zuhörer die Lautsprecher sieht — nahe. Das Näherkommen beruht auf der geringen Körpetichallanregung in Längsrichtung des Schädels und wird beispielsweise bei dem Verfahren nach [S], [9] zur Entfernungswiedergabe ausgenutzt.

Die große Ausdehnung und Elevation der Phantomquelle ist jedoch für die akustische Wiedergabequalität sehr nachteilig, weil einerseits die räumliche Ortbarkeit stark eingeschränkt wird und andererseits auch die zeitliche Transparenz stark leidet. Das bekannte und gefürchtete »Loch in der Mitte« bei Stereoaufnahmen bezeugt dies.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Phantomquelienwiedergabe bezüglich der Ortbarkeit und Deutlichkeit so zu verbessern, daß ihr Eindruck dem einer realen Schallquelle näherkommt.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsart dieses Verfahrens ist in Anspruch 2 angegeben.

Bezüglich der Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 3, 6 und 14 wird die Aufgabe mit de.·, jeweiligen kennzeichnenden Merkmalen dieser Anspräche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten der betreffenden Vorrichtungen sind jeweils in den darauf rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber auch bei der Gestaltung der Seitenwände eines Konzertsaales anwenden, da die dort reflektierten Schallwellen ebenfalls Phantomschallquellen bilden. Anspruch 15 gibt eine Lösung der Aufgabe bezüglich solcher Phantomschallquellen an.

Im folgenden wird die Erfindung mit Durchführungsbeispielen anhand der F i g. 1 —12 erläutert:

F i g. 1: Bildung der Phantomschallquelle (PSQ) zwischen zwei mit kohärenten Signalen betriebenen Lautsprechern.

F ι g. 2: Weüenfronten bei Phantom- und natürlicher Beschallung.

F i g. 3: Einwirkung des Körperschalls auf das Jnnenohr (IO) auf dem ersten (direkten) Weg und auf dem zweiten Weg über das Mittelohr (MO).

F i g. 4: Verbesserung der Phantomquellenwiedergabe durch zusätzlichen Körperschall, der dem Schädel der Versuchsperson (VP) nach einer Signalverzögerung (τ) und Signalabschwächung (D) über einen Verstärker mit angeschlossenem Körperschallsender (KS) zugeführt wird.

Fig. 5: Erzeugung einer Kurzzeitreflexion in einem Kanal aus dem Kanalsignal Ä durch ein Verzögerungsglied (τ) und ein Dämpfungsglied (D), durch welches das reflektierte Signal passend abgeschwächt wird. Im Addierverstärker (A) wird der verzögerte Anteil dem ursprünglichen Signal (^zugesetzt

F i ~. C-. Erzeugung mehrerer Kurzzeitreflexionen bei zweikanaliger Übertragung; die reflektierten Signale werden aus den Frimärsignalen (Ä, B) jeweils durch Verzögerungsglieder η, T₂, τ\, T₂ und nachgeschaltete Dämpfungsglieder D₁, D₂ und D\, D₂' erzeugt und in den Addierverstilrkern A bzw. A' den ursprünglichen Signalen Ä, .S zugesetzt.

Fig, 7: Erzeugung von kurzzeitverzögerten Drehmikrophonsignalen in Analogie zur Erzeugung nach F i g. 6 bei normaler Zweikanalübertragung. Die Verzögerungs- und Dämpfungsglieder entsprechen der F i g. 6 und müssen lediglich für die Übertragungsbandbreite der Drehmikrophonsignale ausgelegt sein. Außerdem muß die Verzögerungszeit mit der Rotation des Drehmikrophons (Drehmikrophonmodulator (DM)) synchronisiert sein (sy).

Fig.8: Erzeugung von Kurzzeitreflexionen von besonderer Stärke zur Hervorhebung des vom Sondermikrophon SM aufgenommenen Schalls. Die Kurzzeitreflexionen werden auch hier in analoger Weise zur F i g. 5 erzeugt und dem Signal SM zugesetzt. Die Drehmikrophonsignale werden schließlich aus dem Signal SM in den Drehmikrophonsimulatoren gebildet und den normalen Drehmikrophonsignalen W, W zugesetzt. Diese letzten beiden Signale können ihrerseits mit Kurzzeitreflexionen versehen sein.

