DE3840766C2 - Stereophone Aufnahmevorrichtung - Google Patents

Description

Stereophone Aufnahmeverfahren nach der intensi­ täts- und/oder laufzeitstereophonen Technik sind in großer Zahl bekannt, die Wiedergabe erfolgt hingegen all­ gemein nur in der Anwendung von Lautsprechern in Stereo­ basisaufstellung oder mittels Kopfhörern mit den Mängeln der raumbezogenen Stereophonie.

Unter den Aufnahmeverfahren sind das XY-Verfahren mit zwei Kardioidmikrophonen, eng nebeneinander im Winkel von etwa 135°, das MS-Verfahren unter Anwendung eines Kardioidmikrophons und eines im rechten Winkel dazu wirk­ samen Mikrophons mit achtförmiger Richtwirkung, das AB- Verfahren mit zwei Druckempfängern im Abstand von 20 bis 330 cm voneinander für den Effekt von Laufzeitunterschie­ den, das ORTF-Verfahren mit zwei Kardioiden im Abstand von etwa 17,5 cm und Ausrichtung von 100°-140°, das OSS-Verfahren nach Jecklin mit einer Trennscheibe und vor beiden Seiten angeordneten Druckempfängern und das Kunst­ kopfverfahren mit Nachbildungen des menschlichen Kopfes und der Ohren zu nennen.

Keines der bekannten Aufnahmeverfahren hat die For­ derung nach Kompatibilität von Lautsprecher- und Kopfhö­ rerwiedergabe erfüllen können, noch ist der Raumeindruck annähernd dem des natürlichen Hörens z.B. im Konzertsaal erreicht worden. Bei Lautsprecherwiedergabe bleibt das Hörereignis in der Ebene der Lautsprecher, seitlich be­ grenzt durch den Abstand der Lautsprecher voneinander oder angehoben über der Verbindungslinie der Laut­ sprecher. Die Kopfhörerwiedergabe leidet unter Im-Kopf- Lokalisation oder zumindest einem in Ohrnähe entstehenden Hörereignis. Ein künstlich angewandter Nachhall täuscht eine Räumlichkeit vor, die jedoch mit dem Hörereignis im Konzertsaal nicht vergleichbar ist.

Sowohl in der Aufnahme als auch in der Wiedergabe nach dem intensitäts- und/oder laufzeitstereophonen Verfahren mit Ausnahme der Kunstkopftechnik werden keine Ohrresonanzen unmittelbar erzeugt. Die durch die Laut­ sprecher in Stereobasisaufstellung an den Ohren des Zuhö­ rers gebildeten Resonanzen beschränken sich auf je eine Einfallsrichtung der Lautsprecher und dienen lediglich als Lokalisationsreiz der ortsbestimmenden Verarbeitungs­ stufe. Bei Lautsprecherwiedergabe im Raum werden durch die Reflexionen Ohrresonanzen aus allen Einfallsrichtun­ gen erzeugt, die jedoch nur als Nachhall empfunden wer­ den. Bei Wiedergabe mittels Kopfhörer entstehen durch ihren konstruktiven Aufbau, besonders durch die Ausrich­ tung der Membran, selbst wenn keine Reflexionen durch die Begrenzung des Kopplungsraumes und der schallharten Teile des Wandlers auftreten, nur Ohrresonanzen mit Naheffekt. In Nachbildungen von menschlichen Ohren treten Ohrreso­ nanzen hingegen aus allen Einfallsrichtungen in charakte­ ristischer Vielfalt auf.

