EP1576847B1 - Audio playback system and method for playing back an audio signal - Google Patents

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EP1576847B1
EP1576847B1 EP03782222A EP03782222A EP1576847B1 EP 1576847 B1 EP1576847 B1 EP 1576847B1 EP 03782222 A EP03782222 A EP 03782222A EP 03782222 A EP03782222 A EP 03782222A EP 1576847 B1 EP1576847 B1 EP 1576847B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
audio
loudspeaker
reproduction
module
signal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03782222A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1576847A1 (en
Inventor
Frank Melchior
Thomas Röder
Michael Beckinger
Sandra Brix
Thomas Sporer
Haymo Kutschbach
Berthold Schlenker
Carsten Land
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1576847A1 publication Critical patent/EP1576847A1/en
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Publication of EP1576847B1 publication Critical patent/EP1576847B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00Stereophonic arrangements
    • H04R5/02Spatial or constructional arrangements of loudspeakers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/403Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers loud-speakers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/13Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems

Definitions

  • the present invention relates to audio playback systems and, more particularly, to audio-reproduction systems suitable for practical use for variable size rendering rooms, such as cinemas, the audio display systems being based on wave-field synthesis.
  • Wave Field Synthesis (WFS)
  • WFS Wave Field Synthesis
  • Every point that is detected by a wave is the starting point of an elementary wave that propagates in a spherical or circular manner.
  • Applied to the acoustics can be simulated by a large number of speakers, which are arranged side by side (a so-called speaker array), any shape of an incoming wavefront.
  • a so-called speaker array any shape of an incoming wavefront.
  • the audio signals of each loudspeaker must be fed with a time delay and amplitude scaling so that the radiated sound fields of the individual loudspeakers are correctly superimposed.
  • Speaker calculated separately and the resulting signals added. If the sources to be reproduced are in a room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The cost of the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the recording room and the number of speakers.
  • the advantage of this technique is in particular that a natural spatial sound impression over a large area of the playback room is possible.
  • the direction and distance of sound sources are reproduced very accurately.
  • virtual sound sources can even be positioned between the real speaker array and the listener.
  • wavefield synthesis works well for environments whose characteristics are known, irregularities occur when the texture changes, or when wave field synthesis is performed based on environmental conditions that do not match the actual nature of the environment.
  • An environmental condition can be described by the impulse response of the environment.
  • the space compensation using wavefield synthesis would be to first determine the reflection of that wall to determine when a sound signal reflected from the wall will return to the loudspeaker and what amplitude this reflected sound signal will be Has. If the reflection from this wall is undesirable, then exists with the Wave Field Synthesis the ability to eliminate the reflection from this wall by the speaker is injected to the reflection signal in phase with the corresponding amplitude in addition to the original audio signal so that the outgoing compensation wave extinguishes the reflection wave, such that the reflection from this wall in the Environment that is considered eliminated. This can be done by first computing the impulse response of the environment and determining the nature and position of the wall based on the impulse response of that environment, the wall being interpreted as a mirror source, that is, a sound source reflecting incident sound.
  • the impulse response of this environment is measured and then the compensation signal is calculated, which must be impressed on the audio signal superimposed on the speaker, there will be a cancellation of the reflection of this wall, such that a listener in this environment has the sound that this impression Wall does not exist at all.
  • Wavefield synthesis (WFS or sound field synthesis), as developed at the TU Delft in the late 1980s, represents a holographic approach to sound reproduction. The basis for this is the Kirchhoff-Helmholtz integral. This states that any sound fields can be generated within a closed volume by means of a distribution of monopole and dipole sound sources (loudspeaker arrays) on the surface of this volume. Details can be found in MM Boone, ENG Verheijen, PF v.
  • an audio signal that emits a virtual source at a virtual position is used to compute a synthesis signal for each loudspeaker of the loudspeaker array, the synthesis signals being shaped in amplitude and phase such that a wave resulting from the superposition of the individual ones the sound wave present in the loudspeaker array will correspond to the wave that would result from the virtual source at the virtual position if that virtual source at the virtual position were a real source with a real position.
  • multiple virtual sources exist at different virtual locations.
  • the computation of the synthesis signals is performed for each virtual source at each virtual location, typically resulting in one virtual source in multiple speaker synthesis signals. Seen from a loudspeaker, this loudspeaker thus receives several synthesis signals, which go back to different virtual sources. A superimposition of these sources, which is possible due to the linear superposition principle, yields then the playback signal actually sent from the speaker.
  • the final rendered and analog-to-digital converted reproduction signals for the individual loudspeakers could be provided, for example, via two-wire lines from the wave field synthesis central processing unit be transferred to the individual speakers.
  • the wave field synthesis central unit could always be made only for a special reproduction room or for a reproduction with a fixed number of loudspeakers.
  • a maximum equipped wave field synthesis central unit could be constructed, which is controllable with regard to the connectable speakers, so in terms of the number of analog signal outputs, but internally comprises arithmetic processors, which is designed for the maximum number of analog outputs, so connectable speakers.
  • Such a system would also mean that smaller-room audio playback systems would cost almost the same price as very large-format audio playback systems, which would be unacceptable to the small-playback room operators.
  • the medium to small playback rooms are interesting for providers of audio playback systems, at which point the "smallest" playback rooms should be mentioned, the z. B. domestic living room or smaller restaurants.
  • the object of the present invention is to provide an audio reproduction concept that has higher market acceptance.
  • the present invention is based on the recognition that audio playback systems that are to achieve market acceptance must be scalable.
  • the scalability must not only take place in terms of the computing power provided, but must also be reflected in the price of the audio playback system impact.
  • this means that an audio reproduction system for a large reproduction room may cost more than an audio reproduction system for a small reproduction room.
  • an audio reproduction system for a small reproduction room must cost considerably less than an audio reproduction system for a large reproduction room.
  • the audio reproduction system is divided into a central wave field synthesis module and many individual speaker modules connected to the central wave field synthesis module in a decentralized manner.
  • the central wave-field synthesis module receives an audio signal having a plurality of audio tracks and calculates, on the one hand, the synthesis signals and, on the other hand, the channel information for the channels from the virtual positions to the real speaker positions.
  • the central wave-field synthesis module is further configured to supply to each loudspeaker one or more synthesis signals to be reproduced by the affected loudspeaker and channel information for the audio channels from the virtual positions of the virtual sources from which the one or more synthesis signals originate to the affected one To deliver speakers.
  • a considerable data rate transmission restriction can already be achieved, since experience shows that the case occurs very seldom that each loudspeaker receives synthesis signals whose Energy content is greater than a certain threshold.
  • the central wavefield synthesis module according to the invention thus already has the option of supplying only a decentralized loudspeaker module with the synthesis signals and furthermore only the channel information for the synthesis signals, which are significant for the individual loudspeaker.
  • the loudspeaker modules according to the invention are designed to be decentralized and directly coupled to the loudspeaker or preferably arranged in spatial proximity to the loudspeaker.
  • Each speaker module includes a receiver for receiving the one or more synthesis signals for the affected speaker and the channel information associated with the synthesis signals. Further, each speaker module includes a rendering device for calculating a reproduction signal for the speaker using the synthesis signals and the channel information for the supplied synthesis signals.
  • each loudspeaker module also comprises a signal processing device possibly having a digital amplifier, a further digital signal processing device and finally a digital-to-analogue converter for generating an analogue loudspeaker signal to be supplied to the relevant loudspeaker on the basis of the playback signal.
  • a plurality of transmission links are provided, wherein a transmission path extends from the central wave field synthesis module to the individual loudspeaker.
  • rendering which adds significantly to the cost of the required circuit hardware such as DSP or hardwired circuitry, especially when considering the multiplier provided for each individual loudspeaker.
  • the rendering device uses channel impulse responses as channel information and thus performs computationally intensive convolution that is either directly executable in the time domain, or performed in the frequency domain, requiring frequency domain transforms and frequency domain transformations together with the actual multiplication operation in the frequency domain lead to a considerable effort.
  • a rendering unit must render not only a single synthesis signal, but always a large number of synthesis signals that normally correspond to the number of virtual sources.
  • the concept according to the invention results in decentralized operations being shifted out of the central wave-field synthesis module into the decentralized loudspeaker modules in such a way that in the best case only the operations in the central wavefronts synthesis module are carried out, which are equally important for all loudspeakers, during all operations which only cover one loudspeaker, or several loudspeakers connected to a loudspeaker module, can also be executed decentrally in the loudspeaker module.
  • the cost of the central wave synthesis module can be significantly reduced, but at the expense of the speaker modules, whose price is now no longer negligible, due to the operation of the audio rendering, which is mainly carried out in the loudspeaker modules.
  • the audio playback system according to the invention is now scalable in terms of both performance and price. It offers the possibility of offering a central wave field synthesis module for a large number of reproduction rooms at a reduced price, such that the cost of the overall system, which results from the cost of the central unit and the distributed loudspeaker modules, now strongly correlates with the number of loudspeakers established and thus the size of the playback room.
  • an operator of a large rendering room will still have to pay a certain price for a rendering system for his large rendering room.
  • an operator of a smaller playback room will be able to purchase an audio playback system at a significantly lower price because the number of speakers, and thus the number of expensive and expensive speaker modules, is significantly reduced compared to the large display room.
  • the audio playback system according to the invention thus makes it possible to offer audio reproduction systems for smaller reproduction rooms at considerably reduced prices compared to large reproduction rooms, so that due to the reduced price in the highly competitive market of audio / video components market acceptance is hoped for.
  • the central wave field synthesis unit is designed to be able to process cinematographic films recorded in the conventional audio format for motion picture films, conventional recording formats being, for example, the 5.1 surround format or 7.1.format or 10.2 format.
  • conventional recording formats being, for example, the 5.1 surround format or 7.1.format or 10.2 format.
  • Such a movie includes the example of the 5.1 format six audio tracks, ie audio tracks for the channel "left behind”, “right back”, “front left”, “front right” and “front center”, and the bass channel (subwoofer channel ).
  • a reproduction of such a conventional audio film in the audio playback system according to the invention can be achieved by the Audio tracks are placed as virtual sources at virtual positions, which can be selected as desired by the Tonmeister or the operator of the playback room.
  • the ability of compatible playback for a scalable-price audio playback system therefore provides a contribution that audio playback systems based on wave-field synthesis are already propagating at a time when there are still few cinema / video films with fully wave-field synthesis-ready audio tracks along with the appropriate ones Meta information about the recording setting available.
  • the audio playback system according to the invention is divided, as shown in Fig. 1, basically in two parts.
  • One part is the central wave field synthesis module 10.
  • the other part is composed of individual speaker modules 12a, 12b, 12c, 12d, 12e which are connected to actual physical speakers 14a, 14b, 14c, 14d, 14e as shown in FIG. 1 is shown.
  • the number of speakers 14a-14e in typical applications is in the range above 50 and typically even well above 100. If each loudspeaker is assigned its own loudspeaker module, the corresponding number of loudspeaker modules is also required. Depending on the application, however, it is preferred to address a small group of adjacent loudspeakers from a loudspeaker module.
  • a loudspeaker module connected to four loudspeakers feeds the four loudspeakers with the same playback signal, or whether corresponding different synthesis signals are calculated for the four loudspeakers, so that such a loudspeaker module is actually off consists of several individual speaker modules, but which are physically combined in one unit.
  • each transmission link 16a-16e being coupled to the central wave field synthesis module and to a separate loudspeaker module.
  • a serial transmission format that provides a high data rate, such as a so-called Firewire transmission format or a USB data format. Data transfer rates in excess of 100 megabits per second are advantageous.
  • the data stream which is transmitted from the wave field synthesis module 10 to a loudspeaker module is thus correspondingly formatted according to the selected data format in the wave field synthesis module and provided with synchronization information which is provided in conventional serial data formats.
  • This synchronization information is extracted from the data stream by the individual loudspeaker modules and used to resample the individual loudspeaker modules with respect to their reproduction, ie ultimately to the digital-to-analogue conversion for obtaining the analogue loudspeaker signal and the sampling provided for this purpose. to synchronize.
  • the central wave-field synthesis module operate as a master, and that all loudspeaker modules operate as clients, with the individual data streams over the various links 16a-16e all receiving the same synchronization information from the central module 10.
  • This ensures that all the loudspeaker modules operate synchronously, synchronized by the master 10, which is important to the present audio playback system so as not to suffer any loss of audio quality, so that the synthesized signals computed by the wavefronts synthesis module are not delayed in time from the individual loudspeakers corresponding audio rendering are emitted.
  • An advantage of this concept is that the individual speaker modules do not have to be synchronized with each other. They are automatically synchronized with each other as they all run in sync with the master.
  • a connection of the individual loudspeaker modules with each other will be unfavorable for the present invention, since the modular concept of scalability with the speaker modules in terms of the playback room size requires a simple addition of modules, without corresponding wiring must be achieved under the modules.
  • the central wave-field synthesis module first comprises an input device 20, which is basically designed to receive an audio signal at an input, the audio signal having a plurality of audio tracks, each audio track being assigned an audio source position.
  • the audio source position is an indication of the position of a loudspeaker with respect to a listener in the playback room according to a standardized audio format, such. B. 5.1 to achieve a compatible playback.
  • the audio signal may have a larger number of audio tracks already present as wave-field synthesis-capable signals and representing audio sources in a real recording position which are mapped to the audio signal reproduction as virtual sources in the playback room using wave-field synthesis.
  • the input device 20 is further used in a preferred embodiment of the present invention as a main control unit, which advantageously has further functionalities. In particular, it has the functionality of a decoding module, as is commonly used in cinemas. Alternatively or additionally, the input device 20 is also designed as a DVD decoder, which supplies the separate audio channels or audio tracks.
  • the display device 20 is also embodied as an MPEG-4 decoding module which already supplies audio tracks 21 intended for wave field synthesis and corresponding audio source information 22.
  • the audio tracks 21 respectively relate to audio signals of audio objects in a recording setting, to the position of the audio objects in the recording setting, to properties of audio objects, in particular with respect to the size of the audio object or the density with respect to the acoustic properties of the audio object ,
  • the information about the recording room or the recording environment should serve to give the listener not only a visual but also an audio joser impression of the recording situation. So the visitor should also remember the reproduced sound, whether a recording scene of a movie in the open air, for example, plays or z.
  • a small room such as a submarine.
  • an outdoor recording scenario provides relatively "dry" audio as the recording environment shows little or no reflection, this situation in a submarine, for example, will be completely different.
  • the recording setting is represented by a very reflective room or a very reflective audio environment.
  • the audio tracks it is preferred to record the audio tracks as dry as possible, ie without the room acoustics in the recording room and to describe the room acoustics with regard to their properties by additional meta information, as they can be transmitted in the standardized data stream according to the MPEG 4 standard.
  • the central wave field synthesis module further comprises means 24 for determining channel information, on the one hand, and wave field synthesis signals, on the other hand, for the individual loudspeakers.
  • a device 25 is also provided for converting the audio source positions 22 into virtual positions for the wave field synthesis.
  • the means 24 is arranged to determine audio channel information for each audio channel from a virtual position to a speaker position, the virtual position depending on the audio source position associated with the audio track (means 25), so that for each channel of each virtual channel to each speaker, audio channel information is present. Further, the device 24 is configured to compute synthesis signals from the virtual locations for the speakers using the principles of wave field synthesis as illustrated and known above.
  • the central wave-field synthesis module in Fig. 2 further comprises means 26 for providing synthesis signals to one or more speakers.
  • the device 26 is further configured to transmit channel information for the transmitted synthesis information from the central wave-field synthesis module via the corresponding transmission links to the individual loudspeaker modules, so that an audio rendering can take place there.
  • the means 26 is arranged to filter out non-significant synthesis signals and thus to transmit neither the non-significant synthesis signals nor the associated channel information in order to save data transmission capacities.
  • a virtual source leads to significant synthesis signals only for some speakers, while for all other speakers in the speaker array, although synthesis signals can be calculated due to the theory of wave field synthesis, but z. B. in terms of their performance in a given period of time are relatively small and can therefore be neglected in view of a reduced amount of data transmission.
  • the device 24 includes functionality to be used to pre-process the audio signals.
  • the device 24 controls the individual loudspeaker modules in particular to the effect that it brings synchronization information either directly or in connection with the device 26 in the data streams transmitted to the individual loudspeaker modules and thus achieves a central synchronization of all loudspeaker modules to the central wave field synthesis module.
  • the central wave-field synthesis module is designed to perform all processing operations that are the same for all reproduction channels, while according to the inventive concept the processing operations are performed decentralized, which are different for the individual loudspeakers or the individual reproduction channels.
  • the device 24 is further configured to simulate wave field synthesis information for stereo signals, 5.1 signals, 7.2 signals, 10.2 signals, etc. with a view to a compatible reproduction.
  • the standard positions of loudspeakers with respect to a reproduction space for the standardized audio format are used as audio source positions.
  • FIG. 5 shows a playback room 50, a speaker array 52 extending around the playback room, and a plurality of virtual sources 53a-53e positioned at virtual positions, as seen in FIG Playroom 50 are located.
  • the device 24 is designed in conjunction with the device 25 of FIG. 1 in order to calculate virtual positions from the audio source information, ie the standard position information for such a 5.1 signal, for example, which are manually controllable.
  • the virtual positions z. B. to infinity, so that the speaker array 52 sonicates the playback room 50 with even waves.
  • the so-called sweet spot that is, the area in a reproduction room in which an optimal sound impression is obtained, is considerably increased as compared with a conventional situation where real 5.7 speakers are placed in the reproduction room.
  • the virtual sources may also be placed at finite virtual positions and modeled as point sources, this option having the advantage that the sound impression is more pleasing to the cinema viewer / listener.
  • Level waves have the property that the listener has the impression that he sits in a very large room, which in particular leads to an unpleasant sensory perception when, for example, a submarine scene is taking place on the screen.
  • usual movies with example 5.1 audio tracks no information about acoustic Include recording settings. Therefore, in such a case, it is preferable to find a compromise between the plane waves, that is, the infinite position virtual sources or the virtual sources at a finite position.
  • the audio playback system also provides the possibility of varying the virtual positions of the virtual loudspeakers 53a-53e depending on the scene of the movie. If, for example, an outdoor scene takes place, the speakers can be positioned at infinity. Conversely, if a scene takes place in a small room, the speakers can be positioned closer to the playback room 50.
  • the input device 20 is configured to sample the audio tracks associated with the video signal to sample a certain time "delay" from the video signals, such that after processing in the wave field synthesis module in the individual loudspeaker modules, the sound belonging at a time is sampled simultaneously with the video signal belonging at a time.
  • the negative "delay" must at least be such that in the audio playback system according to the invention sound and image are radiated to each other. If the negative delay is dimensioned somewhat larger, the signals can already be completely calculated and output from the loudspeaker modules to the loudspeakers, for example, by means of a corresponding synchronization signal which ensures synchronicity of image and sound.
  • Information about the playback room can either be determined on the basis of the geometric nature of the playback room, or measured in the playback room using the speakers and special microphone arrays, wherein an activation and evaluation thereof can take place via an adaptation module 28 for the playback room.
  • the acoustic properties of the playback room significantly different from those when there are no people in the playback room.
  • the reproduction room adaptation module 28 further comprises a microphone array which can be used to measure the characteristics of the reproduction. Further, the playback room adaptation module 28 includes algorithms for finding the location of speaker arrays in the reproduction room. Furthermore, a preprocessing of measurement results is carried out here in order to carry out an optimal inversion of the room and loudspeaker characteristics, wherein the adaptation module 28 is preferably controlled by the device 24 for this purpose.
  • the adaptation module 28 for the reproduction room is needed only for system construction. However, if a continuous adaptation to a changed situation in the reproduction room is desired, the adaptation module 28 can also be used continuously during operation.
  • the additional WFS information that is, the characteristics of, for example, the audio objects and the characteristics of the recording space are extracted from the input audio signal and via a WFS information line 29 of the device 24, so that this information can be taken into account in the channel information calculation.
  • the central WFS module is further configured to perform pre-processing of the WFS-processed audio signals.
  • the device 24 and / or the device 26 is intended to achieve the synchronization between image and sound, for which purpose, as has been explained, time codes are introduced in the preferably serial data streams to the individual loudspeaker modules.
  • the channel information calculator 24 is also responsible for driving the adaptation module 28 to control the measurement of the acoustic characteristics of the reproduction space, if desired, either before playback or during playback.
  • the multiplexer / transmitter stage 26 is designed to insert synchronization information generated either by the device 24, by the control device 20 or in the device 26 itself into the data streams to the loudspeaker modules, which are further provided for the individual speakers required synthesis signals and necessary channel information to be supplied.
  • channel information computation means 24 and the synthesis signal computation means 24 must further be provided with the speaker locations in the special playback room to compute the individual synthesis signals and the individual channel information for the individual speakers. This is shown symbolically in FIG. 2 by a line 30.
  • the speaker module first includes a receiver / decoder block 31 for receiving the data stream from the selection device and for extracting from the same synthesis signal 31a, associated channel information 31b and synchronization information 31c.
  • the loudspeaker module shown in Fig. 3 further comprises as a central unit an audio rendering device 32 for calculating a reproduction signal for the loudspeaker using the one or more synthesis signals and using the channel information associated with the synthesis signals.
  • a loudspeaker module comprises a signal processing device 33 with a digital / analogue converter for generating an analogue loudspeaker signal, which is supplied to the relevant loudspeaker LSi 34 in order to generate a sound signal.
  • the signal processing device 33 and in particular the resampler, which cooperates with the digital / analog converter, is supplied via the synchronization information (31c) extracted from the data stream by the receiver 31 in order synchronously with the central wave field synthesis module and thus synchronously with all other loudspeaker modules that of the device 24 of Fig. 1 calculated on the Superimposed loudspeakers superimposed and acted upon with channel information synthesis signals.
  • the loudspeaker module shown in FIG. 3 is thus characterized by the combination of a digital receiver, a further signal processing device and a digital-analog converter, wherein in the signal processing device 33 in particular a digital amplifier can also be provided.
  • the signal may be amplified even after the digital-to-analog conversion, although the digital gain is preferred because of the more accurate possibility of synchronization.
  • the respective lines of all the loudspeakers have the same length or have differences in length which are within a predetermined tolerance because the synchronization is preferably on digital side is performed so that at very different line lengths between the speaker modules and the speaker desynchronization could occur, the already audible artifacts or a loss of sound impression, which should be created by the wave field synthesis, could result.
  • channel impulse responses in the time domain or in the frequency domain are transmitted as channel information.
  • the audio rendering device 32 is designed to perform a convolution of the individual synthesis signals with the channel information associated with the synthesis signals. This convolution can actually be implemented in the time domain as convolution, or can be implemented as needed in the time domain Frequency domain by multiplying the analysis signal in the frequency domain with the channel transfer function are performed.
  • An optimized with regard to the processing effort embodiment is shown in Fig. 4.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of the audio rendering device 32 and comprises for each synthesis signal s ji (t) a time-frequency conversion block 34a, 34b, 34c, and for each branch a multiplier 35a, 35b, 35c for multiplying the transform of one Synthesis signal with the transform of a channel impulse response H ji (f), a summer 36 and a final frequency-time conversion means 37, which are connected in such a way as shown in Fig. 4.
  • the time-frequency transformation of the synthesis signals S ji can be carried out completely in parallel, or, if sufficient time is available, also serial / parallel or completely serial.
  • the preferred audio rendering device 32 shown in Figure 4 is characterized by having only a single frequency-to-time translator 37, regardless of the number of synthesis signals applied to a loudspeaker module.
  • which is preferably implemented as inverse FFT, in which case the devices 34a, 34b, 34c are implemented as FFT (fast Fourier transform).
  • the audio rendering device 32 shown in FIG. 3 is further configured to receive special program information from the central wave field synthesis module shown in FIG. 2.
  • the multiplexer / transmitter stage 26 includes a dedicated output to provide the program information to the speaker modules.
  • the program information can also be multiplexed into the data stream with synthesis signals and channel information, although this is not absolutely necessary.
  • the following is an example of transmitting program information to a speaker module. If the channel information is described as channel impulse responses and transmitted to the individual loudspeaker modules, it is preferred not to transmit the entire impulse response in terms of data rate saving, but only impulse response samples located in a forward portion of the impulse response whose envelope is still an amount above a threshold. At this point it should be noted that impulse responses typically have large values at small times and gradually take on smaller values and finally have a so-called "reverberation tail", which is important for the sound impression but whose samples are no longer particularly large, and whose special phase relationships are no longer strongly perceived by the ear.
  • Reverberation tail samples needed by the audio rendering device 32 are then generated according to the invention by the audio rendering device generating a random sequence of zeros and ones whose amplitude is weighted with the transmitted envelope values for the envelope , For further data reduction, it is preferred to transmit only a few support values and to interpolate between the support values, and then use the interpolated envelope to weight the random 0/1 sequence.
  • the random 0/1 sequence is preferably realized by positive voltage values for a "1" and negative voltage values for a "0".
  • the information that the audio rendering device receives channel information that is up to a certain value actual samples and then only support values for the envelope is transmitted via the program information input shown in Fig. 3, or is fixed agreed.
  • the wave-field synthesis module of the present invention further includes a WFS mixing console, not shown in FIG. 2, which includes an authoring system to generate WFS sound descriptions.
  • synthesis signals s 2i, s 2i and s 3i are the signals which the loudspeaker 63 must emit and which go back to the respective virtual positions 60, 61, 62. It will thus be seen that, as has been stated, each speaker will emit the superposition of multiple synthesis signals.
  • a channel j i may be described by an impulse response, a transfer function, or any other channel information, as illustrated with reference to FIG.
  • all the desired properties can be packaged in order then to apply the channel information for the corresponding channel assigned to a synthesis signal to the synthesis signals, which are calculated by the wave field synthesis module.
  • the channel information is in the form of an impulse response describing the channel, then the imposition is a convolution. If the signals are present in the frequency domain, the application is multiplied.
  • Alternative channel information may also be used depending on the embodiment.
  • a channel 70 from a virtual source 71 to a real loudspeaker 72 can be influenced.
  • the virtual position of the virtual source 71 enters into the channel information, that is to say, for example, the channel impulse response.
  • properties of the virtual source are included, such as: B. size, density, etc. So z.
  • a small triangle must be described and modeled differently than a large timpani.
  • the characteristics of the accommodating space enter into the channel transfer function.
  • Further influencing components are a system distortion of the entire audio reproduction system in which, for example, loudspeaker distortions or non-idealities of the loudspeakers are contained.
  • Information about the reproduction space is also input to the channel information in order to achieve a compensation of the acoustic properties of the reproduction space. For example, if it is known from the playback room that it has a wall facing the front of a loudspeaker, which reflects, but whose reflection is to be suppressed, then the corresponding loudspeaker becomes submerged Considering this information is controlled so that it contains a signal which is 180 degrees out of phase with the reflected signal and has a corresponding amplitude, so that an extinguishing reflection occurs and the wall is acoustically transparent, ie no longer for a listener due to the reflections is identifiable.
  • the channel information may also be used to set a particular target playback acoustics.
  • the inventive method for reproducing an audio signal can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is executed.
  • the invention thus also consists in a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

