EP1637012A1 - Wellenfeldsynthesevorrichtung und verfahren zum treiben eines arrays von lautsprechern - Google Patents

Wellenfeldsynthesevorrichtung und verfahren zum treiben eines arrays von lautsprechern

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EP1637012A1
EP1637012A1 EP04739448A EP04739448A EP1637012A1 EP 1637012 A1 EP1637012 A1 EP 1637012A1 EP 04739448 A EP04739448 A EP 04739448A EP 04739448 A EP04739448 A EP 04739448A EP 1637012 A1 EP1637012 A1 EP 1637012A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
loudspeakers
virtual source
loudspeaker
wave field
relevant
Prior art date
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EP04739448A
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English (en)
French (fr)
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EP1637012B1 (de
Inventor
Thomas Röder
Thomas Sporer
Sandra Brix
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP1637012A1 publication Critical patent/EP1637012A1/de
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Publication of EP1637012B1 publication Critical patent/EP1637012B1/de
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/002—Non-adaptive circuits, e.g. manually adjustable or static, for enhancing the sound image or the spatial distribution
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    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/02—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic of the matrix type, i.e. in which input signals are combined algebraically, e.g. after having been phase shifted with respect to each other
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    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/13—Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control

Definitions

  • the present invention relates to wave field synthesis systems and in particular to the avoidance of artifacts due to loudspeaker arrays with a limited number of loudspeakers.
  • Every point that is captured by a wave is the starting point for an elementary wave that propagates in a spherical or circular manner.
  • a large number of loudspeakers that are arranged next to each other can be used to simulate any shape of an incoming wavefront.
  • the audio signals of each loudspeaker have to be fed with a time delay and amplitude scaling in such a way that the emitted sound fields of the individual loudspeakers overlap correctly. If there are several sound sources, the contribution to each loudspeaker is calculated separately for each source and the resulting signals are added. In a room with reflective walls, reflections can also be reproduced via the loudspeaker array as additional sources. The effort involved in the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection properties of the recording room and the number of speakers.
  • the particular advantage of this technique is that a natural spatial sound impression is possible over a large area of the playback room.
  • the direction and distance of sound sources are reproduced very precisely.
  • virtual sound sources can even be positioned between the real speaker array and the listener.
  • wave field synthesis works well for environments whose properties are known, irregularities do occur when the nature changes or when the wave field synthesis is carried out on the basis of an environment condition that does not match the actual nature of the environment.
  • the technique of wave field synthesis can also be used advantageously to complement a visual perception with a corresponding spatial audio perception.
  • the focus in production in virtual studios has been to convey an authentic visual impression of the virtual scene.
  • the acoustic impression that goes with the image is usually imprinted on the audio signal by manual work steps in what is known as post-production, or is classified as too complex and time-consuming to implement and is therefore neglected. This usually leads to a contradiction of the individual sensations, which leads to the fact that the designed space, i. H. the designed scene, which is perceived as less authentic.
  • “Hearing with the ears of the camera” is to be made possible in order to make a scene appear more real.
  • the aim here is to achieve the highest possible correlation between the sound event location in the image and the hearing event location in the surround field.
  • Camera parameters such as Zoom, should be included in the sound design as well as a position of two loudspeakers L and R.
  • tracking data of a virtual studio are written into a file together with an associated time code by the system.
  • picture, sound and time code are recorded on a MAZ.
  • the camdump file is transferred to a computer, which generates control data for an audio workstation and outputs it via a MIDI interface in sync with the image from the MAZ.
  • the actual audio processing such as positioning the sound source in the surround field and inserting early reflections and reverberation takes place within the audio workstation.
  • the signal is processed for a 5.1 surround speaker system.
  • Camera tracking parameters as well as positions of sound sources in the recording setting can be recorded in real film sets. Such data can also be generated in virtual studios.
  • an actor or presenter stands alone in a recording room.
  • he stands in front of a blue wall, which is also known as a blue box or blue panel.
  • a pattern of blue and light blue stripes is applied to this blue wall.
  • the special thing about this pattern is that the stripes are of different widths and thus result in a multitude of stripe combinations. Due to the unique stripe combinations on the blue wall, it is possible to determine exactly in which direction the camera is looking when the post-processing is replaced by a virtual background. With the help of this information, the computer can determine the background for the current camera viewing angle. Sensors on the camera are also evaluated, which record and output additional camera parameters.