F i g. 9: Erzeugung von Kurzzeitreflexionen auf akustischem Weg durch Reflexionslautsprecher LR.

Fig. 10a/b: Erzeugung von Kurzzeitreflexionen (Ri) bei den Seitenwänden eines Konzertsaals.

Fig. 11: Vermeidung der Im-Kopf-Lokalisation is durch zusätzliche Körperschallkomponente mittels Druck-Zug-Lautsprecher PL\IPL2. Das Druck-Zug-Signal, welches den Schädel in Längsrichtung bewegt, wird durch Addition aus den beiden Kanälen Ä, B gewonnen und einer nachfolgenden Verzögerung (τ) für einen evtl. notwendigen Laufzeitausgleich unterworfen. Die Stärke des Druck-Zug-Signals wird an den Dämpfungsgliedern D, D', die Polarität am Polschalter VP eingestellt.

Fig. 12: Vermeidung der Im-Kopf-Lokalisation durch einen einzelnen Druck-Zug-Lautsprecher PL anstelle des Lautsprecherpaares nach Fig. 11. Sonstige Baugruppen wie in F i g. 11.

Die F i g. 2 zeigt die Schallfelder bei Phantomquellenwiedergabe (F i g. 2a) und bei Wiedergabe einer realen Schallquelle (F i g. 2b). Der Grund für die unterschiedlichen Höreindrücke kann nur in den verschiedenartigen Wellenfronten liegen, die die beiden Wiedergabearten erzeugen; F i g. 2 zeigt die Linien konstanter Phase, wie sie sich am Beispiel einer relativ »langwelligen« Sinusschwingung mit Hilfe eines Rechners bestimmen lassen. Die typische und empfohlene Abhörposition für Zweikanalstereophonie im Verhältnis zur Lautsprecherbasis ist etwa durch das Kreuz markiert (F i g. 2a).

Am Ort des Zuhörers hüllen die Wellenfronten den Kopf ein, so daß die Körperschallanregung des Kopfes sicherlich anders ist als bei einer Punktschallquelle. In [10] wird dargelegt, daß die Unterscheidung, ob eine Schallquelle von vorne oder hinten einstrahlt und wie weit sie empfunden wird, von der Körperschallanregung in Längsrichtung des Kopfes abhängt und daß diese Einwirkung auf das Gehör über einen nichtlinearen Prozeß am Innenohr erfolgen muß. Indem die Körperschallanregung im Verhältnis zur Erregung der Trommelfelle abnmmt, wird die Schallquelle näher gehört. Aus dem gleichen Grund erscheint die Phantomquelle näher zu sein, weil im Aufbau nach F i g. 2a die relative Körperschallanregung sicherlich abnimmt Im Extremfall, wenn beide Lautsprecher einen Öffnungswinkel von ό = 180^c haben (Fig. 1), wird die Schallquelle bekanntlich im Kopf gehört. In diesem Fall wird der Schädel in Längsrichtung nicht mehr zu Schwingungen angeregt Es ist naheliegend anzunehmen, daß auch die Empfindung der Punktförmigkeit einer Quelle durch die Körperschallaufnahme beeinflußt wird, und zwar so, daß zunächst steigende Körperschalleinwirkung (Schädel/Gehirn/Innenohr) steigende »Punktualität« zur Folge hat In [11] werden acht verschiedene Wege, über die Körperschall ins Innenohr gelangt, beschrieben. Insbesondere gibt es zwei Wege, bei denen das Innenohr von außen her angeregt wird. Beide haben gemäß £11] den gleichen Frequenz- und Amplitudengang. Die Übertragung findet etwa bis ca. 3 kHz statt Der erste Weg (Fig.3) geht über den Schädel durchs Gehirn an das Innenohr, der zweite auf zunächst normalem Weg über das Trommelfell ins Mittelohr. Dort tritt er als Körper- ' schall in den Kopf aus und erreicht das Innenohr von außen wie beim ersten Weg.