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Abstract

An audio playback system is divided into a central wavefield synthesis module (10) and a multitude of decentrally arranged loudspeaker modules (12a-12e). Synthesis signals for the individual loudspeakers and corresponding items of channel information, which are assigned to the synthesis signals, are calculated in the central wavefield synthesis module. The synthesis signals for a loudspeaker together with associated items of channel information are then transmitted to corresponding loudspeaker modules via a transmission link (16a-16e). Each loudspeaker module receives the synthesis signals and associated items of channel information that are intended for the loudspeaker assigned to the loudspeaker module. A decentralized audio rendering and digital-to-analog conversion takes place inside the loudspeaker modules in order to decentrally generate the actual analog loudspeaker signals in spatial proximity to each loudspeaker. The division into a central wavefield synthesis module and a multitude of decentralized loudspeaker modules enables the production of audio playback systems that can be scaled with regard to price in order to offer different size systems, which can be scaled in terms of price, for, in particular, cinema playback spaces that vary greatly in size.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Audiowiedergabesysteme und insbesondere auf für die Praxis geeignete Audiowiedergabesysteme für Wiedergaberäume variabler Größe, wie beispielsweise Kinos, wobei die Audiowiedergabesysteme auf der Wellenfeldsynthese basieren.The present invention relates to audio playback systems and, more particularly, to audio-reproduction systems suitable for practical use for variable size rendering rooms, such as cinemas, the audio display systems being based on wave-field synthesis.

Es besteht ein steigender Bedarf an neuen Technologien und innovativen Produkten im Bereich der Unterhaltungselektronik. Dabei ist es eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg neuer multimedialer Systeme, optimale Funktionalitäten bzw. Fähigkeiten anzubieten. Erreicht wird das durch den Einsatz digitaler Technologien und insbesondere der Computertechnik. Beispiele hierfür sind die Applikationen, die einen verbesserten realitätsnahen audiovisuellen Eindruck bieten. Bei bisherigen Audiosystemen liegt ein wesentlicher Schwachpunkt in der Qualität der räumlichen Schallwiedergabe von natürlichen, aber auch von virtuellen Umgebungen.There is an increasing demand for new technologies and innovative products in the field of consumer electronics. It is an important prerequisite for the success of new multimedia systems to offer optimal functionalities and capabilities. This is achieved through the use of digital technologies and especially computer technology. Examples of these are the applications that offer an improved, realistic audiovisual impression. In previous audio systems, a significant weakness lies in the quality of the spatial sound reproduction of natural, but also of virtual environments.

Verfahren zur mehrkanaligen Lautsprecherwiedergabe von Audiosignalen sind seit vielen Jahren bekannt und standardisiert. Alle üblichen Techniken besitzen den Nachteil, daß sowohl der Aufstellungsort der Lautsprecher als auch die Position des Hörers dem Übertragungsformat bereits eingeprägt sind. Bei falscher Anordnung der Lautsprecher im Bezug auf den Hörer leidet die Audioqualität deutlich. Ein optimaler Klang ist nur in einem kleinen Bereich des Wiedergaberaums, dem so genannten Sweet Spot, möglich.Methods for multi-channel speaker reproduction of audio signals have been known and standardized for many years. All conventional techniques have the disadvantage that both the location of the speakers and the position of the listener are already impressed on the transmission format. If the speakers are arranged incorrectly with respect to the listener, the audio quality suffers significantly. An optimal sound is only possible in a small area of the playback room, the so-called sweet spot.

Ein besserer natürlicher Raumeindruck sowie eine stärkere Einhüllung bei der Audiowiedergabe kann mit Hilfe einer neuen Technologie erreicht werden. Die Grundlagen dieser Technologie, die so genannte Wellenfeldsynthese (WFS; WFS = Wave-Field Synthesis), wurden an der TU Delft erforscht und erstmals in den späten 80er-Jahren vorgestellt (Berkhout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic control by Wavefield Synthesis. JASA 93, 1993).A better natural spatial impression as well as a stronger envelope in the audio reproduction can be achieved with the help of a new technology. The basics of this technology, Wave Field Synthesis (WFS), were researched at the TU Delft and first introduced in the late 1980s (Berkhout, AJ, de Vries, D .; Vogel, P.). : Acoustic Control by Wavefield Synthesis JASA 93, 1993).

Infolge der enormen Anforderungen dieser Methode an Rechnerleistung und Übertragungsraten wurde die Wellenfeldsynthese bis jetzt nur selten in der Praxis angewendet. Erst die Fortschritte in den Bereichen der Mikroprozessortechnik und der Audiocodierung gestatten heute den Einsatz dieser Technologie in konkreten Anwendungen. Erste Produkte im professionellen Bereich werden nächstes Jahr erwartet. In wenigen Jahren sollen auch erste Wellenfeldsynthese-Anwendungen für den Konsumerbereich auf den Markt kommen.Due to the enormous demands of this method on computer performance and transmission rates, wave field synthesis has rarely been used in practice. Only the advances in the areas of microprocessor technology and audio coding allow today the use of this technology in concrete applications. The first professional products are expected next year. In a few years, the first wave field synthesis applications for the consumer sector will be launched.