  • Typical parameters of a camera which are recorded by means of sensors, are the three degrees of translation x, y, z, the three degrees of rotation, which can also be called roll, tilt, pan. are drawn, and the focal length or the zoom, which is synonymous with the information about the opening angle of the camera.
  • a tracking system can be used that consists of several infrared cameras that determine the position of an infrared sensor attached to the camera. This also determines the position of the camera.
  • a real-time computer can now calculate the background for the current image. The blue hue that the blue background had was then removed from the image, so that the virtual background is imported instead of the blue background.
  • wave field synthesis In the audio area, the technology of wave field synthesis (WFS) can be used to achieve good spatial sound for a large range of listeners.
  • wave field synthesis is based on the principle of Huygens, according to which wave fronts can be shaped and built up by superimposing elementary waves. According to a mathematically exact theoretical description, an infinite number of sources at infinitely small distances would have to be used to generate the elementary waves. In practice, however, many loudspeakers are finally used at a finite distance apart. Each of these loudspeakers is controlled according to the WFS principle with an audio signal from a virtual source, which has a specific delay and a specific level. Levels and delays are usually different for all speakers.
  • the wave field synthesis system works on the basis of the Huygens principle and reconstructs a given waveform, for example a virtual source, which is arranged at a certain distance from a demonstration area or to a listener in the demonstration area by a large number of single waves.
  • the wave field synthesis algorithm thus receives information about the actual position of a single speaker from the speaker array, in order to then calculate a component signal for this single speaker, which this speaker must then ultimately emit so that the listener overlays the speaker signal from one speaker with the speaker signals of the other active ones Loudspeaker a reconstruction results in the listener having the impression that he is not being "sonicated" by many individual speakers, but only by a single speaker at the position of the virtual source.
  • each virtual source for each loudspeaker ie the component signal of the first virtual source for the first loudspeaker, the second virtual source for the first loudspeaker, etc.
  • the contribution from each virtual source for each loudspeaker is calculated in order to then add up the component signals to finally get the actual speaker signal.
  • the overlaying of the loudspeaker signals of all active loudspeakers at the listener would result in the listener not having the impression that he is being emitted by a large array of loudspeakers, but rather that the sound he hears only comes from three sound sources positioned at special positions, which are the same as the virtual sources.
  • the component signals are usually calculated by applying a delay and / or a scaling factor to the audio signal assigned to a virtual source, depending on the position of the virtual source and the position of the loudspeaker, at a certain point in time, in order to delay and / or scale it Obtain audio signal of the virtual source, which represents the loudspeaker signal immediately if only one virtual source is present, or which after addition with further component signals for the loudspeaker under consideration from other virtual sources then contributes to the loudspeaker signal for the loudspeaker under consideration.
  • Typical wave field synthesis algorithms work regardless of how many speakers are in the speaker array.
  • the theory underlying wave field synthesis is that any sound field can be ne infinitely high number of individual speakers can be reconstructed exactly, the individual individual speakers being arranged infinitely close to one another. In practice, however, neither the infinitely high number nor the infinitely close arrangement can be realized. Instead, there is a limited number of speakers, which are also arranged at certain predetermined distances from each other. This means that in real systems only an approximation to the actual waveform is achieved, which would take place if the virtual source were actually available, i.e. would be a real source.
  • the loudspeaker array can only be viewed when viewing a cinema, e.g. B. is arranged on the side of the cinema screen.
  • the wave field synthesis module would generate loudspeaker signals for these loudspeakers, the loudspeaker signals for these loudspeakers normally being the same as for corresponding loudspeakers in a loudspeaker array that not only extends over the side of a cinema, for example, on which the screen is arranged, but also which is also located on the left, right and behind the audience room.
  • This "360 °" speaker array will of course provide a better approximation to an exact wave field than just a one-sided array, for example in front of the audience.
  • a wave field synthesis module typically receives no feedback as to how many speakers are present or whether it is a one-sided or multi-sided or even a 360 ° array or not.
  • a wave field synthesis device calculates a speaker signal for a loudspeaker due to the position of the loudspeaker and independent depending on which other speakers are still available or not.
  • FIG. 9 An artifact problem is discussed below with reference to FIG. 9, which arises when a virtual source 900 is located in a listening room 902, which is defined by a loudspeaker array 904 arranged around the room, which is shown in FIG. 9 Exemplary embodiment has array groups 904a, 904b, 904c and 904d.
  • a computation device not shown in FIG. 9, generates driver signals for the loudspeakers belonging to the loudspeaker subarrays 904a, 904b, 904c, 904d, one of which is designated 906 by way of example.