Die Hypothese ist, daß die Körperschalleinleitung in den Schädel bei konkaven Wellenfronten (F i g. 2a) geringer ist als bei konvexen (Fig.2b) und dadurch die Quelle als weniger punktförmig empfunden wird. Infolgedessen müßte man bei Phantomanregung die Wiedergabe durch zusätzliche schwache Körperschallanregung in richtiger Phasenlage punktförmiger machen können. Die Versuche bestätigen diese Vermutung [12]. Durch zusätzliche Körperschallanregung wird die Phantomquelle punktförmiger und plastischer, ohne daß , zunächst die Entfernung verändert wird. Umgekehrt gelingt es auch, durch gegenphasigen Zusatz von Körperschall eine Einzelquelle so zn verbreitern, daß $!·? SO breit wie eine Phantomquelle zu sein scheint. Die normale Körperschallanregung läßt sich also durch negativen Körperschallzusatz abschwächen. An beiden Versuchen ist bemerkenswert, daß die Pegeleinstellung des Körperschallsenders kritisch ist. Die Wirkung setzt plötzlich ein und wird bezüglich der Punktförmigkeit nicht wesentlich verbessert, wenn der Pegel noch weiter gesteigert wird. Hingegen beobachtet man bei zu starker Air'sgung eine Klangverfärbung.

Eine mögliche Schaltung zur Verbesserung der Phantomquellenwiedergabe bei Zweikanalstereophonie zeigt F i g. 6. Die Signale der beiden Kanäle Ä, B werden \ mit Hilfe einer Eimerkettenschaltung (τ, r^ ζ. B. um ca. , 0,8 ms verzögert, gegenüber dem Hauptsignal um ca. 14 dB gedämpft und im Addierer (A)jeweils im gleichen Kanal hinzuaddiert. Darüber hinaus kann man auch nach einer weiteren Verzögerung um die gleiche Verzögerungszeit bei der gleichen Pegelhöhe von ca. —14 dB in den anderen Kanal hinzuaddieren, vgl. in Fig.6 die gestrichelten Verbindungen. Diese Zweifachverzögerung wird durch die Prinzipskizze in F i g. 3 nahegelegt, da man davon ausgehen kann, daß auch bei normalem Hören eine Kreuzkopplung des Körperschall auf beide Innenohren vorliegt Hörversuche konnten diese Erwartungen bestätigen. Selbst bei weiterer zusätzlicher Anwendung der Einfachreflexionen wird die Wiedergabe sowohl räumlich als auch zeitlich durchsichtiger.

Durch Hinzuschalten von kreuzweisen Zweifachreflexionen (F i g. 6 gestrichelte Verbindung) wird die örtliche und zeitliche Durchsichtigkeit abermals gesteigert, die Hörszene erscheint besonders bezüglich des Nachhalls geweitet Insgesamt wird nun die Wiedergabe freier. Schallquellen in der Mitte der Hörszene werden eher wahrgenommen, ihre Tiefenstaffelung ist besser zu hören und die gesamte Hörszene erscheint transparenter.

Eine weitere und wichtige Anwendung nach F i g. 6 ergibt sich bei PA-Anlagen in Sälen, bei denen wegen der Rückkopplungsgefahr der Lautsprecheranlage ihre Verstärkung nicht über ein bestimmtes Maß gesteigert werden kann und wo deshalb jede Maßnahme zur Steigerung der Sprachverständlichkeit ohne irgendeine Pegelanhebung willkommen ist