Um die bei der Kunstkopftechnik im Prinzip bedingten Nachteile des Kunstkopfes (Platzbedarf, Störung des Blickfeldes der Zuschauer etc.) zu vermeiden, ist es bei einer Anordnung zur stereophonen Aufnahme von Schallereignissen nach der DE-OS 2 637 305 bekannt, zwei benachbarte Schallempfänger zu verwenden, von denen jeder eine frequenzabhängige Richtcharakteristik aufweist, die etwa bis 500 Hz kugelförmig ist und im darüberliegenden höheren Frequenzbereich in eine einseitige Richtcharakteristik übergeht, wobei die Einspracheöffnungen der beiden Schallempfänger einander abgewendet sind und einen Abstand von etwa 18 bis 21 cm aufweisen. Zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften können dabei an den Einspracheöffnungen der Schallempfänger Formkörper angebracht sein, die wenigstens angenähert in Form und Wirkung den menschlichen Ohrmuscheln entsprechen. Bei der Wiedergabe eines mit dieser Anordnung aufgezeichneten Schallereignisses kann aber der im vorstehenden erläuterten Forderung nach Kompatibilität von Lautsprecher- und Kopfhörerwiedergabe nicht in genügendem Maße entsprochen werden.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 3 733 494 schließlich ist eine Aufnahmeeinrichtung mit zwei im wesentlichen entgegensetzt orientierten Mikrophonen mit einer Nachbildung des menschlichen Kopfes zur stereophonen Aufnahme von Schallergebnissen beschrieben. Dabei sind die Mikrophone in den äußeren Gehörkanal der Nachbildung eingebaut, die auf die Ohrmuschelnachbildungen mit äußerem Gehörgang beschränkt ist. Die Mikrophone weisen eine einseitige Richtwirkung auf. In dem Frequenzbereich bis etwa 1500 Hz wirken sie als Richtmikrophone; in dem Frequenzbereich darüber arbeiten sie mit einer spektralen Auflösung der Außenohrübertragungsfunktion. Dabei können neben den Ohrmuschelnachbildungen mit einem elektrischen Hochpaß zwei Kardioidmikrophone mit elektrischem Tiefpaß angeordnet sein, wobei die Ausrichtung der Hochtonmikrophonpaare gegenüber den Tieftonpaaren veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stereophone Aufnahmevorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, Schallaufzeichnungen vorzunehmen, die zur naturgetreuen Wiedergabe sowohl über Lautsprecher als auch über Kopfhörer geeignet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße stereophone Aufnahmevorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Sie arbeitet mit einem ersten Mikrophonpaar, das für Intensitäts- und/oder Laufzeitstereophonie ausgelegt ist und mit einem in unmittelbarer Nähe des ersten Mikrophonpaares angeordneten zweiten Mikrophonpaar, das aus Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln besteht, die voneinander beabstandet sind und in deren Ohrkanälen jeweils ein Druckempfänger als Schallaufnehmer eingesetzt ist. Dem ersten Mikrophonpaar ist eine Tiefpaßfilterung und dem zweiten Mikrophonpaar eine Hochpaßfilterung zugeordnet, wobei für die Filterung eine Übergangsfrequenz von etwa 1500 Hz vorgesehen ist.

Während nach der akustischen Wirkungsweise der Kunstkopfstereophonie im Frequenzbereich unter etwa 1500 Hz durch die Dimension der Kopfnachbildung nur Laufzeit­ unterschiede und Druckstau mit einem Löschungsverhältnis von etwa 8 dB auftreten, ergibt die neue Aufnahmeeinrichtung das heute allgemein geforderte Löschungsverhältnis von etwa 20-30 dB.

Bei der neuen Aufnahmevorrichtung werden zusätzlich zu der im Frequenzbereich unter etwa 1500 Hz bewährten Technik der Intensitäts- und/oder Laufzeitstereophonie im Frequenzbereich über etwa 1500 Hz interaurale Resonanzen in der Horizontal- und Medianebene durch die Ohrnachbildungen wirksam. Die Ohrresonanzen sind wie am menschlichen Kopf ausgerichtet, während die Richtwirkung der bekannten Mikrophonverfahren des zweiten Mikrophonpaares hauptsächlich im Bereich unter etwa 1500 Hz durch ihre Ausrichtung entsteht oder das Verhältnis von zwei unterschiedlichen Richtcharakteristiken nach subjektiven Hörproben gewählt werden kann. Von Bedeutung ist es dabei, daß möglichst inkohärente Ohrsignale entstehen, um insbesondere bei Kopfhörerwiedergabe eine Im-Kopf-Lokalisation oder den Naheffekt an den Ohren zu vermeiden.

Die Nachbildungen der menschlichen Ohrmuscheln können entweder entsprechend der Ausrichtung am menschlichen Kopf oder in gleicher Ausrichtung nahe beieinander angeordnet sein, wobei die Anordnung auch derart getroffen sein kann, daß die Ohrmuscheln sowohl im Abstand zueinander als auch in der räumlichen Ausrichtung einstellbar sind.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die zwei Nachbildungen von menschlichen Ohrmuscheln mit Druckempfängern um ihre Längsachse verdrehbar angeordnet sind, während das durch das zweite Mikrophonpaar gebildete Stereomikrophonsystem in der jeweils gewählten Ausrichtung verbleibt.