  • the driver signals for the individual loudspeakers 904 are supplied in such a way that the sound signals or wave fronts emitted by the loudspeakers point to the virtual position of the virtual one Source 900 to be focused.
  • each loudspeaker 904 first emits a sound signal in its main radiation direction, that is to say typically perpendicular to the loudspeaker membrane.
  • the wavefronts are focused on the virtual position of the virtual source 900, as is the case with those emanating from the individual loudspeakers dashed lines (e.g. 910) is shown.
  • the loudspeaker from which the dashed line 910 originates like all other loudspeakers, generates a loudspeaker signal that runs towards the virtual source, in such a way that a solid line associated with the dashed line 910, which is terminated with an arrow tip and is designated by 912 in FIG. 9, represents, as it were, the useful signal of the virtual source.
  • the wavefront running towards the virtual source 900 is represented by a further dashed line 914, which leads to a useful signal 916 of the virtual source 900, as is represented by the solid line 916 closed with an arrow.
  • the one wave field is all dashed lines which are intended to represent the focusing of the loudspeaker signals on the position of the virtual source 900.
  • the “useful” wave field which is represented by the solid lines closed with an arrow in FIG. 9 (for example 912 and 916).
  • a signal of the loudspeaker subarray 904a and a loudspeaker signal from at least the lower parts of the loudspeaker arrays 904b would be generated and 904d are generated.
  • a wavefront would be generated by the loudspeaker subarray 904c and by at least parts of the loudspeaker arrays 904d and 904b, which will typically be above the virtual source.
  • the object of the present invention is to create a wave field synthesis concept with at least reduced artifacts.
  • the present invention is based on the finding that a reduction or elimination of artifacts due to the “generation wave field”, as is referred to on FIG. 9 is achieved in that only a partial reconstruction of the wave field of a virtual source is carried out by not supplying all the loudspeakers of the loudspeaker array with driver signal components, but first by relevant loudspeakers of the loudspeaker array on the basis of the Position of the virtual source are determined, according to which driver signal components are calculated for the speakers determined to be relevant on the basis of the audio signal for the virtual source, and then only the relevant speakers are operated with driver signal components calculated for the same, while the non-relevant speakers cannot be operated with driver signal components due to the audio signal assigned to the virtual source.
  • noise emission from the loudspeakers is suppressed, which are arranged with respect to the listener position and the virtual source such that the listener position is between the virtual source and the loudspeakers.
  • the loudspeakers in which this is the case are non-relevant loudspeakers and are therefore also not activated in order to suppress the generation wave field in the subspace in which the listener position is located, so that the listener only remains at his listener position perceives the useful wave field of the virtual source and will therefore have an artifact-free listening experience.
  • a listener will therefore have a significantly reduced listening pleasure on this page since only the generating wave field exists here, but not the useful wave field with regard to a virtual source.
  • the reduction in auditory impression is on the "bad" Side of the listener room, i.e. in the area of the listener room, which is located on the opposite side of the defined listener position used for determining the relevance with regard to the virtual source, so that this loss of quality with regard to the overall gain on the entire listener room or on the Majority of listeners are acceptable.
  • the device for determining the relevant loudspeakers of the loudspeaker array on the basis of the position of the virtual source and the defined positions of the loudspeakers is effective in order to reduce artifacts due to loudspeaker signals of the “generation wave field” which are opposite to one another move in one direction from the virtual source to the defined listener position.
  • all loudspeakers are determined as not relevant for a virtual source, in which an angle between their main radiation direction and the direction from the virtual source through this loudspeaker is greater than 90 degrees. This means that a vector from the virtual source to the loudspeaker has no directional component that is parallel to a main radiation direction of a loudspeaker. If this is the case, the loudspeaker is determined to be irrelevant, since this loudspeaker will then not be able to contribute to the reconstruction of a wave field that is to propagate from the virtual source to the listener position and not vice versa.
  • a line array is used as the loudspeaker array, with which a so-called receiver line can be generated in the listener room, which can take any form in principle, as described in the dissertation entitled “Sound Reproduction by Wave Field Synthesis ", Edwin NG Verheijen, 1998, sets out the listening room on the basis of the receiver line for which the wave field reconstruction is optimal, divided into two half-spaces.
  • a line that runs parallel to the receiver line and runs through the virtual position divides the listener room into a first and a second half-room.