Die Grundidee von WFS basiert auf der Anwendung des Huygens'schen Prinzips der Wellentheorie:The basic idea of WFS is based on the application of Huygens' principle of wave theory:

Jeder Punkt, der von einer Welle erfaßt wird, ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle, die sich kugelförmig bzw. kreisförmig ausbreitet.Every point that is detected by a wave is the starting point of an elementary wave that propagates in a spherical or circular manner.

Angewandt auf die Akustik kann durch eine große Anzahl von Lautsprechern, die nebeneinander angeordnet sind (einem so genannten Lautsprecherarray), jede beliebige Form einer einlaufenden Wellenfront nachgebildet werden. Im einfachsten Fall, einer einzelnen wiederzugebenden Punktquelle und einer linearen Anordnung der Lautsprecher, müssen die Audiosignale eines jeden Lautsprechers mit einer Zeitverzögerung und Amplitudenskalierung so gespeist werden, daß sich die abgestrahlten Klangfelder der einzelnen Lautsprecher richtig überlagern. Bei mehreren Schallquellen wird für jede Quelle der Beitrag zu jedem Lautsprecher getrennt berechnet und die resultierenden Signale addiert. Befinden sich die wiederzugebenden Quellen in einem Raum mit reflektierenden Wänden, dann müssen auch Reflexionen als zusätzliche Quellen über das Lautsprecherarray wiedergegeben werden. Der Aufwand bei der Berechnung hängt daher stark von der Anzahl der Schallquellen, den Reflexionseigenschaften des Aufnahmeraums und der Anzahl der Lautsprecher ab.Applied to the acoustics can be simulated by a large number of speakers, which are arranged side by side (a so-called speaker array), any shape of an incoming wavefront. In the simplest case, a single point source to be reproduced and a linear arrangement of the speakers, the audio signals of each loudspeaker must be fed with a time delay and amplitude scaling so that the radiated sound fields of the individual loudspeakers are correctly superimposed. With multiple sound sources, the contribution to each source is made Speaker calculated separately and the resulting signals added. If the sources to be reproduced are in a room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The cost of the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the recording room and the number of speakers.

Der Vorteil dieser Technik liegt im Besonderen darin, daß ein natürlicher räumlicher Klangeindruck über einen großen Bereich des Wiedergaberaums möglich ist. Im Gegensatz zu den bekannten Techniken werden Richtung und Entfernung von Schallquellen sehr exakt wiedergegeben. In beschränktem Maße können virtuelle Schallquellen sogar zwischen dem realen Lautsprecherarray und dem Hörer positioniert werden.The advantage of this technique is in particular that a natural spatial sound impression over a large area of the playback room is possible. In contrast to the known techniques, the direction and distance of sound sources are reproduced very accurately. To a limited extent, virtual sound sources can even be positioned between the real speaker array and the listener.

Obgleich die Wellenfeldsynthese für Umgebungen gut funktioniert, deren Beschaffenheiten bekannt sind, treten doch Unregelmäßigkeiten auf, wenn sich die Beschaffenheit ändert bzw. wenn die Wellenfeldsynthese auf der Basis einer Umgebungsbeschaffenheit ausgeführt wird, die nicht mit der tatsächlichen Beschaffenheit der Umgebung übereinstimmt.Although wavefield synthesis works well for environments whose characteristics are known, irregularities occur when the texture changes, or when wave field synthesis is performed based on environmental conditions that do not match the actual nature of the environment.

Eine Umgebungsbeschaffenheit kann durch die Impulsantwort der Umgebung beschrieben werden.An environmental condition can be described by the impulse response of the environment.

Dies wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher dargelegt. Es wird davon ausgegangen, daß ein Lautsprecher ein Schallsignal gegen eine Wand aussendet, deren Reflexion unerwünscht ist. Für dieses einfache Beispiel würde die Raumkompensation unter Verwendung der Wellenfeldsynthese darin bestehen, daß zunächst die Reflexion dieser Wand bestimmt wird, um zu ermitteln, wann ein Schallsignal, das von der Wand reflektiert worden ist, wieder beim Lautsprecher ankommt, und welche Amplitude dieses reflektierte Schallsignal hat. Wenn die Reflexion von dieser Wand unerwünscht ist, so besteht mit der Wellenfeldsynthese die Möglichkeit, die Reflexion von dieser Wand zu eliminieren, indem dem Lautsprecher ein zu dem Reflexionssignal gegenphasiges Signal mit entsprechender Amplitude zusätzlich zum ursprünglichen Audiosignal eingeprägt wird, so daß die hinlaufende Kompensationswelle die Reflexionswelle auslöscht, derart, daß die Reflexion von dieser Wand in der Umgebung, die betrachtet wird, eliminiert ist. Dies kann dadurch geschehen, daß zunächst die Impulsantwort der Umgebung berechnet wird und auf der Basis der Impulsantwort dieser Umgebung die Beschaffenheit und Position der Wand bestimmt wird, wobei die Wand als Spiegelquelle interpretiert wird, also als Schallquelle, die einen einfallenden Schall reflektiert.This will be explained in more detail with reference to the following example. It is assumed that a loudspeaker emits a sound signal against a wall whose reflection is undesirable. For this simple example, the space compensation using wavefield synthesis would be to first determine the reflection of that wall to determine when a sound signal reflected from the wall will return to the loudspeaker and what amplitude this reflected sound signal will be Has. If the reflection from this wall is undesirable, then exists with the Wave Field Synthesis the ability to eliminate the reflection from this wall by the speaker is injected to the reflection signal in phase with the corresponding amplitude in addition to the original audio signal so that the outgoing compensation wave extinguishes the reflection wave, such that the reflection from this wall in the Environment that is considered eliminated. This can be done by first computing the impulse response of the environment and determining the nature and position of the wall based on the impulse response of that environment, the wall being interpreted as a mirror source, that is, a sound source reflecting incident sound.

Wird zunächst die Impulsantwort dieser Umgebung gemessen und wird dann das Kompensationssignal berechnet, das dem Audiosignal überlagert dem Lautsprecher eingeprägt werden muß, so wird eine Aufhebung der Reflexion von dieser Wand stattfinden, derart, daß ein Hörer in dieser Umgebung schallmäßig den Eindruck hat, daß diese Wand überhaupt nicht existiert.First, the impulse response of this environment is measured and then the compensation signal is calculated, which must be impressed on the audio signal superimposed on the speaker, there will be a cancellation of the reflection of this wall, such that a listener in this environment has the sound that this impression Wall does not exist at all.

Entscheidend für eine optimale Kompensation der reflektierten Welle ist jedoch, daß die Impulsantwort des Raums genau bestimmt wird, damit keine Über- oder Unterkompensation auftritt.Decisive for an optimal compensation of the reflected wave, however, is that the impulse response of the room is accurately determined, so that no overcompensation or undercompensation occurs.

Die Wellenfeldsynthese ermöglicht somit eine korrekte Abbildung von virtuellen Schallquellen über einen großen Wiedergabebereich. Gleichzeitig bietet sie dem Tonmeister und Toningenieur neues technisches und kreatives Potential bei der Erstellung auch komplexer Klanglandschaften. Die Wellenfeldsynthese (WFS oder auch Schallfeldsynthese), wie sie Ende der 80-er Jahre an der TU Delft entwickelt wurde, stellt einen holographischen Ansatz der Schallwiedergabe dar. Als Grundlage hierfür dient das Kirchhoff-Helmholtz-Integral. Dieses besagt, daß beliebige Schallfelder innerhalb eines geschlossenen Volumens mittels einer Verteilung von Monopol- und Dipolschallquellen (Lautsprecherarrays) auf der Oberfläche dieses Volumens erzeugt werden können. Details hierzu finden sich in M.M. Boone, E.N.G. Verheijen, P.F. v. Tol, "Spatial Sound-Field Reproduction by Wave-Field Synthesis", Delft University of Technology Laboratory of Seismics and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc., Bd. 43, Nr. 12, Dezember 1995 und Diemer de Vries, "Sound Reinforcement by Wavefield Synthesis: Adaption of the Synthesis Operator to the Loudspeaker Directivity Characteristics", Delft University of Technology Laboratory of Seismics and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc., Bd. 44, Nr. 12, Dezember 1996.The wave field synthesis thus allows a correct mapping of virtual sound sources over a large playback area. At the same time it offers the sound engineer and sound engineer new technical and creative potential in the creation of even complex soundscapes. Wavefield synthesis (WFS or sound field synthesis), as developed at the TU Delft in the late 1980s, represents a holographic approach to sound reproduction. The basis for this is the Kirchhoff-Helmholtz integral. This states that any sound fields can be generated within a closed volume by means of a distribution of monopole and dipole sound sources (loudspeaker arrays) on the surface of this volume. Details can be found in MM Boone, ENG Verheijen, PF v. Tol, "Spatial Sound-Field Reproduction by Wave-Field Synthesis", Delft University of Technology Laboratory of Seismics and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc., Vol. 43, No. 12, December 1995 and Diemer de Vries, "Sound Reinforcement by Wavefield Synthesis: Adaptation of the Synthesis Operator to the Loudspeaker Directivity Characteristics", Delft University of Technology Laboratory of Seismics and Acoustics, Journal of J Audio Eng. Soc., Vol. 44, No. 12, December 1996.

Bei der Wellenfeldsynthese wird aus einem Audiosignal, das eine virtuelle Quelle an einer virtuellen Position aussendet, eine Synthesesignal für jeden Lautsprecher des Lautsprecherarrays berechnet, wobei die Synthesesignale derart hinsichtlich Amplitude und Phase gestaltet sind, daß eine Welle, die sich aus der Überlagerung der einzelnen durch die im Lautsprecherarray vorhandenen Lautsprecher ausgegebenen Schallwelle ergibt, der Welle entspricht, die von der virtuellen Quelle an der virtuellen Position herrühren würde, wenn diese virtuelle Quelle an der virtuellen Position eine reale Quelle mit einer realen Position wäre.In wave field synthesis, an audio signal that emits a virtual source at a virtual position is used to compute a synthesis signal for each loudspeaker of the loudspeaker array, the synthesis signals being shaped in amplitude and phase such that a wave resulting from the superposition of the individual ones the sound wave present in the loudspeaker array will correspond to the wave that would result from the virtual source at the virtual position if that virtual source at the virtual position were a real source with a real position.

Typischerweise sind mehrere virtuelle Quellen an verschiedenen virtuellen Positionen vorhanden. Die Berechnung der Synthesesignale wird für jede virtuelle Quelle an jeder virtuellen Position durchgeführt, so daß typischerweise eine virtuelle Quelle in Synthesesignalen für mehrere Lautsprecher resultiert. Von einem Lautsprecher aus betrachtet empfängt dieser Lautsprecher somit mehrere Synthesesignale, die auf verschiedene virtuelle Quellen zurückgehen. Eine Überlagerung dieser Quellen, die aufgrund des linearen Superpositionsprinzips möglich ist, ergibt dann das von dem Lautsprecher tatsächlich ausgesendete Wiedergabesignal.Typically, multiple virtual sources exist at different virtual locations. The computation of the synthesis signals is performed for each virtual source at each virtual location, typically resulting in one virtual source in multiple speaker synthesis signals. Seen from a loudspeaker, this loudspeaker thus receives several synthesis signals, which go back to different virtual sources. A superimposition of these sources, which is possible due to the linear superposition principle, yields then the playback signal actually sent from the speaker.

Die Möglichkeiten der Wellenfeldsynthese können um so besser ausgeschöpft werden, je größer die Lautsprecherarrays sind, d. h. um so mehr einzelne Lautsprecher bereitgestellt werden. Damit steigt jedoch auch die Rechenleistung, die eine Wellenfeldsyntheseeinheit vollbringen muß, da typischerweise auch Kanalinformationen berücksichtigt werden müssen. Dies bedeutet im einzelnen, daß von jeder virtuellen Quelle zu jedem Lautsprecher prinzipiell ein eigener Übertragungskanal vorhanden ist, und daß prinzipiell der Fall vorhanden sein kann, daß jede virtuelle Quelle zu einem Synthesesignal für jeden Lautsprecher führt, bzw. daß jeder Lautsprecher eine Anzahl von Synthesesignalen erhält, die gleich der Anzahl von virtuellen Quellen ist.The possibilities of wave field synthesis can be better exploited, the larger the loudspeaker arrays are, d. H. the more individual speakers are provided. However, this also increases the computing power which a wave field synthesis unit has to accomplish, since channel information also typically has to be taken into account. This means in more detail that from each virtual source to each speaker in principle a separate transmission channel is present, and that in principle there may be the case that each virtual source leads to a synthesis signal for each speaker, or that each speaker a number of synthesis signals which equals the number of virtual sources.

Wenn insbesondere bei Kinoanwendungen die Möglichkeiten der Wellenfeldsynthese dahingehend ausgeschöpft werden sollen, daß die virtuellen Quellen auch beweglich sein können, so ist zu erkennen, daß aufgrund der Berechnung der Synthesesignale, der Berechnung der Kanalinformationen und der Erzeugung der Wiedergabesignale durch Kombination der Kanalinformationen und der Synthesesignale ganz erhebliche Rechenleistungen zu bewältigen sind.In particular, in cinema applications, the possibilities of wave field synthesis are to be exploited to the extent that the virtual sources can also be mobile, it will be appreciated that due to the calculation of the synthesis signals, the calculation of the channel information and the generation of the playback signals by combining the channel information and the synthesis signals quite considerable computing power has to be mastered.

Darüber hinaus sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Qualität der Audiowiedergabe mit der Anzahl der zur Verfügung gestellten Lautsprecher steigt. Dies bedeutet, daß die Audiowiedergabequalität um so besser und realistischer wird, um so mehr Lautsprecher in dem bzw. den Lautsprecherarrays vorhanden sind.In addition, it should be noted at this point that the quality of the audio playback increases with the number of available speakers. This means that the audio reproduction quality becomes better and more realistic as more speakers are present in the loudspeaker array (s).

Im obigen Szenario könnten die fertig gerenderten und Analog-Digital-gewandelten Wiedergabesignale für die einzelnen Lautsprecher beispielsweise über Zweidrahtleitungen von der Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit zu den einzelnen Lautsprechern übertragen werden. Dies hätte zwar den Vorteil, daß nahezu sichergestellt ist, daß alle Lautsprecher synchron arbeiten, so daß hier zu Synchronisationszwecken keine weiteren Maßnahmen erforderlich wären. Andererseits könnte die Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit immer nur für einen speziellen Wiedergaberaum bzw. für eine Wiedergabe mit einer festgelegten Anzahl von Lautsprechern hergestellt werden. Dies bedeutet, daß für jeden Wiedergaberaum eine eigene Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit gefertigt werden müßte, die ein erhebliches Maß an Rechenleistung zu vollbringen hat, da die Berechnung der Audiowiedergabesignale insbesondere im Hinblick auf viele Lautsprecher bzw. viele virtuelle Quellen zumindest teilweise parallel und in Echtzeit erfolgen muß.In the above scenario, the final rendered and analog-to-digital converted reproduction signals for the individual loudspeakers could be provided, for example, via two-wire lines from the wave field synthesis central processing unit be transferred to the individual speakers. Although this would have the advantage that it is almost ensured that all speakers work in sync, so that no further action would be required here for synchronization purposes. On the other hand, the wave field synthesis central unit could always be made only for a special reproduction room or for a reproduction with a fixed number of loudspeakers. This means that a separate wave field synthesis central unit would have to be produced for each reproduction space, which has to accomplish a considerable amount of computing power, since the calculation of the audio reproduction signals has to be at least partially parallel and in real time, particularly with regard to many loudspeakers or many virtual sources ,

Insbesondere im Hinblick auf Audiowiedergabesysteme, die für Kinos gedacht sind, existiert jedoch das Problem, daß die Wiedergaberäume in Kinos hinsichtlich ihrer Größe erheblich variieren. So haben Kinos manchmal einen sehr großen Kinosaal und/oder gleichzeitig mehrere kleine Kinosäle für Filme, die nicht einen derart hohen Zuschauerandrang erleben als Filme, die in großen Kinosälen gespielt werden sollen. So haben jedoch auch unterschiedliche Kinos unterschiedlich große Wiedergaberäume, die insbesondere dann, wenn an eine Audiowiedergabe nicht nur in Kinos sondern z. B. in Konzertsälen gedacht wird, möglicherweise bis zu einem Faktor 100 variieren können.However, especially with regard to audio reproduction systems intended for cinemas, there is the problem that the reproduction spaces in cinemas vary considerably in size. For example, cinemas sometimes have a very large cinema hall and / or several small cinemas for films that do not experience as many audiences as films that are to be played in large movie theaters. However, different cinemas have different sized playback rooms, especially when an audio playback not only in cinemas but z. B. in concert halls, may possibly vary up to a factor of 100.