Verständlicherweise profitiert ein Wiedergabeverfahren um so mehr von der Kurzzeitreflexion, je mehr es von der Phantomquellenwiedergabe Gebrauch macht Das eidophonische Zweiebenenverfahren [9] benutzt außer zur allseitigen Richtungswiedergabe gesteuerte Phantomquellen zur Entfernungswiedergabc. Die Entfernung wird dadurch übertragen, daß zwei Drehmikrophone in einem Abstand von 03 m angeord-

net werden, deren Signale getrennten, aber konzentrisch aufgebauten Lautsprecherebenen zugeführt werden. Das Signal d-?r z. 3. mit 38 kHz rotierenden Charakteristiken umfaßt Frequenzen bis ca. 53 kHz, falls Signalfrequenzen bis ca. 15 kHz zugelassen werden. Das von einem Drehmikrophon gelieferte Ausgangssignal kann i·¹·; solches mit einem Verzögerungsglied verzögert werden, wenn der gesamte Frequenzbereich (3OHz-53 kHz) durch die Verzögerungsleitung ohne PhasenverzeiTungen übertragen wird (F i g. 7). Die Verzögerungszeit sollte als ganzzahliges Vielfaches der Umdrehungszeit, d. h. von 26,4 μ5 bei einer Rotationsfrequenz von 38 kHz — gewählt werden, wenn die Reflexion aus der gleichen Richtung wahrgenommen werden soll. Mit η = 32 ergibt sich beispielsweise eine Verzögerung r == 0,84 ms. Es ist vorteilhaft, η als ganzzahlige Potenz von 2 zu wählen, weil dann die Taktfrequenz für die Analogschieberegister (Eimerkettenschaltung) besonders einfach aus der Synchronisationsfrequenz der Drehmikrophone abgeleitet werden kann. Nach einer weiteren Nachverzögerung um r wird eine weitere Reflexion jeweils der anderen Ebene zugeleitet. Selbst, wenn die Drehmikrophone gleichsinnig rotieren und deswegen die kontraplanare Reflexion aus der gleichen Richtung kommt, erhöht sich durch diese Maßnahme die Durchsichtigkeit ungemein. Noch vorteilhafter ist es, wenn die Drehmikrophone und die Schaltermodulatoren beider Ebenen in Fig.7 gegensinnig rotieren. In diesem Fall wird nämlich die Sekundärreflexion gleichzeitig kontraplanar und kontralateral wiedergegeben, wodurch der Gesamteindruck deutlich verbessert werden kann. Die Dämpfung für beide Reflexionen wählt man wieder /wischen 15 dB und 12 dB. Sie kann allerdings in besonderen Fällen, z. B. zur Hervorhebung von Einzelinstrumenten oder zur Erzeugung von Klangeffekten geringer gewählt werden. In besonderen Fällen kann es sinnvoll sein, die Dämpfung bis auf 6 dB zu vermindern. Eine solch starke Hervorhebung wird man jedoch nur bei Drehmikrophonen, die Einzelinstrumenten zugeordnet werden, anwenden [13].

Die F i g. 8 zeigt das mögliche Schaltbild einer solchen Anlage, bei der zur Hervorhebung eines Instrumentes ein besonderes Mikrophon (SM) verwendet wird. Das mittels Drehmikrophonsimulator erzeugte Signal wird mit einem besonders starken Kurzzeitecho versehen und in die Gesamtszene einaddiert Die beiden Signale der beiden Ebenen werden nochmals mit einem »normal schwachen« Verzögerungssignal gemäß Fig.7 versehen. In diesem Fall sollten die Verzögerungszeiten des Sondermikrophons von denen des Hauptmikrophons etwas abweichen, sie sollten z. B. bei 0,6—1,2 ms liegen. Dadurch wird vermieden, daß die beiden Reflexionen sich überdecken. Zur Vereinfachung ist es jedoch auch möglich, die Verzögerungszeiten im Verhältnis 1 :2, z. B. bei 0,42 und 0,84 ms zu wählen.

Bei den bisherigen Anwendungen werden die Kurzzeitreflexionen stets mit der gleichen Polarität des Hauptsignals hinzuaddiert Zur Erzeugung besonderer Effekte (Verbreiterung von Solisten, Verwischung von Einzelinstrumenten) kann es nützlich sein, die Kurzzeitreflexionen verpolt hinzuzusetzen oder dafür zu sorgen, daß die Verpolung nur für den von hinten einfallenden Schall wirksam ist In diesem Fall ist für die Kurzzeitreflexionen ein Polwender VP vorzusehen, der synchron mit dem Drehmikrophon hin- und herschaltet