  • all loudspeakers are determined to be irrelevant in order to deactivate the generation wave field on account of the virtual source in this half space, in which a good audio impression should be.
  • all loudspeakers are determined to be relevant in order to generate the useful wave field of the virtual source that is necessary for a good audio impression in the half space in which the listener position is located.
  • loudspeakers are determined as not relevant in a preferred exemplary embodiment of the present invention, in which the angle between the loudspeaker axis, i.e. the main radiation direction, and a line through the virtual source on the one hand and the loudspeaker under consideration on the other hand is not greater than 90 degrees, in turn eliminate the generation wave field for components of the virtual source outside the room facing away from the listener room, such that only the useful wave field of the virtual source is present in the listener room.
  • the loudspeakers that emit loudspeaker signals that have a direction that is towards the direction of are deactivated again the virtual source is opposite to the listener position.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a wave field synthesis device according to the invention
  • FIG. 2 shows a basic circuit diagram of a wave field synthesis environment
  • FIG. 3 shows a more detailed illustration of the wave field synthesis environment shown in FIG. 2;
  • Fig. 4 shows the situation with a virtual source outside the audience room to identify the relevant speakers and the non-relevant speakers for the virtual
  • FIG. 5 shows a representation of the angular relationship between a virtual source and a loudspeaker axis
  • FIG. 7 shows a more detailed representation of the situation of a virtual source within the audience room
  • 8 shows a basic block diagram of a wave field synthesis system with a wave field synthesis module and loudspeaker array in a demonstration area
  • FIG. 9 shows a basic illustration to explain the reconstruction of a wave field of a point-like radiating virtual source.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a wave field synthesis device according to the invention.
  • the wave field synthesis device is used to drive an array of loudspeakers with driver signals.
  • the loudspeakers are arranged at different defined positions in a listening room, as is known in the field of wave field synthesis.
  • a driver signal for a loudspeaker is based on the one hand on an audio signal that is assigned to a virtual source that has a virtual position with respect to the loudspeaker array, and on the other hand on the defined position of the loudspeaker for which the driver signal is intended.
  • the wave field synthesis device is designed in this case to calculate a driver signal component for a loudspeaker for each virtual source, in which case the driver signal components for a loudspeaker under consideration, which have been calculated on the basis of the various virtual sources, are then combined to finally the driver signal for the sound To obtain speakers into which several virtual sources or the audio signals assigned to several virtual sources are received.
  • the wave field synthesis device comprises a device 10 for determining relevant loudspeakers of the loudspeaker array.
  • the device 10 is designed to carry out the determination on the basis of a virtual position of the virtual source, which is supplied via a first input 12.
  • the device 10 for determining works on the basis of the position of the loudspeaker under consideration, which is fed to the device via a further input 14 in the basic block diagram shown in FIG. 1.
  • the positions of the loudspeakers in the loudspeaker array are typically predefined and, for example, will be stored in the form of a table, for example within the device 10, and therefore do not necessarily have to be supplied via a separate input 14.
  • the device 10 for determining relevant loudspeakers works on the basis of a listener position under consideration, which can be supplied via a further input 16. It should also be pointed out here that the listener position or, in a preferred embodiment, a half-space of listener positions that are to be operated without artefacts, will not change every time, but can also be permanently set. Depending on the embodiment, the listener position or the plurality of listener positions that are located where the generation wave field is deactivated can therefore change continuously or be predetermined.
  • the receiver line which in turn is also preferably placed through the center of the listener room, to define the defined listener position for each virtual source on the one hand and each position of each virtual source on the other hand determine such that the listener position input 16 is used to determine the relevant speakers of the speaker array.
  • the device 10 is designed to reduce or eliminate artifacts due to loudspeakers that output loudspeaker signals that move in a direction opposite from the virtual source to the listener position.
  • loudspeakers that output loudspeaker signals that move in a direction opposite from the virtual source to the listener position.
  • Emission direction has a component that is opposite to the direction from the virtual source to the listener position, or has only one component that is perpendicular to the direction from the virtual source to the listener position.
  • the device 10 is designed to identify the relevant loudspeakers and to transmit this information via an output 18 to a device 20 for calculating the driver signal components for the relevant loudspeakers.
  • the device 20 is designed as a conventional wave field synthesis module, in that it calculates driver signal components for loudspeakers on the basis of the wave field synthesis technology, the driver signal nal components for the loudspeakers are distinguished from one another in a delay (delay) and a scaling, that is to say an attenuation / amplification, but apart from the delay on the one hand and the scaling on the other hand, the sequence of samples in a driver signal component will be the same as it is is specified for a virtual source, that is to say it will be equal to the audio signal that is assigned to the virtual source.