Um derart verschieden Audiowiedergaberäume mit einem Audiowiedergabesystem auf der Basis der Wellenfeldsynthese auszustatten, müßte z. B. für jeden Wiedergaberaum eine eigene Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit gebaut werden, was aufgrund der Einzelproduktion im Hinblick auf den Preis nicht akzeptabel ist.To equip such different audio playback rooms with an audio playback system based on the wave field synthesis, z. For example, a separate wave field synthesis central unit can be built for each playback room, which is unacceptable in terms of price due to the single production.

Andererseits könnte eine maximal ausgestattete Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit aufgebaut werden, die im Hinblick auf die anschließbaren Lautsprecher, also im Hinblick auf die Anzahl von Analogsignalausgängen steuerbar ist, jedoch intern Rechenprozessoren umfaßt, die für die maximale Anzahl von Analogausgängen, also verbindbaren Lautsprechern, ausgelegt ist.On the other hand, a maximum equipped wave field synthesis central unit could be constructed, which is controllable with regard to the connectable speakers, so in terms of the number of analog signal outputs, but internally comprises arithmetic processors, which is designed for the maximum number of analog outputs, so connectable speakers.

Ein solches System würde dazu führen, daß auch Audiowiedergabesysteme für kleinere Wiedergaberäume nahezu denselben Preis mit sich bringen wie Audiowiedergabesysteme für sehr große Wiedergaberäume, was für die Betreiber von kleinen Wiedergaberäumen nicht akzeptabel sein dürfte. Insbesondere die mittleren bis kleinen Wiedergaberäume sind für Anbieter von Audiowiedergabesystemen interessant, wobei an dieser Stelle auch die "kleinsten" Wiedergaberäume erwähnt werden sollen, die z. B. häusliche Wohnzimmer oder kleinere Gaststätten darstellen.Such a system would also mean that smaller-room audio playback systems would cost almost the same price as very large-format audio playback systems, which would be unacceptable to the small-playback room operators. In particular, the medium to small playback rooms are interesting for providers of audio playback systems, at which point the "smallest" playback rooms should be mentioned, the z. B. domestic living room or smaller restaurants.

Die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten sind daher dahingehend nachteilhaft, daß eine durchgreifende Marktakzeptanz nicht unmittelbar zu erwarten ist.The above-described possibilities are therefore disadvantageous in that a thorough market acceptance is not to be expected immediately.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Audiowiedergabekonzept zu schaffen, das eine höhere Marktakzeptanz aufweist.The object of the present invention is to provide an audio reproduction concept that has higher market acceptance.

Diese Aufgabe wird durch ein Audiowiedergabesystem nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Wiedergeben eines Audiosignals nach Patentanspruch 19 oder ein Computer-Programm nach Patentanspruch 20 gelöst.This object is achieved by an audio reproduction system according to claim 1, a method for reproducing an audio signal according to claim 19 or a computer program according to claim 20.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Audiowiedergabesysteme, die eine Marktakzeptanz erreichen sollen, skalierbar sein müssen. Die Skalierbarkeit darf jedoch nicht nur hinsichtlich der zur Verfügung gestellten Rechenleistung stattfinden, sondern muß sich auch in dem Preis des Audiowiedergabesystems auswirken. Dies bedeutet in anderen Worten, daß ein Audiowiedergabesystem für einen großen Wiedergaberaum mehr kosten darf als ein Audiowiedergabesystem für einen kleinen Wiedergaberaum. In anderen Worten ausgedrückt muß ein Audiowiedergabesystem für einen kleinen Wiedergaberaum erheblich weniger kosten als ein Audiowiedergabesystem für einen großen Wiedergaberaum.The present invention is based on the recognition that audio playback systems that are to achieve market acceptance must be scalable. However, the scalability must not only take place in terms of the computing power provided, but must also be reflected in the price of the audio playback system impact. In other words, this means that an audio reproduction system for a large reproduction room may cost more than an audio reproduction system for a small reproduction room. In other words, an audio reproduction system for a small reproduction room must cost considerably less than an audio reproduction system for a large reproduction room.

Bei vorstehend beschriebenen denkbaren Konzepten waren die Preisunterschiede unerheblich, da Preisunterschiede lediglich durch die Anzahl von einzelnen Lautsprechern bedingt waren, die jedoch aufgrund der Tatsache, daß sehr viele Lautsprecher bereitgestellt werden, und aufgrund neuartiger Integrationskonzepte in das Bauwerk, das den Wiedergaberaum beinhaltet, preisgünstig angeboten werden können.In the conceivable concepts described above, the price differences were insignificant, since price differences were due only to the number of individual speakers, but due to the fact that a very large number of loudspeakers are provided, and due to novel integration concepts offered in the building that includes the playback room, low priced can be.

Erfindungsgemäß wird das Audiowiedergabesystem in ein zentrales Wellenfeldsynthesemodul und in viele dezentral mit dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul verbundene einzelne Lautsprechermodule aufgeteilt. Das zentrale Wellenfeldsynthesemodul empfängt ein Audiosignal mit einer Mehrzahl von Audiospuren und berechnet einerseits die Synthesesignale und andererseits die Kanalinformationen für die Kanäle von den virtuellen Positionen zu den realen Lautsprecherpositionen.According to the invention, the audio reproduction system is divided into a central wave field synthesis module and many individual speaker modules connected to the central wave field synthesis module in a decentralized manner. The central wave-field synthesis module receives an audio signal having a plurality of audio tracks and calculates, on the one hand, the synthesis signals and, on the other hand, the channel information for the channels from the virtual positions to the real speaker positions.

Das zentrale Wellenfeldsynthesemodul ist ferner ausgebildet, um jedem Lautsprecher eines oder mehrere Synthesesignale zuzuführen, die von dem betroffenen Lautsprecher wiederzugeben sind, sowie Kanalinformationen für die Audiokanäle von den virtuellen Positionen der virtuellen Quellen, von denen das eine oder die mehreren Synthesesignale stammen, zu dem betroffenen Lautsprecher zu liefern. Hierbei kann bereits eine erhebliche Datenratenübertragungseinschränkung erreicht werden, da die Erfahrung zeigt, daß sehr selten der Fall eintritt, daß jeder Lautsprecher Synthesesignale erhält, deren Energieinhalt größer als ein bestimmter Schwellwert ist. Das erfindungsgemäße zentrale Wellenfeldsynthesemodul hat somit bereits die Option, einem dezentralen Lautsprechermodul nur die Synthesesignale und ferner nur die Kanalinformationen für die Synthesesignale zuzuführen, die für den einzelnen Lautsprecher bedeutsam sind.The central wave-field synthesis module is further configured to supply to each loudspeaker one or more synthesis signals to be reproduced by the affected loudspeaker and channel information for the audio channels from the virtual positions of the virtual sources from which the one or more synthesis signals originate to the affected one To deliver speakers. In this case, a considerable data rate transmission restriction can already be achieved, since experience shows that the case occurs very seldom that each loudspeaker receives synthesis signals whose Energy content is greater than a certain threshold. The central wavefield synthesis module according to the invention thus already has the option of supplying only a decentralized loudspeaker module with the synthesis signals and furthermore only the channel information for the synthesis signals, which are significant for the individual loudspeaker.

Die erfindungsgemäßen Lautsprechermodule sind dezentral ausgeführt und mit dem Lautsprecher unmittelbar gekoppelt bzw. vorzugsweise in räumlicher Nähe zum Lautsprecher angeordnet. Jedes Lautsprechermodul umfaßt einen Empfänger zum Empfangen des einen oder der mehreren Synthesesignale für den betroffenen Lautsprecher sowie der den Synthesesignalen zugeordneten Kanalinformationen. Ferner umfaßt jedes Lautsprechermodul eine Rendering-Einrichtung zum Berechnen eines Wiedergabesignals für den Lautsprecher unter Verwendung der Synthesesignale und der Kanalinformationen für die zugeführten Synthesesignale. Schließlich umfaßt jedes Lautsprechermodul noch eine Signalverarbeitungseinrichtung mit möglicherweise einem digitalen Verstärker, einer weiteren digitalen Signalverarbeitungseinrichtung sowie schließlich einem Digital-Analog-Wandler zum Erzeugen eines analogen Lautsprechersignals, das dem betroffenen Lautsprecher zuzuführen ist, aufgrund des Wiedergabesignals. Zur Verbindung des zentralen Wellenfeldsynthesemoduls und der dezentralen Lautsprechermodule ist eine Mehrzahl von Übertragungsstrecken vorgesehen, wobei sich eine Übertragungsstrecke jeweils von dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul zu dem einzelnen Lautsprecher erstreckt.The loudspeaker modules according to the invention are designed to be decentralized and directly coupled to the loudspeaker or preferably arranged in spatial proximity to the loudspeaker. Each speaker module includes a receiver for receiving the one or more synthesis signals for the affected speaker and the channel information associated with the synthesis signals. Further, each speaker module includes a rendering device for calculating a reproduction signal for the speaker using the synthesis signals and the channel information for the supplied synthesis signals. Finally, each loudspeaker module also comprises a signal processing device possibly having a digital amplifier, a further digital signal processing device and finally a digital-to-analogue converter for generating an analogue loudspeaker signal to be supplied to the relevant loudspeaker on the basis of the playback signal. For connecting the central wave field synthesis module and the decentralized loudspeaker modules, a plurality of transmission links are provided, wherein a transmission path extends from the central wave field synthesis module to the individual loudspeaker.

Sehr rechenaufwendig ist die Operation des Renderings, die im Hinblick auf die erforderliche Schaltungshardware in Form eines beispielsweise DSP oder einer fest verdrahteten Schaltung erheblich zu den Kosten beiträgt, insbesondere wenn an den Multiplikator gedacht wird, der für jeden einzelnen Lautsprecher vorgesehen ist. Vorzugsweise arbeitet die Rendering-Einrichtung unter Verwendung von Kanalimpulsantworten als Kanalinformationen und führt somit eine rechenzeitintensive Faltung durch, die entweder im Zeitbereich direkt ausführbar ist, oder im Frequenzbereich durchgeführt wird, wobei hierfür Transformationen in den Frequenzbereich und Transformationen aus dem Frequenzbereich erforderlich sind, die zusammen mit der eigentlichen Multiplikationsoperation im Frequenzbereich zu einem erheblichen Aufwand führen. Hierbei sei insbesondere daran gedacht, daß eine Rendering-Einheit nicht nur ein einziges Synthesesignal rendern muß, sondern immer eine große Anzahl von Synthese-Signalen, die normalerweise mit der Anzahl von virtuellen Quellen korrespondiert.Highly computationally expensive is the operation of rendering, which adds significantly to the cost of the required circuit hardware such as DSP or hardwired circuitry, especially when considering the multiplier provided for each individual loudspeaker. Preferably the rendering device uses channel impulse responses as channel information and thus performs computationally intensive convolution that is either directly executable in the time domain, or performed in the frequency domain, requiring frequency domain transforms and frequency domain transformations together with the actual multiplication operation in the frequency domain lead to a considerable effort. In particular, it is contemplated that a rendering unit must render not only a single synthesis signal, but always a large number of synthesis signals that normally correspond to the number of virtual sources.

Das erfindungsgemäße Konzept führt dazu, daß dezentral durchführbare Operationen aus dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul heraus in die dezentralen Lautsprechermodule verlagert werden, derart, daß im besten Fall nur noch die Operationen in dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul ausgeführt werden, die für alle Lautsprecher gleichermaßen bedeutend sind, während sämtliche Operationen, die nur einen Lautsprecher betreffen, oder mehrere Lautsprecher, die an ein Lautsprechermodul angeschlossen sind, auch dezentral in dem Lautsprechermodul ausgeführt werden.The concept according to the invention results in decentralized operations being shifted out of the central wave-field synthesis module into the decentralized loudspeaker modules in such a way that in the best case only the operations in the central wavefronts synthesis module are carried out, which are equally important for all loudspeakers, during all operations which only cover one loudspeaker, or several loudspeakers connected to a loudspeaker module, can also be executed decentrally in the loudspeaker module.

Damit können die Kosten für das zentrale Wellensynthesemodul erheblich verringert werden, jedoch auf Kosten der Lautsprechermodule, deren Preis nunmehr nicht mehr vernachlässigbar ist, aufgrund der in den Lautsprechermodulen hauptsächlich durchgeführten Operation des Audio-Renderings.Thus, the cost of the central wave synthesis module can be significantly reduced, but at the expense of the speaker modules, whose price is now no longer negligible, due to the operation of the audio rendering, which is mainly carried out in the loudspeaker modules.

Das erfindungsgemäße Audiowiedergabesystem ist nun jedoch sowohl hinsichtlich der Leistung als auch des Preises skalierbar. Es eröffnet sich die Möglichkeit, ein zentrales Wellenfeldsynthesemodul für eine große Anzahl von Wiedergaberäumen zu einem reduzierten Preis anzubieten, derart, daß die Kosten für das Gesamtsystem, die sich aus den Kosten für die Zentraleinheit und die dezentralen Lautsprechermodule ergeben, nunmehr stark mit der Anzahl von eingerichteten Lautsprechern und damit der Größe des Wiedergaberaums korrespondieren.However, the audio playback system according to the invention is now scalable in terms of both performance and price. It offers the possibility of offering a central wave field synthesis module for a large number of reproduction rooms at a reduced price, such that the cost of the overall system, which results from the cost of the central unit and the distributed loudspeaker modules, now strongly correlates with the number of loudspeakers established and thus the size of the playback room.

In anderen Worten ausgedrückt wird ein Betreiber eines großen Wiedergaberaums nach wie vor einen bestimmten Preis für ein Wiedergabesystem für seinen großen Wiedergaberaum entrichten müssen. Andererseits wird jedoch ein Betreiber eines kleineren Wiedergaberaums ein Audiowiedergabesystem zu einem erheblich geringeren Preis erstehen können, da die Anzahl von Lautsprechern und damit die Anzahl von aufwendigen und kostenintensiven Lautsprechermodulen im Vergleich zum großen Wiedergaberaum erheblich reduziert ist.In other words, an operator of a large rendering room will still have to pay a certain price for a rendering system for his large rendering room. On the other hand, however, an operator of a smaller playback room will be able to purchase an audio playback system at a significantly lower price because the number of speakers, and thus the number of expensive and expensive speaker modules, is significantly reduced compared to the large display room.