Durch die Drehung der Ohrmuscheln rings um die Längsachse werden auditive Räumlichkeit und das Entfer­ nungshören durch den Einfluß von spezifischen Raumrefle­ xionen mit bevorzugt auftretenden Ohrresonanzen wirksam.

Der Übertragungsbereich der Amplitudenfrequenzgänge kann mittels elektrischer Tief- und Hochpaßfilter entweder analoger oder digitaler Funktion zur Optimierung des Hörereignisses, z. B. auch durch Fernsteuerung, regelbar sein.

Der Vorteil der Abstimmung mittels Filtern liegt in der Aufrechterhaltung der durch die Ohrmuschelnachbildungen gegebenen Wirkung der Ohrresonanzen, die im wesentlichen oberhalb von 1500 Hz liegen unter Beibehaltung der Richtwirkung mit einem Löschungsverhältnis bis zu 30 dB.

Die Ohrmuschelnachbildungen sind entweder der Form der menschlichen Ohrmuscheln streng nachgebildet oder nur mit den für die Ausbildung der Resonanzen wichtigen Teilen wie cavum conchae, helix und/oder anti-helix versehen.

Um außer den für das räumliche Hören wichtigen Pegeldifferenzen auch Laufzeitunterschiede zu erhalten, erweist es sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als vor­ teilhaft, wenn die beiden Nachbildungen der menschlichen Ohren mit eingebauten Mikrophonen in einem Abstand a von etwa 18 cm in Ausrichtung der Ohren am menschlichen Kopf angeordnet sind und in ihrer unmittelbaren Nähe je ein Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung im Winkel von 90° angeordnet ist. Mittels dieser Maßnahme ist in unmittel­ barer Nähe jeder Ohrnachbildung in rechtem Winkel dazu ein Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung angeordnet, womit ein Löschungsverhältnis von 30 dB bei veränderter Basisbreite erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und dienen der näheren Erläuterung. Dabei sind der Übersichtlichkeit halber nur die für die akustische Wirkungsweise wichtigen Bauteile der Mikrophone in den Fig. 1 bis 11 dargestellt.

In Fig. 1 sind zwei Ohrmuschelnachbildungen 1 und 2, die auch in an sich bekannter Weise in der genauen Aus­ bildung der Hohlräume von denen des menschlichen Außen­ ohres unter Weglassung überflüssiger Details abweichen können, nebeneinander in der Ausrichtung am menschlichen Kopf mit in der Öffnung des Gehörkanals oder am Ende des Gehörkanals eingesetzten Druckempfängern 3, 4, vorzugs­ weise elektrostatischen Wandlern, angeordnet. Zweckmäßigerweise ist unterhalb jeder Ohrmuschel ist eine Mikrophonkapsel 5, 6, vorzugsweise ebenfalls eines elektrostatischen Wandlers, jedoch mit Kardioidcharakteristik in etwa 135° Aus­ richtung in der bekannten XY-Anordnung vorgesehen.

In Fig. 2 sind zwei Ohrmuschelnachbildungen 7, 8 im Abstand a von etwa 18 cm mit Druckempfängern 9, 10 und unmittelbar unter den Ohren je ein Kardioidmikrophon 11, 12, im Winkel von 100°-140° ausgerichtet, entsprechend dem ORTF-Verfahren vorgesehen.

Fig. 3 betrifft eine Anordnung nach dem bekannten MS-Verfahren in Verbindung mit zwei Ohrmuschelnachbildun­ gen 13, 14, mit Druckempfängern 15, 16. Unter den Ohr­ muschelnachbildungen sind ein Kardioidmikrophon 17 und ein Mikrophon 18 mit achtförmiger Richtcharakteristik vorgesehen, die in an sich bekannter Weise durch elek­ trische Zusammenschaltung zur Herstellung von zwei Kardioiden in variablem Winkel dienen.

Die Fig. 4 stellt die Anwendung des MS-Verfahrens in Verbindung mit zwei Nachbildungen der Ohrmuscheln im Ab­ stand a von etwa 18 cm dar. Die Ohrmuschelnachbildungen 19, 20, sind nicht nur in Ausrichtung wie am menschlichen Kopf, sondern in diesem Fall auch in einem Abstand voneinander wie am menschlichen Kopf, angeordnet. Die Druckempfänger 21, 22 sind in die Ohrmuschelnachbildungen eingesetzt. Unter jeder Ohrmuschel sind die Kardioidmikrophone 23, 24 und unmittelbar daneben die Mikrophone mit achtförmiger Richtcharakteristik 25, 26 angeordnet, die nach dem MS- Verfahren zusammengeschaltet sind.