Hörversuche werden mit einer Zweiebenenanlage gemäß F i g. 7 gemacht Die Durchsichtigkeit besonders der Instrumente, die sich weit ab vom Mikrophon in halliger Umgebung befanden, stieg beträchtlich. Die Intonation von tiefen Orgelpfeifen kam weitaus besser zur Geltung. Viele Zuhörer empfanden deshalb die Tiefenwiedergabe als deutlich besser. Gleichzeitig wurde auch die bessere Brillanz im Bereich mittlerer und hoher Frequenzen bemerkt. Insgesamt wurde die Wiedergabe als natürlicher empfunden.

Kurzzeitechos lassen sich natürlich nicht nur in der beschriebenen Art elektronisch (d. h. unmittelbar hinter den Mikrophonverstärkern oder vor den Lautsprecherverstärkern) erzeugen, sondern auch akustisch durch Reflexionen bzw. durch besondere Reflexionslautsprecher (LR). Die F i g. 9 zeigt die Möglichkeiten. Am sichersten werden die Kurzzeitreflexionen durch einen oder mehrere kleine Zusatzlautsprecher (LR) erzeugt {F i g. 9a), die so plaziert sind, daß sich für die Hauptabhörrichtung eine Laufwegverzögerung von 0,1—0,3 m ergibt. Da der Reflexionspegel etwa 12 dB unter dem des Hauptlautsprechers liegen muß und die Reflexionen vorwiegend bis ca. 3 kHz abgestrahlt werden sollten, genügt es, einen oder zwei kleine Lautsprecher (LR) \m hinteren Teil des Gehäuses in den Seitenwänden zu plazieren (Fig.9a). Mit zwei Lautsprechern kann der Gesamtstrahler symmetrisch aufgebaut werden (F i g. 9b).

Der richtige Pegel kann mit Vorwiderständen eingestellt werden. Bei der Version nach Fig.9c wird die Kurzzeitreflexion durch Seitenreflektoren erzeugt. Ihre Stärke kann durch die Größe und den Absorptionsgrad des Reflektors festgelegt werden. Die Lösungen nach F i g. 9 haben den Nachteil, daß sie notwendigerweise richtungsabhängig sind. Die ist jedoch wegen der relativ unkritischen Verzögerungszeit tolerabel. Da im übrigen mehrere Kurzzeitreflexionen zugelassen werden können, darf der Zusatz sowohl im Studio als auch bei der Wiedergabe gleichzeitig erfolgen, allerdings mit möglichst unterschiedlichen Verzögerungszeiten.

Eine weitere Anwendung für die Kurzzeitrefiexionen bieten die Wände eines Konzertsaales. Es ist bekannt [14], daß Seitenreflexionen in mittelgroßen Konzertsälen wesentlich zum Eindruck der Räumlichkeit beitragen. Der Grund liegt darin, daß sich durch ein- bzw. zweiseitige Langzeitreflexionen von den Seitenwänden und evtl. auch von den Rückwänden in unmittelbarer Nähe des Zuhörers virtuelle Phantomreflexionsquellen ausbilden. Je nach Raumgröße bilden sie sich etwa 10—30 ms nach Eintreffen des Direktschalls aus. Sie werden — je nach der Geometrie des Zuhörers zu den Saalwänden und zu den Orchesterinstrumenten — in unmittelbarer Nähe um den Kopf des Zuhörers geortet.

Die Richtungen dieser Reflexionsquellen sind unterschiedlich und hängen lediglich von der Geometrie der Schallquelle und des Zuhörers zum Raum ab. Eine wichtige Bedingung für das Zustandekommen der Reflexionsquellen ist, daß die Seitenreflexionen keinen größeren zeitlichen Abstand als 10 ms haben. Schwache Kurzzeitreflexionen, die zusätzlich auf die normalen Seitenreflexionen wirken, verbessern daher — wie vorher dargelegt — die Durchsichtigkeit, ohne daß der Räumlichkeitseindruck geändert wird. Räumlichkeit und Durchsichtigkeit stehen sich nicht notwendig entgegen, vgl. hierzu auch [15].