Das erfindungsgemäße Audiowiedergabesystem ermöglicht es somit, Audiowiedergabesysteme für kleinere Wiedergaberäume zu erheblich reduzierten Preisen im Vergleich zu großen Wiedergaberäumen anzubieten, so daß aufgrund des reduzierten Preises auf dem sehr wettbewerbsintensiven Markt der Audio/Video-Komponenten eine Marktakzeptanz erhofft wird.The audio playback system according to the invention thus makes it possible to offer audio reproduction systems for smaller reproduction rooms at considerably reduced prices compared to large reproduction rooms, so that due to the reduced price in the highly competitive market of audio / video components market acceptance is hoped for.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die zentrale Wellenfeldsyntheseeinheit ausgebildet, um im herkömmlichen Audioformat für Kinofilme aufgezeichnete Kinofilme verarbeiten zu können, wobei übliche Aufnahmeformate beispielsweise das 5.1-Surround-Format oder 7.1.-Format oder 10.2-Format sind. Ein solcher Kinofilm umfaßt am Beispiel des 5.1-Formats sechs Audiospuren, also Audiospuren für den Kanal "links hinten", "rechts hinten", "vorne links", "vorne rechts" und "vorne mitte", sowie den Baßkanal (Subwoofer-Kanal). Eine Wiedergabe eines solchen im Hinblick auf die Audiotechnik herkömmlichen Kinofilms in dem erfindungsgemäßen Audiowiedergabesystem kann dadurch erreicht werden, daß die Audiospuren als virtuelle Quellen an virtuellen Positionen plaziert werden, die je nach Belieben des Tonmeisters bzw. des Betreibers des Wiedergaberaums gewählt werden können. Die Möglichkeit der kompatiblen Wiedergabe für ein Audiowiedergabesystem mit skalierbarem Preis liefert daher einen Beitrag, daß sich Audiowiedergabesysteme auf der Basis der Wellenfeldsynthese bereits zu einem Zeitpunkt verbreiten, zu dem noch wenig Kino/Video-Filme mit vollständig Wellenfeldsynthese-geeigneten Audiospuren zusammen mit den entsprechend nötigen Metainformationen über das Aufnahme-Setting vorliegen.In a preferred embodiment of the present invention, the central wave field synthesis unit is designed to be able to process cinematographic films recorded in the conventional audio format for motion picture films, conventional recording formats being, for example, the 5.1 surround format or 7.1.format or 10.2 format. Such a movie includes the example of the 5.1 format six audio tracks, ie audio tracks for the channel "left behind", "right back", "front left", "front right" and "front center", and the bass channel (subwoofer channel ). A reproduction of such a conventional audio film in the audio playback system according to the invention can be achieved by the Audio tracks are placed as virtual sources at virtual positions, which can be selected as desired by the Tonmeister or the operator of the playback room. The ability of compatible playback for a scalable-price audio playback system therefore provides a contribution that audio playback systems based on wave-field synthesis are already propagating at a time when there are still few cinema / video films with fully wave-field synthesis-ready audio tracks along with the appropriate ones Meta information about the recording setting available.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
ein Konzeptionsdiagramm des erfindungsgemäßen Audiowiedergabesystems;
Fig. 2
ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen zentralen Wellenfeldsynthesemoduls;
Fig. 3
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen dezentralen Lautsprechermoduls;
Fig. 4
ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausgestaltung der Audio-Renderingeinheit in einem dezentralen Lautsprechermodul;
Fig. 5
eine Prinzipdarstellung einer kompatiblen Wiedergabe mit großem Sweet Spot;
Fig. 6
eine Prinzipskizze für das Zustandekommen von mehreren Synthesesignalen für einen Lautsprecher, die jeweils mit Kanalinformationen zu beaufschlagen sind, um das Wiedergabesignal für den Lautsprecher LSi zu erhalten; und
Fig. 7
eine Prinzipdarstellung eines Kanals von einer virtuellen Quelle zu einem realen Lautsprecher mit Darstellung der Größen, die einen Einfluß auf den Kanal haben können.
Preferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1
a conceptual diagram of the audio playback system according to the invention;
Fig. 2
a block diagram of the central wave field synthesis module according to the invention;
Fig. 3
a block diagram of a decentralized loudspeaker module according to the invention;
Fig. 4
a block diagram of a preferred embodiment of the audio rendering unit in a decentralized speaker module;
Fig. 5
a schematic representation of a compatible playback with a large sweet spot;
Fig. 6
a schematic diagram for the formation of several synthesis signals for a speaker, each to be acted upon with channel information to obtain the playback signal for the loudspeaker LSi; and
Fig. 7
a schematic representation of a channel from a virtual source to a real speaker with representation of the sizes that may have an influence on the channel.

Das erfindungsgemäße Audiowiedergabesystem gliedert sich, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, grundsätzlich in zwei Teile. Ein Teil ist das zentrale Wellenfeldsynthesemodul 10. Der andere Teil setzt sich aus einzelnen Lautsprechermodulen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e zusammen, die mit tatsächlichen physikalischen Lautsprechern 14a, 14b, 14c, 14d, 14e derart verbunden sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Lautsprecher 14a-14e bei typischen Anwendungen im Bereich über 50 und typischerweise sogar deutlich über 100 liegt. Wird jedem Lautsprecher ein eigenes Lautsprechermodul zugeordnet, so wird auch die entsprechende Anzahl von Lautsprecher-Modulen benötigt. Je nach Anwendung wird es jedoch bevorzugt, von einem Lautsprecher-Modul aus eine kleine Gruppe von nebeneinander liegenden Lautsprechern anzusprechen. In diesem Zusammenhang ist es beliebig, ob ein Lautsprecher-Modul, das mit vier Lautsprechern beispielsweise verbunden ist, die vier Lautsprecher mit demselben Wiedergabesignal speist, oder ob für die vier Lautsprecher entsprechende unterschiedliche Synthesesignale berechnet werden, so daß ein solches Lautsprecher-Modul eigentlich aus mehreren einzelnen Lautsprecher-Modulen besteht, die jedoch physikalisch in einer Einheit zusammengefaßt sind.The audio playback system according to the invention is divided, as shown in Fig. 1, basically in two parts. One part is the central wave field synthesis module 10. The other part is composed of individual speaker modules 12a, 12b, 12c, 12d, 12e which are connected to actual physical speakers 14a, 14b, 14c, 14d, 14e as shown in FIG. 1 is shown. It should be noted that the number of speakers 14a-14e in typical applications is in the range above 50 and typically even well above 100. If each loudspeaker is assigned its own loudspeaker module, the corresponding number of loudspeaker modules is also required. Depending on the application, however, it is preferred to address a small group of adjacent loudspeakers from a loudspeaker module. In this connection, it is arbitrary whether a loudspeaker module connected to four loudspeakers, for example, feeds the four loudspeakers with the same playback signal, or whether corresponding different synthesis signals are calculated for the four loudspeakers, so that such a loudspeaker module is actually off consists of several individual speaker modules, but which are physically combined in one unit.

Zwischen dem Wellenfeldsynthesemodul 10 und jedem einzelnen Lautsprecher-Modul 12a-12e befindet sich eine eigene Übertragungsstrecke 16a-16e, wobei jede Übertragungsstrecke mit dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul und einem eigenen Lautsprecher-Modul gekoppelt ist.Between the wave field synthesis module 10 and each individual loudspeaker module 12a-12e there is a separate transmission link 16a-16e, each transmission link being coupled to the central wave field synthesis module and to a separate loudspeaker module.

Als Datenübertragungsmodus zum Übertragen von Daten von dem Wellenfeldsynthesemodul zu einem Lautsprecher-Modul wird ein serielles Übertragungsformat bevorzugt, das eine hohe Datenrate liefert, wie beispielsweise ein sogenanntes Firewire-Übertragungsformat oder ein USB-Datenformat. Datenübertragungsraten von über 100 Megabit pro Sekunde sind vorteilhaft.As a data transfer mode for transferring data from the wave field synthesis module to a speaker module a serial transmission format that provides a high data rate, such as a so-called Firewire transmission format or a USB data format. Data transfer rates in excess of 100 megabits per second are advantageous.

Der Datenstrom, der von dem Wellenfeldsynthesemodul 10 zu einem Lautsprecher-Modul übertragen wird, wird somit je nach gewähltem Datenformat in dem Wellenfeldsynthesemodul entsprechend formatiert und mit einer Synchronisationsinformation versehen, die in üblichen seriellen Datenformaten vorgesehen ist. Diese Synchronisationsinformation wird von den einzelnen Lautsprecher-Modulen aus dem Datenstrom extrahiert und verwendet, um die einzelnen Lautsprecher-Module im Hinblick auf ihre Wiedergabe, also letztendlich auf die Digital-Analog-Wandlung zum Erhalten des analogen Lautsprechersignals und die dafür vorgesehene Abtastung (resampling) zu synchronisieren. Es wird bevorzugt, daß das zentrale Wellenfeldsynthesemodul als Master arbeitet, und daß alle Lautsprecher-Module als Clients arbeiten, wobei die einzelnen Datenströme über die verschiedenen Übertragungsstrecken 16a-16e alle dieselben Synchronisationsinformationen von dem Zentralmodul 10 erhalten. Dies stellt sicher, daß alle Lautsprecher-Module synchron, und zwar synchronisiert von dem Master 10, arbeiten, was für das vorliegende Audiowiedergabesystem wichtig ist, um keinen Verlust an Audioqualität zu erleiden, damit die vom Wellenfeldsynthesemodul berechneten Synthesesignale nicht zeitversetzt von den einzelnen Lautsprechern nach entsprechendem Audio-Rendering abgestrahlt werden. Vorteilhaft an diesem Konzept ist, daß die einzelnen Lautsprecher-Module nicht untereinander synchronisiert werden müssen. Sie sind automatisch untereinander synchronisiert, da sie alle synchron zum Master laufen. Eine Verbindung der einzelnen Lautsprecher-Module untereinander wird für die vorliegende Erfindung ungünstig sein, da das modulare Konzept der Skalierbarkeit mit den Lautsprecher-Modulen hinsichtlich der Wiedergaberaum-Größe ein einfaches Hinzufügen von Modulen erfordert, ohne daß entsprechende Verdrahtungen unter den Modulen erreicht werden müssen.The data stream which is transmitted from the wave field synthesis module 10 to a loudspeaker module is thus correspondingly formatted according to the selected data format in the wave field synthesis module and provided with synchronization information which is provided in conventional serial data formats. This synchronization information is extracted from the data stream by the individual loudspeaker modules and used to resample the individual loudspeaker modules with respect to their reproduction, ie ultimately to the digital-to-analogue conversion for obtaining the analogue loudspeaker signal and the sampling provided for this purpose. to synchronize. It is preferred that the central wave-field synthesis module operate as a master, and that all loudspeaker modules operate as clients, with the individual data streams over the various links 16a-16e all receiving the same synchronization information from the central module 10. This ensures that all the loudspeaker modules operate synchronously, synchronized by the master 10, which is important to the present audio playback system so as not to suffer any loss of audio quality, so that the synthesized signals computed by the wavefronts synthesis module are not delayed in time from the individual loudspeakers corresponding audio rendering are emitted. An advantage of this concept is that the individual speaker modules do not have to be synchronized with each other. They are automatically synchronized with each other as they all run in sync with the master. A connection of the individual loudspeaker modules with each other will be unfavorable for the present invention, since the modular concept of scalability with the speaker modules in terms of the playback room size requires a simple addition of modules, without corresponding wiring must be achieved under the modules.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines zentralen Wellenfeldsynthesemoduls gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das zentrale Wellenfeldsynthesemodul umfaßt zunächst eine Eingabe-Einrichtung 20, die grundsätzlich ausgebildet ist, um ein Audiosignal an einem Eingang zu empfangen, wobei das Audiosignal eine Mehrzahl von Audiospuren aufweist, wobei jeder Audiospur eine Audioquellenposition zugeordnet ist.2 shows a block diagram of a central wave-field synthesis module according to a preferred embodiment of the present invention. The central wave-field synthesis module first comprises an input device 20, which is basically designed to receive an audio signal at an input, the audio signal having a plurality of audio tracks, each audio track being assigned an audio source position.

Je nach Anwendung ist die Audioquellenposition eine Angabe über die Position eines Lautsprechers bezüglich eines Zuhörers im Wiedergaberaum gemäß einem standardisierten Audio-Format, wie z. B. 5.1, um eine kompatible Wiedergabe zu erreichen. In diesem Fall hätte das Audiosignal 5+1=6 Audiospuren. Alternativ kann das Audiosignal eine größere Anzahl von Audiospuren haben, die bereits als Wellenfeldsynthese-geeignete Signale vorliegen und Audioquellen bzw. Audioobjekte in einer realen Aufzeichnungsposition darstellen, die im Hinblick auf die Audiosignalwiedergabe als virtuelle Quellen im Wiedergaberaum unter Verwendung der Wellenfeldsynthese abgebildet werden.Depending on the application, the audio source position is an indication of the position of a loudspeaker with respect to a listener in the playback room according to a standardized audio format, such. B. 5.1 to achieve a compatible playback. In this case, the audio signal would have 5 + 1 = 6 audio tracks. Alternatively, the audio signal may have a larger number of audio tracks already present as wave-field synthesis-capable signals and representing audio sources in a real recording position which are mapped to the audio signal reproduction as virtual sources in the playback room using wave-field synthesis.

Die Eingabeeinrichtung 20 wird ferner bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Hauptsteuerungseinheit verwendet, die vorteilhafterweise weitere Funktionalitäten hat. Insbesondere hat sie die Funktionalität eines Decodiermoduls, wie es üblicherweise in Kinos verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Eingabeeinrichtung 20 auch als DVD-Decoder ausgebildet, der die separaten Audiokanäle bzw. Audiospuren liefert.The input device 20 is further used in a preferred embodiment of the present invention as a main control unit, which advantageously has further functionalities. In particular, it has the functionality of a decoding module, as is commonly used in cinemas. Alternatively or additionally, the input device 20 is also designed as a DVD decoder, which supplies the separate audio channels or audio tracks.

Alternativ ist die Wiedergabeeinrichtung 20 auch als MPEG-4-Decodiermodul ausgebildet, das bereits für eine Wellenfeldsynthese gedachte Audiospuren 21 und entsprechende Audioquelleninformationen 22 liefert. Insbesondere beziehen sich die Audiospuren 21 jeweils auf Audiosignale von Audioobjekten in einem Aufnahme-Setting, auf die Position der Audioobjekte in dem Aufnahme-Setting, auf Eigenschaften von Audioobjekten, insbesondere hinsichtlich der Größe des Audioobjekts oder der Dichte im Hinblick auf die akustischen Eigenschaften des Audioobjekts.Alternatively, the display device 20 is also embodied as an MPEG-4 decoding module which already supplies audio tracks 21 intended for wave field synthesis and corresponding audio source information 22. In particular, the audio tracks 21 respectively relate to audio signals of audio objects in a recording setting, to the position of the audio objects in the recording setting, to properties of audio objects, in particular with respect to the size of the audio object or the density with respect to the acoustic properties of the audio object ,

Ferner wird es bevorzugt, auch Eigenschaften des Aufzeichnungsraums bzw. der Aufzeichnungsumgebung zusätzlich zu den Audiospuren 21 zu übertragen, um diese bei der Wellenfeldsynthese gegebenenfalls berücksichtigen zu können. Die Informationen über den Aufzeichnungsraum bzw. die Aufzeichnungsumgebung sollen dafür dienen, daß dem Zuhörer nicht nur ein visueller sondern auch ein audiomäßiger Eindruck der Aufnahmesituation gegeben wird. So soll der Besucher auch an dem wiedergegebenen Ton merken, ob sich eine Aufnahmeszene eines Kinofilms unter freiem Himmel beispielsweise abspielt oder z. B. in einem kleinen Raum, wie beispielsweise einem U-Boot. Während ein Aufnahmeszenario unter freiem Himmel relativ "trockene" Audiosignale liefert, da die Aufnahmeumgebung kaum bzw. keine Reflexionen zeigt, wird diese Situation in einem U-Boot beispielsweise komplett anders sein. Hier ist das Aufnahme-Setting durch einen sehr reflexionsreichen Raum bzw. eine sehr reflexionsreiche Audioumgebung dargestellt. In diesem Fall wird es bevorzugt, die Audiospuren möglichst trocken, also ohne die Raumakustik im Aufnahmeraum einzuspielen und die Raumakustik hinsichtlich ihrer Eigenschaften durch zusätzliche Metainformationen zu beschreiben, wie sie gemäß dem Standard MPEG 4 im standardisierten Datenstrom übertragen werden können.Furthermore, it is preferable to also transfer properties of the recording space or the recording environment in addition to the audio tracks 21 in order to be able to take them into account in the wave field synthesis, if appropriate. The information about the recording room or the recording environment should serve to give the listener not only a visual but also an audiomäßiger impression of the recording situation. So the visitor should also remember the reproduced sound, whether a recording scene of a movie in the open air, for example, plays or z. In a small room, such as a submarine. For example, while an outdoor recording scenario provides relatively "dry" audio as the recording environment shows little or no reflection, this situation in a submarine, for example, will be completely different. Here, the recording setting is represented by a very reflective room or a very reflective audio environment. In this case, it is preferred to record the audio tracks as dry as possible, ie without the room acoustics in the recording room and to describe the room acoustics with regard to their properties by additional meta information, as they can be transmitted in the standardized data stream according to the MPEG 4 standard.