In Fig. 5 sind Tiefpaßfilterkurven 27, 28 der Mikrophone für den Bereich unter 1500 Hz und Hochpaßfil­ terkurven 29, 30 für die in den Ohren eingebauten Druck­ empfänger dargestellt. Die Mikrophone müssen nicht un­ tereinander angeordnet sein, sondern können auch neben­ einander liegen, wobei dafür zu sorgen ist, daß ein möglichst geringer Abstand der Schallwandler voneinander eingehalten wird.

Um im Überschneidungsbereich der Frequenzkurven keine Störungen durch Gruppenlaufzeit- und Phasenverzer­ rungen zu erhalten, sind sowohl analoge Hoch- und Tief­ paßfilter als auch die digitale Technik anwendbar.

In Fig. 6 ist eine stereophone Aufnahmeeinrich­ tung nach der Erfindung in Verbindung mit einem Gerät 33 zur Fernsteuerung vorgesehen. Die Mikrophone 31, 32 sind durch den Abstand voneinander dem ORTF- oder dem MS-Ver­ fahren mit Laufzeiteffekt angepaßt, während Fig. 7 die Ansicht eines Mikrophons nach der Erfindung, das nach dem XY- bzw. dem MS-Verfahren arbeitet, wiedergibt, wobei die Tiefpaß- und die Hochpaßfilter im Mikrophongehäuse einge­ baut sind und die Steuerorgane 34 zur Optimierung der auditiven Räumlichkeit dienen.

Die bei der stereophonischen Aufnahmeeinrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Mikrophone mit Anwendung von Nachbildungen der menschlichen Ohrmuscheln können sowohl als Hauptmikrophon als auch als Stützmikrophon eingesetzt werden. Durch die große Auswahl an akustischen Effekten, wie künstlichen Hall, regelbare Laufzeitverzö­ gerungen, Anzahl der unterschiedlichen Mikrophone, Aus­ schöpfung der subjektiven Möglichkeiten am Mischpult, ist ein weiter Bogen der Simulation des räumlichen Hörens geboten.

In Fig. 8 ist eine vom natürlichen Hörvorgang des menschlichen Kopfes abweichende Wirkungsweise darge­ stellt. Dabei wird von der praktisch in der Tierwelt geübten Methode des räumlichen Hörens ausgegangen. Durch Drehung der Ohrmuschelnachbildungen 35, 36 rings um die Längsachse werden auditive Räumlichkeit und das Entfer­ nungshören durch den Einfluß von spezifischen Raumrefle­ xionen mit bevorzugt auftretenden Ohrresonanzen wirksam. Dabei können die mit 37, 38 bezeichneten Richtmikrophone in bekannter Ausrichtung im ganzen Frequenzbereich wirk­ sam sein und die Ohrresonanzen zusätzlich nach beliebigen Ausrichtungen bisher unbekannte Effekte des räumlichen Hörens bringen.

Auch Einrichtungen mit mehr als zwei Ohrmuschelnach­ bildungen in verschiedener Ausrichtung können zusätzlich zu den bekannten Stereomikrophonverfahren zur Beeinflus­ sung der Hörereignisse in Zusammenhang mit der Korrektur der Aufnahme oder der Wiedergaberaumakustik eingesetzt werden, um Überlagerungen von Ohrresonanzen zu erzielen. Dabei kann von Nutzen sein, die Signale rechts und links unterschiedlich zu gestalten, um in Verbindung mit seit­ lichen Reflexionen des Abhörraumes unkorrelierte Ohrsig­ nale zu erzeugen. Mit Hilfe der Ohrresonanzen können aus dem Orchester bestimmte Instrumente näher herangebracht werden, da Ohrresonanzen im höheren Frequenzbereich, ohne den Lautstärkepegel zu steigern, präsent klingen.

Fig. 9 zeigt ein Stereomikrophon mit den Merkmalen der Erfindung. Zur Erläuterung ist das Mikrophon mit der rechten Ohrnachbildung ohne, das andere mit Schutzkorb 45 dargestellt. Die Nachbildung eines menschlichen Ohres 39 mit Druckempfänger 40 ist in einem Rahmen 41 elastisch gelagert. Das Kardioidmikrophon 42 ist unmittelbar unter der Ohrmuschel angeordnet. Durch Rohre 43 und 44 werden die Mikrophonkombinationen schwenkbar gelagert, um den Abstand entsprechend den Ohren am menschlichen Kopf von etwa 18 cm einstellen zu können. Ein vollständig schall­ durchlässiger Gitterkorb 45 gewährleistet den ungehinder­ ten Schalldurchtritt. Im Gehäuse 46 sind die elektrischen Bauteile für die Stereoübertragung untergebracht.