Gemäß Fig. 10 erreicht man Kurzzeitrefiexionen durch eine Kassettierung der Wand, wobei die Tiefe der Kassettierung die zeitliche Verzögerung bestimmt und das Flächenverhältnis der Vertiefung zur Gesamtfläche das Pegelverhältnis festlegt Daraus ergibt sich, daß die Kassettierungstiefe z. B. bei 8—20 cm liegen sollte umd das Flächenverhältnis S₀ZS, = 1/50-1/15 betragen

I ⁹

'ii sollte, vgl. F ig. 10.

'Λ Eine streifenförmige Kassettierung kann entweder

,; senkrecht oder horizontal angelegt werden. Sie kann

^ auch stochastisch angeordnet sein, wobei allerdings dar-

t·; auf geachtet werden sollte, daß benachbarte Kassettie-

:i rungen keinen größeren Abstand als etwa 1 rn haben

% sollten. Eine horizontale und streifenförmige Kassettie-

k rung mit einem Streifenabstand von max. 1 m ist vorzu-

f ziehen, weil dann der vorwiegend horizontal einfallende

Η Seitenschall lange Flächen zur Erzeugung von Kurzzeit-

I reflexionen vorfindet. Aus optischen Gründen kann die

:;.·' Kassettierung u. U. mit einer schalldurchlässigen Ab-

-J₁ deckung aus Stoff oder einem Gittergeflecht versehen

j, werden. Eine geringe Durchgangsdämpfung eines sol-

• chen Abdeckmaterials kann bei der Wahl des Flächen-

j Verhältnisses berücksichtigt werden. Indem vor allem

i? die Seitenwände und evtl. auch die rückwärtige Wand

£ mit einer solchen Kassettierung versehen wird, kann die

ζ} Durchsichtigkeit eines Konzertsaals bei unveränderter

Räumlichkeit gesteigert werden.

Literatur

[I] P. Damaske, V. Meliert: Ein Verfahren zur richtungstreuen Schallabbildung des oberen Halbraums über zwei Lautsprecher, Acustica, Vol. 22, 1969/70, S. 153-162

[2] W. Kühl, R. Plantz: Kopfbezogene Stereophonie und andere Arten der Schallübertragung im Vergleich mit dem natürlichen Hören, Rundfunktechn. Mitt., Jahrg. 19,1975, H. 3, S. 120-132

[3] US Pat. 41 39 728

[4] US Pat. 40 58 675

[5] DE-AS 11 48 269

[6] USPat.28 19 348 [7] DE-PS3 60 719

[8] DE-PS 26 16 665

[9] P. Scherer: Spatial Reproduction by Eidophony, AES 62nd Convention Brussels

[10] P. Scherer: Inversionsversuch zur Vorne-Hinten-Ortung, DAGA 198?, Göttingen

[II] J. Tonndorf: Bone Conduction, Foundation of Modem Auditory Theories, Academic Press, New York, 1972, Vol. 2

[12] P. Scherer: Verbesserte Wiedergabe von Phantom-Schallquellen, 11. ICA, Paris 1983

[13] P. Scherer: Ein neues Verfahren der raumbezogenen Stereophonie mit verbesserter Übertragung der Rauminformation, Rundfunktechn. Mitt, Jahrg. 21,1977, H. 5,S. 196-204

[14] Michael F. E Barron: The Effects of Early Reflections on Subjective Acoustical Quality in Concert Halls, Diss. Universität Southampton, England 1974

[15] W.Reichardt, U.Lehmann: Sind Raumeindruck und Durchsichtigkeit des Hörerlebnisses im Konzertsaal Gegensätze? Applied Acoustics, 1976, S. 139-150