Das zentrale Wellenfeldsynthesemodul umfaßt ferner eine Einrichtung 24 zum Bestimmen von Kanalinformationen einerseits und Wellenfeld-Synthesesignalen andererseits für die einzelnen Lautsprecher. Hierzu ist ferner eine Einrichtung 25 zum Umsetzen der Audioquellenpositionen 22 in virtuelle Positionen für die Wellenfeldsynthese vorgesehen.The central wave field synthesis module further comprises means 24 for determining channel information, on the one hand, and wave field synthesis signals, on the other hand, for the individual loudspeakers. For this purpose, a device 25 is also provided for converting the audio source positions 22 into virtual positions for the wave field synthesis.

Im einzelnen ist die Einrichtung 24 ausgebildet, um Audiokanalinformationen für jeden Audiokanal von einer virtuellen Position zu einer Lautsprecherposition zu bestimmen, wobei die virtuelle Position von der Audioquellenposition, die der Audiospur zugeordnet ist, abhängt (Einrichtung 25), so daß für jeden Kanal von jeder virtuellen Position zu jedem Lautsprecher Audiokanalinformationen vorliegen. Ferner ist die Einrichtung 24 ausgebildet, um unter Verwendung der Prinzipien der Wellenfeldsynthese, wie sie eingangs dargestellt und bekannt sind, Synthesesignale von den virtuellen Positionen für die Lautsprecher zu berechnen.Specifically, the means 24 is arranged to determine audio channel information for each audio channel from a virtual position to a speaker position, the virtual position depending on the audio source position associated with the audio track (means 25), so that for each channel of each virtual channel to each speaker, audio channel information is present. Further, the device 24 is configured to compute synthesis signals from the virtual locations for the speakers using the principles of wave field synthesis as illustrated and known above.

Das zentrale Wellenfeldsynthesemodul in Fig. 2 umfaßt ferner eine Einrichtung 26 zum Liefern von Synthesesignalen zu einem oder mehreren Lautsprechern. Die Einrichtung 26 ist ferner ausgebildet, um Kanalinformationen für die übertragenen Syntheseinformationen von dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul über die entsprechenden Übertragungsstrecken zu den einzelnen Lautsprechermodulen zu übertragen, damit dort ein Audio-Rendering stattfinden kann. Je nach Ausführungsform wird es bevorzugt, zu jedem Synthesesignal, das sich auf einen Kanal von einer virtuellen Position zu einem konkreten Lautsprecher bezieht, weitere Kanalinformationen für diesen Kanal zu übertragen. Dies bedeutet, daß bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Einrichtung 24 für jedes Synthesesignal auch Kanalinformationen liefert bzw. aus berechneten Kanalinformationen interpoliert und der Einrichtung 26 zur Verfügung stellt, damit dieselbe eine Übertragung zu den einzelnen Lautsprechermodulen initiieren kann. Vorzugsweise ist die Einrichtung 26 ausgebildet, um nicht-signifikante Synthesesignale herauszufiltern und damit weder die nichtsignifikanten Synthesesignale noch die dazugehörigen Kanalinformationen zu übertragen, um Datenübertragungskapazitäten einzusparen. So tritt oft der Fall auf, daß eine virtuelle Quelle zu signifikanten Synthesesignalen nur für einige Lautsprecher führt, während für alle anderen Lautsprecher im Lautsprecherarray zwar aufgrund der Theorie der Wellenfeldsynthese ebenfalls Synthesesignale berechnet werden können, die jedoch z. B. hinsichtlich ihrer Leistung in einem bestimmten Zeitabschnitt relativ klein sind und daher im Hinblick auf eine reduzierte Datenübertragungsmenge vernachlässigt werden können.The central wave-field synthesis module in Fig. 2 further comprises means 26 for providing synthesis signals to one or more speakers. The device 26 is further configured to transmit channel information for the transmitted synthesis information from the central wave-field synthesis module via the corresponding transmission links to the individual loudspeaker modules, so that an audio rendering can take place there. Depending on the embodiment, it is preferred to transmit further channel information for this channel for each synthesis signal relating to a channel from a virtual position to a concrete loudspeaker. That is, in a preferred embodiment of the present invention, means 24 for each synthesis signal also provides channel information and interpolates from calculated channel information and means 26 for To initiate transmission to the individual loudspeaker modules. Preferably, the means 26 is arranged to filter out non-significant synthesis signals and thus to transmit neither the non-significant synthesis signals nor the associated channel information in order to save data transmission capacities. Thus, the case often occurs that a virtual source leads to significant synthesis signals only for some speakers, while for all other speakers in the speaker array, although synthesis signals can be calculated due to the theory of wave field synthesis, but z. B. in terms of their performance in a given period of time are relatively small and can therefore be neglected in view of a reduced amount of data transmission.

Im einzelnen umfaßt die Einrichtung 24 Funktionalitäten, um dazu verwendet zu werden, um die Audiosignale vorzuverarbeiten. Darüber hinaus steuert die Einrichtung 24 die einzelnen Lautsprechermodule insbesondere auch dahingehend, daß sie entweder unmittelbar oder in Verbindung mit der Einrichtung 26 Synchronisationsinformationen in die zu den einzelnen Lautsprechermodulen übertragenen Datenströme einbringt und somit eine Zentralsynchronisation aller Lautsprechermodule auf das zentrale Wellenfeldsynthesemodul erreicht.More specifically, the device 24 includes functionality to be used to pre-process the audio signals. In addition, the device 24 controls the individual loudspeaker modules in particular to the effect that it brings synchronization information either directly or in connection with the device 26 in the data streams transmitted to the individual loudspeaker modules and thus achieves a central synchronization of all loudspeaker modules to the central wave field synthesis module.

Insbesondere ist das zentrale Wellenfeldsynthesemodul ausgebildet, um sämtliche Verarbeitungsoperationen durchzuführen, die für alle Reproduktionskanäle gleich sind, während gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept die Verarbeitungsoperationen dezentral durchgeführt werden, die für die einzelnen Lautsprecher bzw. die einzelnen Reproduktionskanäle unterschiedlich sind.In particular, the central wave-field synthesis module is designed to perform all processing operations that are the same for all reproduction channels, while according to the inventive concept the processing operations are performed decentralized, which are different for the individual loudspeakers or the individual reproduction channels.

Die Einrichtung 24 ist ferner ausgebildet, um eine Simulation von Wellenfeldsynthese-Informationen für Stereo-Signale, 5.1-Signale, 7.2-Signale, 10.2-Signale etc. im Hinblick auf eine kompatible Wiedergabe durchzuführen. Hierzu werden als Audioquellenpositionen die Normpositionen von Lautsprechern bezüglich eines Wiedergaberaums für das genormte Audioformat verwendet.The device 24 is further configured to simulate wave field synthesis information for stereo signals, 5.1 signals, 7.2 signals, 10.2 signals, etc. with a view to a compatible reproduction. For this purpose, the standard positions of loudspeakers with respect to a reproduction space for the standardized audio format are used as audio source positions.

In dieser Hinsicht wird nachfolgend auf Fig. 5 Bezug genommen. Fig. 5 zeigt einen Wiedergaberaum 50, ein Lautsprecherarray 52, das sich um den Wiedergaberaum erstreckt, sowie eine Vielzahl von virtuellen Quellen 53a-53e, die, wie es aus Fig. 5 ersichtlich ist, an virtuellen Positionen positioniert sind, die sich außerhalb des Wiedergaberaums 50 befinden. Die Einrichtung 24 ist in Verbindung mit der Einrichtung 25 von Fig. 1 ausgebildet, um aus den Audioquelleninformationen, also den Norm-Positionsangaben für ein solches beispielsweise 5.1-Signal, virtuelle Positionen zu berechnen, die manuell steuerbar sind. Je nach Ausführungsform wird es bevorzugt, die virtuellen Positionen z. B. ins Unendliche zu verschieben, so daß das Lautsprecherarray 52 den Wiedergaberaum 50 mit ebenen Wellen beschallt. Dies führt dazu, daß der sogenannte Sweet-Spot, also der Bereich in einem Wiedergaberaum, in dem ein optimaler Klangeindruck erhalten wird, im Vergleich zu einer üblichen Situation, bei der reale 5.7.-Lautsprecher im Wiedergaberaum plaziert sind, erheblich vergrößert wird.In this regard, reference is made below to FIG. 5. FIG. 5 shows a playback room 50, a speaker array 52 extending around the playback room, and a plurality of virtual sources 53a-53e positioned at virtual positions, as seen in FIG Playroom 50 are located. The device 24 is designed in conjunction with the device 25 of FIG. 1 in order to calculate virtual positions from the audio source information, ie the standard position information for such a 5.1 signal, for example, which are manually controllable. Depending on the embodiment, it is preferred that the virtual positions z. B. to infinity, so that the speaker array 52 sonicates the playback room 50 with even waves. As a result, the so-called sweet spot, that is, the area in a reproduction room in which an optimal sound impression is obtained, is considerably increased as compared with a conventional situation where real 5.7 speakers are placed in the reproduction room.

Alternativ können die virtuellen Quellen auch an finiten virtuellen Positionen plaziert werden und als Punktquellen modelliert werden, wobei diese Option den Vorteil hat, daß der Klangeindruck auf den Kino-Zuschauer/Zuhörer angenehmer wirkt. Ebene Wellen haben die Eigenschaft, daß der Zuhörer den Eindruck hat, daß er in einem sehr großen Raum sitzt, was insbesondere zu einer unangenehmen Sinneswahrnehmung führt, wenn auf der Leinwand beispielsweise gerade eine U-Boot-Szene stattfindet. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß übliche Kinofilme mit beispielsweise 5.1-Audiospuren keine Informationen über akustische Eigenschaften des Aufnahme-Settings umfassen. Daher wird es in einem solchen Fall bevorzugt, einen Kompromiß zwischen den ebenen Wellen, also den virtuellen Quellen an unendlicher Position oder den virtuellen Quellen an einer finiten Position zu finden. In diesem Zusammenhang liefert das erfindungsgemäße Audiowiedergabesystem ferner die Möglichkeit, je nach Filmszene die virtuellen Positionen der virtuellen Lautsprecher 53a-53e zu variieren. Findet beispielsweise eine Szene unter freiem Himmel statt, so können die Lautsprecher ins Unendliche positioniert werden. Findet dagegen eine Szene in einem kleinen Raum statt, so können die Lautsprecher näher an den Wiedergaberaum 50 hin positioniert werden.Alternatively, the virtual sources may also be placed at finite virtual positions and modeled as point sources, this option having the advantage that the sound impression is more pleasing to the cinema viewer / listener. Level waves have the property that the listener has the impression that he sits in a very large room, which in particular leads to an unpleasant sensory perception when, for example, a submarine scene is taking place on the screen. In this context, it should be noted that usual movies with example 5.1 audio tracks no information about acoustic Include recording settings. Therefore, in such a case, it is preferable to find a compromise between the plane waves, that is, the infinite position virtual sources or the virtual sources at a finite position. In this connection, the audio playback system according to the invention also provides the possibility of varying the virtual positions of the virtual loudspeakers 53a-53e depending on the scene of the movie. If, for example, an outdoor scene takes place, the speakers can be positioned at infinity. Conversely, if a scene takes place in a small room, the speakers can be positioned closer to the playback room 50.

Im Zusammenhang mit der kompatiblen Wiedergabe ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Eingabeeinrichtung 20 ausgebildet, um die Audiospuren, die dem Videosignal zugeordnet sind, um eine bestimmte Zeit-"Verzögerung" vor den Videosignalen abzutasten, derart, daß nach der Verarbeitung im Wellenfeldsynthesemodul in den einzelnen Lautsprechermodulen der zu einem Zeitpunkt gehörige Ton gleichzeitig mit dem zu einem Zeitpunkt gehörigen Videosignal abgetastet wird. Die negative "Verzögerung" muß zumindest derart bemessen sein, daß in dem erfindungsgemäßen Audiowiedergabesystem Ton und Bild zueinander gehörig ausgestrahlt werden. Wird die negative Verzögerung etwas größer bemessen, so können die Signale bereits fertig berechnet werden und beispielsweise durch ein entsprechendes Synchronisationssignal, das Synchronität von Bild und Ton sicherstellt, von den Lautsprechermodulen zu den Lautsprechern ausgegeben werden.In the context of compatible playback, in a preferred embodiment of the present invention, the input device 20 is configured to sample the audio tracks associated with the video signal to sample a certain time "delay" from the video signals, such that after processing in the wave field synthesis module in the individual loudspeaker modules, the sound belonging at a time is sampled simultaneously with the video signal belonging at a time. The negative "delay" must at least be such that in the audio playback system according to the invention sound and image are radiated to each other. If the negative delay is dimensioned somewhat larger, the signals can already be completely calculated and output from the loudspeaker modules to the loudspeakers, for example, by means of a corresponding synchronization signal which ensures synchronicity of image and sound.

Sowohl im Fall der kompatibel Wiedergabe als auch im Fall, in dem das eingegebene Audiosignal bereits vorbereitete Wellenfeldsynthese-Informationen über Schallquellen im Aufnahme-Setting umfaßt, wird es bevorzugt, Informationen über den Wiedergaberaum über eine Leitung 27 der Kanalinformationsberechnungseinrichtung 24 zuzuführen, so daß die Synthesesignale unter Verwendung der Informationen über den Wiedergaberaum aufbereitet werden können, um z. B. eine Elimination der akustischen Eigenschaften des Wiedergaberaums zu erreichen.Both in the case of the compatible reproduction and in the case where the input audio signal already includes prepared wave field synthesis information about sound sources in the recording setting, it is preferable to provide information about the reproduction room via a line 27 of FIG Channel information computation device 24 supply so that the synthesis signals can be prepared using the information about the playback room to z. B. to achieve an elimination of the acoustic properties of the playback room.

Informationen über den Wiedergaberaum können entweder aufgrund der geometrischen Beschaffenheit des Wiedergaberaums ermittelt werden, oder im Wiedergaberaum unter Verwendung der Lautsprecher und spezieller Mikrophonarrays gemessen werden, wobei eine Ansteuerung und Auswertung hierfür über ein Adaptionsmodul 28 für den Wiedergaberaum stattfinden kann. So wird es bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bevorzugt, während der Wiedergabe die akustischen Eigenschaften des Wiedergaberaums zu bestimmen und entsprechend die Informationen über den Wiedergaberaum nachzustellen, so daß auch für ein beispielsweise gefülltes Kino eine optimale Unterdrückung der Kinoakustik stattfindet. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß sich insbesondere bei kleineren, vollgefüllten Wiedergaberäumen die akustischen Eigenschaften des Wiedergaberaums deutlich von denen unterscheiden, wenn keine Personen in dem Wiedergaberaum vorhanden sind.Information about the playback room can either be determined on the basis of the geometric nature of the playback room, or measured in the playback room using the speakers and special microphone arrays, wherein an activation and evaluation thereof can take place via an adaptation module 28 for the playback room. Thus, in one embodiment of the present invention, it is preferred to determine the acoustic characteristics of the playback room during playback and, accordingly, to readjust the information about the playback room, so that even for a cinema filled, for example, cinema acoustics are suppressed optimally. It should be noted that, especially in smaller, well-filled playback rooms, the acoustic properties of the playback room significantly different from those when there are no people in the playback room.

Das Adaptionsmodul 28 für den Wiedergaberaum umfaßt ferner ein Mikrophonarray, das zur Messung der Eigenschaften der Wiedergabe eingesetzt werden kann. Ferner umfaßt das Adaptionsmodul 28 für den Wiedergaberaum Algorithmen, um die Position von Lautsprecherarrays in dem Reproduktionsraum zu finden. Ferner wird hier eine Vorverarbeitung von Meßergebnissen durchgeführt, um eine optimale Invertierung der Raum- und der Lautsprechereigenschaften durchzuführen, wobei das Adaptionsmodul 28 hierzu vorzugsweise von der Einrichtung 24 angesteuert wird.The reproduction room adaptation module 28 further comprises a microphone array which can be used to measure the characteristics of the reproduction. Further, the playback room adaptation module 28 includes algorithms for finding the location of speaker arrays in the reproduction room. Furthermore, a preprocessing of measurement results is carried out here in order to carry out an optimal inversion of the room and loudspeaker characteristics, wherein the adaptation module 28 is preferably controlled by the device 24 for this purpose.