In Fig. 10 ist die monaurale Übertragungsfunktion einer Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Es ist ersichtlich, daß im Frequenzbereich unter 1500 Hz die Pegeldifferenz für die verschiedenen Schalleinfallsrich­ tungen der eines bekannten Kardioidmikrophons mit einem Löschungsverhältnis von 20 - 30 dB entspricht, während über 1500 Hz die monauralen richtungsabhängigen charakte­ ristischen Ohrresonanzen zur Wirkung kommen. Die Darstel­ lung gemäß Fig. 10 wird jedoch noch dadurch übertroffen, daß die Ohrnachbildungen außer der Horizontalebene auch die Medianebene erfassen, so daß alle Voraussetzungen für eine ohranaloge Wirkung entstehen, die sonst nur mit übergroßem Aufwand in digitaler Technik möglich ist.

Die Nachbildungen der Ohrmuscheln können auch von der genauen Formgebung der natürlichen Ohrmuscheln des Menschen abweichen. Von Bedeutung ist nur die äquivalente akustische Wirkung der cavum conchae, helix, anti-helix usw.

Fig. 11 zeigt zwei Ohrmuschelnachildungen, 51, 52 mit Mikrophonen 53, 54. Diese Anordnung verarbeitet außer Pegel- auch Laufzeitdifferenzen. Entsprechend dem Ohr­ abstand am menschlichen Kopf sind die Ohrmuscheln 51, 52 in einem Abstand a von etwa 18 cm voneinander angeordnet. Um die variablen Richtcharakteristiken in Kardioid- oder Hyperkardioidcharakteristik zu erhalten, sind in unmit­ telbarer Nähe je ein Mikrophon 55, 56 mit einseitiger Richtcharakteristik angeordnet, wobei ein Stereobasis­ winkel von 90-130° einstellbar ist.

Schließlich ist es auch noch vorteilhaft, wenn die Mikrophone durch ein Mischpult oder auch durch einen Korrelationsgradmesser fernsteuerbar sind.

Claims (8)

1. Stereophone Aufnahmeeinrichtung mit einem ersten Mikrophonpaar (5, 6; 11, 12; 17, 18; 23, 24, 25, 26; 37, 38, 42), das für Intensitäts- und/oder Laufzeitstereophonie ausgelegt ist, einem in unmittelbarer Nähe des ersten Mikrophonpaares angeordneten zweiten Mikrophonpaar, bestehend aus Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln (1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20, 35, 36), die voneinander beabstandet sind und in deren Ohrkanälen jeweils ein Druckempfänger (3, 4, 9, 10, 15, 16, 21, 22, 40) als Schallaufnehmer eingesetzt ist, einer dem ersten Mikrophonpaar zugeordneten Tiefpaßfilterung (27, 28), einer dem zweiten Mikrophonpaar zugeordneten Hochpaßfilterung (29, 30) und einer Übergangsfrequenz von etwa 1500 Hertz für die Filterung.

2. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln entsprechend der Ausrichtung am menschlichem Kopf angeordnet sind.

3. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln in gleicher Ausrichtung angeordnet sind.

4. Aufnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln nahe beieinander angeordnet sind.

5. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln sowohl im Abstand zueinander als auch in der räumlichen Ausrichtung einstellbar sind.

6. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Nachbildungen menschlicher Ohrmuscheln (35, 36) mit den Druckempfängern um ihre Längsachse verdrehbar angeordnet sind, während das erste Mikrophonpaar (37, 38) in der jeweils gewählten Ausrichtung verbleibt (Fig. 8).

7. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Nachbildungen (51, 52) menschlicher Ohrmuscheln im Abstand (a) von etwa 18 cm in Ausrichtung der Ohrmuscheln wie am menschlichen Kopf angeordnet sind, und daß in deren unmittelbarer Nähe als erstes Mikrophonpaar je ein Mikrophon (55, 56) mit einseitiger Richtwirkung im Winkel von 90° angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Mikrophonen abgegebenen Signale durch ein Mischpult aus der Ferne beeinflußbar sind.