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wiedergabe von Phantomschallquellen, die gebildet werden aus zwei akustischen Hauptsignalen, die einen Zuhörer aus zwei verschiedenen Richtungen erreichen, wobei die Phantomschallquelle in einem Bereich zwischen diesen beiden Richtungen wahrgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Zusatzsignal erzeugt wird, das gegenüber den die Phantomschallquelle erzeugenden Hauptsignalen eine solche Verzögerung und Dämpfung aufweist, daß das Zusatzsignal an den Ohren des Zuhörers etwa dieselbe Schallempfindung bewirkt, die durch Körperschallleitung des Schädels beim Hören einer an der Stelle der Phantomschallquelle gedachten Punktschallquelle entstehen würde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. <laß die Verzögerung in einem Bereich von 03—1,8 Millisekunden liegt und die Dämpfung in einem Bereich zwischen 6 und 20 Dezibel, vorzugsweise etwa bei 12 bis 15 Dezibel.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei der Wiedergabe zweikanaliger stereophoner Signale über Lautsprecher oder Kopfhörer, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsignale mittels elektronischer Verzögerungsschaltungen und Dämpfungsglieder aus den stereophonen Hai'.ptsignalen gewonnen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziisatzsig-.iale jeweils aus dem Hauptsignal gewonnen und dem gleichen Hauptsignal zugesetzt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus jedem Hauptsignal neben dem ersten Zusatzsignal ein zweites Zusatzsigna] mit geringfügig größerer Verzögerungszeit gewonnen wird, das jeweils dem anderen Hauptsignal zugesetzt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei der Übertragung von Hauptsignalen, die mit einer Anordnung von zwei Drehmikrofonen in zwei Ebenen zur Erfassung der Richtung und der Entfernung einer Schallquelle gewonnen werden (Zweiebenen-Eidophonie), dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsignale mittels elektronischer Verzögerungsschaltungen und Dämpfungsglieder aus den beiden Hauptsignalen gewonnen werden, wobei die Verzögerungszeit ein festes, vorzugsweise ganzzahliges Vielfaches der Umlaufzeit der Drehmikrofone ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsignale jeweils aus dem Hauptsignal gewonnen und dem gleichen Hauptsignal zugesetzt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus jedem Hauptsignal ein zweites Zusatzsignal mit größerer Verzögerungszeit gewonnen wird, das jeweils dem anderen Hauptsignal zugesetzt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stereophonen Hauptsignale über zwei seitlich des Zuhörers angeordnete Lautsprecher abgestrahlt werden, daß aus den Hauptsignalen ein Summensignal erzeugt wird, aus dem das Zusatzsignal gewonnen wird, daß das Zusatzsignal über einen weiteren hinter dem Zuhörer angeordneten Lautsprecher abgestrahlt wird und daß Verzögerung und Dämpfung so gewählt sind, daß der Zuhörer die Phantomquelle in ausreichender Entfernung von seinem Kopf ortet

iO. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Lautsprecher vor dem Zuhörer angeordnet ist dem das invertierte Zusatzsignal zugeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsignale von Hilfslautsprechern gleicher Polung abgestrahlt werden, die räumlich bezüglich der Hauptlautsprecher so angeordnet sind, daß sich die gewünschte Verzögerung auf akustischem Weg ergibt, und daß die notwendige Dämpfung durch Vorwiderstände eingestellt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt- und Zusatzlu-itsprecher eines Kanals jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

!3. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch-gekennzeichnet, daß in jedem Gehäuse ein weiterer Zusatzlautsprecher untergebracht ist, der aus dem anderen Kanal gespeist wird und derart positioniert ist, daß er ein stärker verzögertes weiteres Zusatzsignal gleicher Polung abstrahlt

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei der Wiedergabe zweikanaliger stereophoner Signale über Lautsprecher, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsignale durch Reflektoren erzeugt werden, die derart vor den Hauptlautsprechern angeordnet und dimensioniert sind, daß sich bei üblicher Zuhörerposition die erforderliche Verzögerung und Dämpfung des Zusatzsignals ergibt

15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bei Phantomschallquellen, die durch Seitenwandreflexionen in einem Konzertsaal entstehen, dadurch gekennzeichnet daß die Zusatzsignale durch eine Kassettierung der Seitenwände erzielt werden, wobei die Verzögerungszeit durch die Tiefe der Kassettierung und die Dämpfung durch das Flächenverhältnis des vertieften und und des unvertieften Teils bestimmt ist