Je nach Ausführungsform wird das Adaptionsmodul 28 für den Wiedergaberaum lediglich zum Systemaufbau benötigt. Wenn aber eine durchgehende Adaption an eine veränderte Situation im Wiedergaberaum gewünscht ist, kann das Adaptionsmodul 28 auch im Betrieb dauernd eingesetzt werden.Depending on the embodiment, the adaptation module 28 for the reproduction room is needed only for system construction. However, if a continuous adaptation to a changed situation in the reproduction room is desired, the adaptation module 28 can also be used continuously during operation.

Wenn die Kanalinformationsberechnungseinrichtung 24 zum Verarbeiten von in die Einrichtung 20 eingegebenen WFSspezifischen Signalen eingesetzt wird, werden die zusätzlichen WFS-Informationen, also die Eigenschaften beispielsweise der Audioobjekte und die Eigenschaften des Aufnahmeraums, aus dem eingegebenen Audiosignal extrahiert und über eine WFS-Informationsleitung 29 der Einrichtung 24 zugeführt, damit diese Informationen bei der Kanalinformationsberechnung berücksichtigt werden können.When the channel information calculator 24 is used to process WFS-specific signals inputted to the device 20, the additional WFS information, that is, the characteristics of, for example, the audio objects and the characteristics of the recording space are extracted from the input audio signal and via a WFS information line 29 of the device 24, so that this information can be taken into account in the channel information calculation.

In diesem Fall ist das zentrale WFS-Modul ferner ausgebildet, um eine Vorverarbeitung der WFS-aufbereiteten Audiosignale durchzuführen. Ferner ist die Einrichtung 24 und/oder die Einrichtung 26 dafür vorgesehen, die Synchronisation zwischen Bild und Ton zu erreichen, wobei hierfür, wie es ausgeführt worden ist, in den vorzugsweise seriellen Datenströmen zu den einzelnen Lautsprechermodulen Zeitcodes eingebracht werden. Schließlich ist die Kanalinformationsberechnungseinrichtung 24, wie es bereits ausgeführt worden ist, auch dafür verantwortlich, um das Adaptionsmodul 28 anzusteuern, um die Messung der akustischen Eigenschaften des Reproduktionsraums, wenn dies gewünscht ist, entweder vor der Wiedergabe oder während der Wiedergabe zu steuern.In this case, the central WFS module is further configured to perform pre-processing of the WFS-processed audio signals. Furthermore, the device 24 and / or the device 26 is intended to achieve the synchronization between image and sound, for which purpose, as has been explained, time codes are introduced in the preferably serial data streams to the individual loudspeaker modules. Finally, as previously stated, the channel information calculator 24 is also responsible for driving the adaptation module 28 to control the measurement of the acoustic characteristics of the reproduction space, if desired, either before playback or during playback.

Die Multiplexer/Sendestufe 26 ist ausgebildet, um Synchronisationsinformationen, die entweder von der Einrichtung 24, von der Steuereinrichtung 20 oder in der Einrichtung 26 selbst erzeugt werden, in die Datenströme zu den Lautsprechermodulen einzufügen, denen ferner die für die einzelnen Lautsprecher erforderlichen Synthesesignale und nötige Kanalinformationen zugeführt werden.The multiplexer / transmitter stage 26 is designed to insert synchronization information generated either by the device 24, by the control device 20 or in the device 26 itself into the data streams to the loudspeaker modules, which are further provided for the individual speakers required synthesis signals and necessary channel information to be supplied.

An dieser Stelle sei ferner darauf hingewiesen, daß der Einrichtung 24 zur Berechnung der Kanalinformationen und zur Berechnung der Synthesesignale ferner die Lautsprecherorte in dem speziellen Wiedergaberaum zur Verfügung gestellt werden müssen, um die einzelnen Synthesesignale und die einzelnen Kanalinformationen für die einzelnen Lautsprecher zu berechnen. Dies ist in Fig. 2 durch eine Leitung 30 symbolisch dargestellt.It should also be noted that the channel information computation means 24 and the synthesis signal computation means 24 must further be provided with the speaker locations in the special playback room to compute the individual synthesis signals and the individual channel information for the individual speakers. This is shown symbolically in FIG. 2 by a line 30.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 3 auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Lautsprechermodul eingegangen. Das Lautsprechermodul umfaßt zunächst einen Empfänger/Decodiererblock 31, um den Datenstrom von der Selektionseinrichtung zu empfangen, und aus demselben Synthesesignale 31a, zugeordnete Kanalinformationen 31b sowie Synchronisationsinformationen 31c zu extrahieren. Das Lautsprechermodul, das in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt ferner als zentrale Einheit eine Audio-Rendering-Einrichtung 32 zum Berechnen eines Wiedergabesignals für den Lautsprecher unter Verwendung der einen oder der mehreren Synthesesignale und unter Verwendung der Kanalinformationen, die den Synthesesignalen zugeordnet sind. Schließlich umfaßt ein Lautsprechermodul eine Signalverarbeitungseinrichtung 33 mit einem Digital/Analog-Wandler zum Erzeugen eines analogen Lautsprecher-Signals, das dem betroffenen Lautsprecher LSi 34 zugeführt wird, um ein Schallsignal zu erzeugen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 33 und insbesondere der Resampler, der mit dem Digital/Analog-Wandler zusammenarbeitet, wird über die vom Empfänger 31 aus dem Datenstrom extrahierten Synchronisationsinformationen (31c) versorgt, um synchron zum zentralen Wellenfeldsynthesemodul und damit synchron zu allen anderen Lautsprechermodulen die von der Einrichtung 24 von Fig. 1 berechneten an den Lautsprechern überlagerten und mit Kanalinformationen beaufschlagten Synthesesignale zeitrichtig abzustrahlen.Hereinafter, referring to FIG. 3, a preferred embodiment for a speaker module will be discussed. The speaker module first includes a receiver / decoder block 31 for receiving the data stream from the selection device and for extracting from the same synthesis signal 31a, associated channel information 31b and synchronization information 31c. The loudspeaker module shown in Fig. 3 further comprises as a central unit an audio rendering device 32 for calculating a reproduction signal for the loudspeaker using the one or more synthesis signals and using the channel information associated with the synthesis signals. Finally, a loudspeaker module comprises a signal processing device 33 with a digital / analogue converter for generating an analogue loudspeaker signal, which is supplied to the relevant loudspeaker LSi 34 in order to generate a sound signal. The signal processing device 33 and in particular the resampler, which cooperates with the digital / analog converter, is supplied via the synchronization information (31c) extracted from the data stream by the receiver 31 in order synchronously with the central wave field synthesis module and thus synchronously with all other loudspeaker modules that of the device 24 of Fig. 1 calculated on the Superimposed loudspeakers superimposed and acted upon with channel information synthesis signals.

Das in Fig. 3 gezeigte Lautsprechermodul zeichnet sich somit durch die Kombination eines digitalen Empfängers, einer weiteren Signalverarbeitungseinrichtung und eines Digital-Analog-Wandlers aus, wobei in der Signalverarbeitungseinrichtung 33 insbesondere auch ein digitaler Verstärker vorgesehen sein kann. Alternativ kann das Signal jedoch auch nach der Digital/Analog-Wandlung verstärkt werden, obgleich die digitale Verstärkung aufgrund der genaueren Möglichkeit der Synchronisation bevorzugt wird. Ferner wird es bevorzugt, den Lautsprecher 34 über eine kurze Analogleitung mit der Signalverarbeitungseinrichtung 33 zu koppeln. Ist es jedoch nicht möglich, daß die Leitung von der Signalverarbeitungseinrichtung 33 zum Lautsprecher 34 kurz ist, so wird es bevorzugt, daß die entsprechenden Leitungen aller Lautsprecher dieselbe Länge haben bzw. Längenunterschiede haben, die in einer vorbestimmten Toleranzgrenze liegen, da die Synchronisation vorzugsweise auf digitaler Seite durchgeführt wird, so daß bei stark unterschiedlichen Leitungslängen zwischen den Lautsprechermodulen und dem Lautsprecher eine Desynchronisation auftreten könnte, die bereits zu hörbaren Artefakten bzw. zu einem Verlust des Klangeindrucks, der durch die Wellenfeldsynthese geschaffen werden soll, führen könnten.The loudspeaker module shown in FIG. 3 is thus characterized by the combination of a digital receiver, a further signal processing device and a digital-analog converter, wherein in the signal processing device 33 in particular a digital amplifier can also be provided. Alternatively, however, the signal may be amplified even after the digital-to-analog conversion, although the digital gain is preferred because of the more accurate possibility of synchronization. Furthermore, it is preferred to couple the loudspeaker 34 to the signal processing device 33 via a short analogue line. However, if it is not possible that the line from the signal processor 33 to the loudspeaker 34 is short, it is preferred that the respective lines of all the loudspeakers have the same length or have differences in length which are within a predetermined tolerance because the synchronization is preferably on digital side is performed so that at very different line lengths between the speaker modules and the speaker desynchronization could occur, the already audible artifacts or a loss of sound impression, which should be created by the wave field synthesis, could result.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden als Kanalinformationen Kanalimpulsantworten im Zeitbereich oder im Frequenzbereich übertragen. In diesem Fall ist die Audio-Renderingeinrichtung 32 ausgeführt, um eine Faltung der einzelnen Synthesesignale mit den den Synthesesignalen zugeordneten Kanalinformationen durchzuführen. Diese Faltung kann tatsächlich im Zeitbereich als Faltung implementiert werden, oder kann je nach Bedarf im Frequenzbereich durch Multiplikation des Analysesignals im Frequenzbereich mit der Kanalübertragungsfunktion durchgeführt werden. Eine im Hinblick auf den Verarbeitungsaufwand optimierte Ausgestaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Audio-Renderingeinrichtung 32 und umfaßt für jedes Synthesesignals sji(t) einen Zeit-Frequenz-Umsetzungsblock 34a, 34b, 34c, sowie für jeden Zweig einen Multiplizierer 35a, 35b, 35c zum Multiplizieren der Transformierten eines Synthesesignals mit der Transformierten einer Kanalimpulsantwort Hji(f), einen Summierer 36 sowie eine abschließende Frequenz-Zeit-Umsetzungseinrichtung 37, die derart verschaltet sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß sie im Hinblick auf den Verarbeitungsaufwand reduziert ist, indem die Summation der Synthesesignale, die bereits mit den entsprechenden Kanalübertragungsfunktionen beaufschlagt sind, im Frequenzbereich stattfindet, so daß für jedes Lautsprechermodul unabhängig von der Anzahl der Synthesesignale nur eine einzige Frequenz-Zeit-Umsetzungseinrichtung vorhanden ist. Je nach Ausführungsform kann die Zeit-Frequenz-Transformation der Synthesesignale Sji vollständig parallel ausgeführt werden, oder, wenn ausreichend Zeit vorhanden ist, auch seriell/parallel oder komplett seriell.In a preferred embodiment of the present invention, channel impulse responses in the time domain or in the frequency domain are transmitted as channel information. In this case, the audio rendering device 32 is designed to perform a convolution of the individual synthesis signals with the channel information associated with the synthesis signals. This convolution can actually be implemented in the time domain as convolution, or can be implemented as needed in the time domain Frequency domain by multiplying the analysis signal in the frequency domain with the channel transfer function are performed. An optimized with regard to the processing effort embodiment is shown in Fig. 4. Fig. 4 shows a preferred embodiment of the audio rendering device 32 and comprises for each synthesis signal s ji (t) a time-frequency conversion block 34a, 34b, 34c, and for each branch a multiplier 35a, 35b, 35c for multiplying the transform of one Synthesis signal with the transform of a channel impulse response H ji (f), a summer 36 and a final frequency-time conversion means 37, which are connected in such a way as shown in Fig. 4. The arrangement shown in Fig. 4 is characterized in that it is reduced in terms of processing complexity by the summation of the synthesis signals, which are already subjected to the corresponding channel transfer functions, takes place in the frequency domain, so that for each speaker module, regardless of the number the synthesis signals only a single frequency-time conversion device is present. Depending on the embodiment, the time-frequency transformation of the synthesis signals S ji can be carried out completely in parallel, or, if sufficient time is available, also serial / parallel or completely serial.

Wie es ausgeführt worden ist, zeichnet sich die in Fig. 4 gezeigte bevorzugte Audio-Rendering-Einrichtung 32 dadurch aus, daß sie unabhängig von der Anzahl von Synthesesignalen, die einem Lautsprechermodul zugeführt werden, lediglich eine einzige Frequenz-Zeit-Umsetzungseinrichtung 37 aufweist, die vorzugsweise als inverse FFT implementiert ist, wobei in diesem Fall die Einrichtungen 34a, 34b, 34c als FFT (FFT = schnelle Fourier-Transformation) implementiert sind.As has been stated, the preferred audio rendering device 32 shown in Figure 4 is characterized by having only a single frequency-to-time translator 37, regardless of the number of synthesis signals applied to a loudspeaker module. which is preferably implemented as inverse FFT, in which case the devices 34a, 34b, 34c are implemented as FFT (fast Fourier transform).

Die in Fig. 3 gezeigte Audio-Rendering-Einrichtung 32 ist ferner ausgebildet, um spezielle Programminformationen von dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul, das in Fig. 2 gezeigt ist, zu erhalten. Hierzu umfaßt die Multiplexer/Sendestufe 26 einen speziellen Ausgang, um die Programminformationen zu den Lautsprecher-Modulen zu liefern. Je nach Anwendungsfall können die Programminformationen auch in den Datenstrom mit Synthesesignalen und Kanalinformationen gemultiplext sein, obgleich dies nicht zwingend erforderlich ist.The audio rendering device 32 shown in FIG. 3 is further configured to receive special program information from the central wave field synthesis module shown in FIG. 2. To this end, the multiplexer / transmitter stage 26 includes a dedicated output to provide the program information to the speaker modules. Depending on the application, the program information can also be multiplexed into the data stream with synthesis signals and channel information, although this is not absolutely necessary.

Nachfolgend wird ein Beispiel für die Übertragung von Programminformationen zu einem Lautsprecher-Modul dargestellt. Werden die Kanalinformationen als Kanalimpulsantworten beschrieben und zu den einzelnen Lautsprechermodulen übertragen, so wird es bevorzugt, im Sinne einer Datenrateneinsparung, nicht die gesamte Impulsantwort zu übertragen, sondern lediglich Abtastwerte der Impulsantwort, die in einem vorderen Bereich der Impulsantwort liegen, dessen Einhüllende noch einen Betrag über einem Schwellenwert hat. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß Impulsantworten typischerweise zu kleinen Zeitpunkten große Werte haben und nach und nach kleinere Werte annehmen und schließlich einen sogenannten "Nachhallschwanz" haben, der für den Klangeindruck zwar wichtig ist, dessen Abtastwerte jedoch nicht mehr besonders groß sind, und dessen spezielle Phasenverhältnisse vom Ohr nicht mehr stark wahrgenommen werden. In diesem Fall wird es bevorzugt, den Nachhallschwanz, dessen Einhüllende unterhalb des Schwellenwerts liegt, nicht mehr anhand seiner Abtastwerte zu übertragen, sondern lediglich noch Stützwerte für die Einhüllende zu übertragen. Abtastwerte für den Nachhallschwanz, die von der Audio-Rendering-Einrichtung 32 benötigt werden, werden dann erfindungsgemäß dadurch erzeugt, daß die Audio-Rendering-Einrichtung eine zufällige Folge von Nullen und Einsen erzeugt, deren Amplitude mit den übertragenen Stützwerten für die Einhüllende gewichtet werden. Zur weiteren Datenreduktion wird es bevorzugt, nur einige wenige Stützwerte zu übertragen und zwischen den Stützwerten zu interpolieren, und die interpolierte Einhüllende dann zur Gewichtung der Zufalls-0/1-Folge zu verwenden.The following is an example of transmitting program information to a speaker module. If the channel information is described as channel impulse responses and transmitted to the individual loudspeaker modules, it is preferred not to transmit the entire impulse response in terms of data rate saving, but only impulse response samples located in a forward portion of the impulse response whose envelope is still an amount above a threshold. At this point it should be noted that impulse responses typically have large values at small times and gradually take on smaller values and finally have a so-called "reverberation tail", which is important for the sound impression but whose samples are no longer particularly large, and whose special phase relationships are no longer strongly perceived by the ear. In this case, it is preferable to no longer transmit the reverberation tail, whose envelope lies below the threshold value, on the basis of its sampled values, but merely to transmit base values for the envelope. Reverberation tail samples needed by the audio rendering device 32 are then generated according to the invention by the audio rendering device generating a random sequence of zeros and ones whose amplitude is weighted with the transmitted envelope values for the envelope , For further data reduction, it is preferred to transmit only a few support values and to interpolate between the support values, and then use the interpolated envelope to weight the random 0/1 sequence.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Zufalls-0/1-Folge vorzugsweise durch positive Spannungswerte für eine "1" und negative Spannungswerte für eine "0" realisiert wird. Die Information darüber, daß die Audio-Rendering-Einrichtung Kanalinformationen empfängt, die bis zu einem bestimmten Wert tatsächliche Samples sind und dann lediglich Stützwerte für die Einhüllende sind, wird über den Programminformationeneingang, der in Fig. 3 gezeigt ist, übertragen, oder ist fest vereinbart.It should be noted that the random 0/1 sequence is preferably realized by positive voltage values for a "1" and negative voltage values for a "0". The information that the audio rendering device receives channel information that is up to a certain value actual samples and then only support values for the envelope is transmitted via the program information input shown in Fig. 3, or is fixed agreed.

Das erfindungsgemäße Wellenfeldsynthesemodul umfaßt ferner eine in Fig. 2 nicht gezeigte WFS-Mixingkonsole, die ein Autorensystem umfaßt, um WFS-Tonbeschreibungen zu erzeugen.The wave-field synthesis module of the present invention further includes a WFS mixing console, not shown in FIG. 2, which includes an authoring system to generate WFS sound descriptions.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 6 auf die der Erzeugung von Synthesesignalen zugrundeliegende Vorgehensweise eingegangen. Betrachtet wird ein System mit drei virtuellen Quellen an drei virtuellen Positionen 60, 61, 62 sowie einem Lautsprecher LSi 63 an einer realen Lautsprecherposition, die dem zentralen WFS-Modul bekannt ist. Ferner sind die virtuellen Positionen der virtuellen Quellen 60, 61, 62 dem zentralen Wellenfeldsynthesemodul entweder daraus bekannt, daß sie in einem WFS-aufbereiteten Eingabesignal zugeführt werden, oder daß sie unter Verwendung von Audioquellenpositionen durch die Einrichtung 25 zur Berechnung der virtuellen Positionen abgeleitet werden. Die Synthesesignale s2i, s2i und s3i sind die Signale, die der Lautsprecher 63 abstrahlen muß, und die auf die jeweiligen virtuellen Positionen 60, 61, 62 zurückgehen. Daraus wird ersichtlich, daß, wie es ausgeführt worden ist, jeder Lautsprecher die Überlagerung von mehreren Synthesesignalen abstrahlen wird.Referring now to Fig. 6, the procedure underlying the generation of synthesis signals is discussed. Consider a system with three virtual sources at three virtual locations 60, 61, 62 and a loudspeaker LSi 63 at a real speaker position known to the central WFS module. Further, the virtual positions of the virtual sources 60, 61, 62 are known to the central wave-field synthesis module either from being fed in a WFS-edited input signal or from being derived by the virtual position calculation means 25 using audio source positions. The synthesis signals s 2i, s 2i and s 3i are the signals which the loudspeaker 63 must emit and which go back to the respective virtual positions 60, 61, 62. It will thus be seen that, as has been stated, each speaker will emit the superposition of multiple synthesis signals.

Zwischen jeder virtuellen Position und jedem Lautsprecher wird ferner ein Kanal ji definiert, der beispielsweise durch eine Impulsantwort, eine Übertragungsfunktion oder irgendeine andere Kanalinformation beschrieben werden kann, wie es anhand von Fig. 7 dargestellt ist. In die Kanalbeschreibung können sämtliche gewünschte Eigenschaften verpackt werden, um dann die Synthesesignale, die von dem Wellenfeldsynthesemodul berechnet werden, mit den Kanalinformationen für den entsprechenden einem Synthesesignal zugeordneten Kanal zu beaufschlagen. Ist die Kanalinformation in Form einer Impulsantwort gegeben, die den Kanal beschreibt, so ist die Beaufschlagung eine Faltung. Liegen die Signale im Frequenzbereich vor, so ist die Beaufschlagung eine Multiplikation. Alternative Kanalinformationen können ebenfalls je nach Ausführungsform eingesetzt werden.Between each virtual position and each speaker is further defined a channel j i , for example may be described by an impulse response, a transfer function, or any other channel information, as illustrated with reference to FIG. In the channel description, all the desired properties can be packaged in order then to apply the channel information for the corresponding channel assigned to a synthesis signal to the synthesis signals, which are calculated by the wave field synthesis module. If the channel information is in the form of an impulse response describing the channel, then the imposition is a convolution. If the signals are present in the frequency domain, the application is multiplied. Alternative channel information may also be used depending on the embodiment.

Im nachfolgenden wird anhand von Fig. 7 dargestellt, durch welche Informationen ein Kanal 70 von einer virtuellen Quelle 71 zu einem realen Lautsprecher 72 beeinflußt werden kann. Zunächst geht in die Kanalinformation, also beispielsweise die Kanalimpulsantwort die virtuelle Position der virtuellen Quelle 71 ein. Ferner gehen Eigenschaften der virtuellen Quelle ein, wie z. B. Größe, Dichte, etc. So wird z. B. ein kleines Triangel anders beschrieben und modelliert werden müssen, als eine große Pauke. Ferner gehen, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, die Eigenschaften des Aufnahmeraums in die Kanalübertragungsfunktion ein. Weitere Einflußkomponenten sind eine Systemverzerrung des gesamten Audiowiedergabesystems, in dem beispielsweise Lautsprecherverzerrungen bzw. Nichtidealitäten der Lautsprecher enthalten sind. In die Kanalinformationen gehen ferner Informationen über den Wiedergaberaum ein, um eine Kompensation der akustischen Eigenschaften des Wiedergaberaums zu erreichen. Wenn von dem Wiedergaberaum beispielsweise bekannt ist, daß er eine frontal einem Lautsprecher gegenüberliegende Wand aufweist, die reflektiert, und deren Reflexion jedoch unterdrückt werden soll, so wird der entsprechende Lautsprecher unter Berücksichtigung dieser Informationen derart angesteuert, daß er ein Signal enthält, das zu dem reflektierten Signal um 180 Grad phasenverschoben ist und eine entsprechende Amplitude hat, so daß eine auslöschende Reflexion auftritt und die Wand akustisch transparent wird, d. h. für einen Zuhörer nicht mehr aufgrund der Reflexionen identifizierbar ist.In the following, it is shown with reference to FIG. 7 through which information a channel 70 from a virtual source 71 to a real loudspeaker 72 can be influenced. First, the virtual position of the virtual source 71 enters into the channel information, that is to say, for example, the channel impulse response. Furthermore, properties of the virtual source are included, such as: B. size, density, etc. So z. For example, a small triangle must be described and modeled differently than a large timpani. Further, as shown in Fig. 7, the characteristics of the accommodating space enter into the channel transfer function. Further influencing components are a system distortion of the entire audio reproduction system in which, for example, loudspeaker distortions or non-idealities of the loudspeakers are contained. Information about the reproduction space is also input to the channel information in order to achieve a compensation of the acoustic properties of the reproduction space. For example, if it is known from the playback room that it has a wall facing the front of a loudspeaker, which reflects, but whose reflection is to be suppressed, then the corresponding loudspeaker becomes submerged Considering this information is controlled so that it contains a signal which is 180 degrees out of phase with the reflected signal and has a corresponding amplitude, so that an extinguishing reflection occurs and the wall is acoustically transparent, ie no longer for a listener due to the reflections is identifiable.

Schließlich kann die Kanalinformation auch dazu verwendet werden, um eine bestimmte Zielwiedergabeakustik einzustellen. Hierzu wird es bevorzugt, zunächst die Akustik des Wiedergaberaums zu unterdrücken in Form einer Wiedergaberaumkompensation, um dann Kanalinformationen zu erzeugen und dem Wellenfeldsynthesemodul zuzuführen, so daß in einem Wiedergaberaum eine Akustik eines beliebigen anderen Wiedergaberaums simuliert werden kann.Finally, the channel information may also be used to set a particular target playback acoustics. For this purpose, it is preferred to first suppress the acoustics of the reproduction room in the form of a reproduction space compensation, in order to then generate and supply channel information to the wave field synthesis module so that an acoustics of any other reproduction room can be simulated in a reproduction room.

Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Wiedergeben eines Audiosignals in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, daß das Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertem Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.Depending on the circumstances, the inventive method for reproducing an audio signal can be implemented in hardware or in software. The implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is executed. In general, the invention thus also consists in a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Claims (20)

  1. An audio reproduction system for a reproduction room, wherein a plurality of loudspeakers (14a - 14e) is disposed at defined loudspeaker positions, by using an audio signal with a plurality of audio tracks, wherein an audio source position is associated to every audio track, comprising:
    a central wave-field synthesis module (10), formed to
    determine audio channel information for every audio channel from a virtual position to a loudspeaker position, wherein the virtual position depends on the audio source position associated to the audio track, so that audio channel information is present for every channel from every virtual position to every loudspeaker,
    calculate (24) synthesis signals from the virtual positions for the loudspeakers, and
    supply (26) one or several synthesis signals to every loudspeaker to be reproduced by the respective loudspeaker, as well as channel information for the one or the several synthesis signals;
    a plurality of loudspeaker modules (12a - 12e), wherein a loudspeaker module is associated to a loudspeaker and wherein every loudspeaker module comprises:
    a receiver (31) for receiving the one or several synthesis signals for the respective loudspeakers as well as the channel information;
    a rendering means (32) for calculating a reproduction signal for the loudspeaker by using the one or several synthesis signals and the channel information for the respective loudspeaker; and
    a signal processing means (33) for generating an analog loudspeaker signal, which can be supplied to the respective loudspeaker due to the reproduction signal; and
    a plurality of transmission lines (16a - 16e) from the central wave-field synthesis module to every loudspeaker, wherein every transmission path is coupled to the central wave-field synthesis module on the one hand and to an individual loudspeaker module on the other hand.
  2. The audio reproduction system according to claim 1, wherein every loudspeaker module is combined with the loudspeaker to which the same is associated, so that a spatial distance between the loudspeaker and the loudspeaker module is smaller than a spatial distance between the loudspeaker module and the central wave-field synthesis module.
  3. The audio reproduction system according to claim 1 or 2, wherein the audio channel information is impulse responses for the audio channels.
  4. The audio reproduction system of claim 3, wherein the rendering means for calculating a reproduction system has a convolution means to perform one or several convolutions by using the one or several synthesis signals with the respective impulse responses.
  5. The audio reproduction system of claim 4, wherein the rendering means (32) comprises:
    a time-domain frequency-domain conversion means (34a, 34b, 34c) for every synthesis signal;
    a multiplication means (35a, 35b, 35c) for every synthesis signal;
    a summation means (26) for summing synthesis signals provided with respective channel impulse responses present in the frequency domain; and
    a single frequency-domain time-domain conversion means (37) for converting the sum signal into the time domain to obtain the reproduction signal.
  6. The audio reproduction system of claim 1, wherein the signal processing means (33) in the loudspeaker module has a digital amplifier.
  7. The audio reproduction system of claim 4, wherein the central wave-field synthesis module is formed to transmit a first part of the channel impulse response sample by sample and a second part merely by using envelope support values, and
    wherein the rendering means (32) is formed to reconstruct the second part of the channel impulse response by using the supporting values.
  8. The audio reproduction system of claim 7, wherein the rendering means (32) is formed to generate the second part of the channel impulse response by a noise generator or pseudo-noise generator, wherein noise values or pseudo noise values are weighted in amplitude with the support values and/or auxiliary values interpolated from the support values.
  9. The audio reproduction system of one of the previous claims, wherein the audio tracks are standardized multi channel tracks and the audio source positions are standard positions relating to a positioning of reproduction loudspeakers in a reproduction room, wherein the number of standard positions is equal to the number of standardized multi channel tracks.
  10. The audio reproduction system of claim 9, wherein the wave-field synthesis module is formed to calculate the virtual positions for calculating (25) the audio channel information from the standard position (22).
  11. The audio reproduction system of claim 10, wherein the wave-field synthesis module is formed to place the virtual positions in infinity, so that the plurality of loudspeakers together emit plane sound waves.
  12. The audio reproduction system of claim 10, wherein the wave-field synthesis module is formed to simulate virtual reproduction loudspeakers at defined virtual positions as point-shaped sound sources, which are so far away from the plurality of loudspeakers that an optimum reproduction region generally comprises the whole reproduction room.
  13. The audio reproduction system of one of claims 9 to 12, wherein the audio tracks are part of a video or cinema film, wherein the wave-field synthesis module is formed to sample the audio tracks of the video or cinema film shifted by a time period prior to a video reproduction, wherein the time period is chosen to obtain a simultaneous reproduction of image and sound under consideration of a processing time in the wave-field synthesis module and the loudspeaker module.
  14. The audio reproduction system of one of claims 1 to 13, wherein the audio signal for audio objects in a recording environment comprises as audio track an audio signal of the object as well as a position of the audio object in the recording environment, one or several characteristics of the audio objects, such as size or density and/or information about acoustic characteristics of a recording environment.
  15. The audio reproduction system of claim 14, wherein the wave-field synthesis module is formed to determine the virtual positions from positions of the audio objects in the recording environment.
  16. The audio reproduction system of one of the previous claims, wherein the wave-field synthesis module is formed to obtain information about acoustic characteristics of the reproduction room and consider them when determining the channel information, so that the sound waves reproduced by the plurality of loudspeakers are formed such that the acoustic influences of the reproduction room are reduced.
  17. The audio reproduction system of one of the previous claims, wherein the wave-field synthesis module is formed to perform an adaptation to an acoustic of the reproduction room prior or during a reproduction of the audio signal, by
    calculating a plurality of room impulse response between the loudspeaker and microphones positioned in the reproduction room,
    interpolating an overall impulse response of the reproduction room from the plurality of room impulse responses, and
    considering the overall impulse response when calculating the channel information to reduce acoustic characteristics of the reproduction room.
  18. The audio reproduction system of one of the previous claims, wherein the central wave-field synthesis module is formed to generate synchronization information and to embed it into data streams to the loudspeaker modules, and wherein the plurality of loudspeaker modules is formed to receive the synchronization information from the central wave-field synthesis module and to use it for synchronization, so that the loudspeaker modules are synchronized to the central wave-field synthesis module.
  19. A method for reproducing an audio signal in a reproduction room, wherein a plurality of loudspeakers are disposed at defined loudspeaker positions, wherein the audio signal has a plurality of audio tracks, wherein a audio source position is associated to every audio track, comprising:
    centrally determining audio channel information for every audio channel from a virtual position to a loudspeaker position, wherein the virtual position depends on the audio source position associated to the audio track, so that audio channel information is present for every channel from every virtual position to every loudspeaker;
    centrally determining synthesis signals from the virtual positions for the loudspeakers;
    transmitting one or several synthesis signals as well as associated channel information to a plurality of loudspeaker modules;
    decentrally calculating a reproduction signal for the loudspeaker by using one or several synthesis signals and the associated channel information for a respective loudspeaker;
    performing signal processing by using a digital/analog conversion to generate an analog loudspeaker signal; and
    collectively retrieving the analog loudspeaker signals through the plurality of loudspeakers.
  20. A computer program with a program code for performing the method of claim 19 when the program runs on a computer.
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