  • the device 20 for calculating is designed to output the driver signal components for the relevant loudspeakers at an output 22 and to feed them to a device 24.
  • the device 24 serves to deliver the driver signal components for a virtual source to the relevant loudspeakers, while no driver signal components for the virtual source are transmitted to irrelevant loudspeakers, in order to use the “generation wave field”, which is explained with reference to FIG. 9 has been suppressed in an area of the listener room in which the defined listener position is.
  • the wave field synthesis system has a speaker array 800 that with respect to a presentation area 802.
  • the speaker array shown in Fig. 8 which is a 360 ° array, includes four array sides 800a, 800b, 800c and 800d.
  • the demonstration area 802 e.g. B. a cinema hall
  • the viewer who is sitting at the so-called optimal point P in the demonstration area 802, would see the front, that is, the screen.
  • Sub-array 800a would then be behind the viewer, while sub-array 800d would be to the left of the viewer, and sub-array 800b would be to the right of the viewer.
  • Each speaker array consists of a number of different individual speakers 808, each of which is controlled with its own speaker signals, which are provided by a wave field synthesis module 810 via a data bus 812, which is only shown schematically in FIG. 8.
  • the wave field synthesis module is designed to use the information about e.g. B.
  • the type and location of the loudspeakers with respect to the presentation area 802, that is to say loudspeaker information (LS information), and, if appropriate, with other inputs to calculate loudspeaker signals' for the individual loudspeakers 808, each of which is provided by the audio tracks for virtual sources, to which position information is also provided are assigned, are derived according to the known wave field synthesis algorithms.
  • the Wellenfeldsyn ⁇ thesis module can also obtain further inputs, such as information about the acoustics of the pre ⁇ Lead range etc.
  • the following statements on the present invention can in principle be carried out for each point P in the demonstration area.
  • the optimum point can thus be anywhere in the demonstration area 802.
  • wave field synthesis module 800 A more detailed illustration of the wave field synthesis module 800 is given below with reference to FIGS. 2 and 3 with reference to the wave field synthesis module 200 in FIG. 2 and to the arrangement shown in detail in FIG. 3.
  • FIG. 2 shows a wave field synthesis environment in which the present invention can be implemented.
  • the center of a wave field synthesis environment is a wave field synthesis module 200, which comprises various inputs 202, 204, 206 and 208 and various outputs 210, 212, 214, 216.
  • Various audio signals for virtual sources are fed to the wave field synthesis module via inputs 202 to 204. So the input 202 receives z.
  • the audio signal 1 would be e.g. For example, the language of an actor who moves from a left side of the screen to a right side of the screen and possibly additionally away from or towards the viewer.
  • the audio signal 1 would then be the actual language of this actor, while the position information as a function of time represents the current position of the first actor in the recording setting at a certain point in time.
  • the audio signal n would be the language of, for example, another actor who moves the same or different than the first actor.
  • the current position of the other actor to whom the audio signal n is assigned is communicated to the wave field synthesis module 200 by position information synchronized with the audio signal n.
  • there are different virtual sources depending on the recording setting with the audio signal the virtual source is fed to the wave field synthesis module 200 as a separate audio track.
  • a wave field synthesis module feeds a plurality of loudspeakers LSI, LS2, LS3, LSm by outputting loudspeaker signals via the outputs 210 to 216 to the individual loudspeakers.
  • the positions of the individual loudspeakers in a playback setting, such as a cinema, are communicated to the wave field synthesis module 200 via the input 206.
  • the wave field synthesis module 200 In the cinema hall there are many individual loudspeakers grouped around the cinema viewer, which are preferably arranged in arrays in such a way that there are loudspeakers in front of the viewer, for example behind the screen, as well as behind the viewer and to the right and left of the viewer.
  • other inputs can be communicated to the wave field synthesis module 200, such as information about the room acoustics, etc., in order to be able to simulate the actual room acoustics prevailing during the recording set-up in a cinema hall.
  • the loudspeaker signal which is supplied to the loudspeaker LSI via the output 210 will be a superimposition of component signals of the virtual sources, in that the loudspeaker signal for the loudspeaker LSI is a first component which originates from the virtual source 1, a second Component, which goes back to the virtual source 2, as well as an nth component, which goes back to the virtual source n, comprise.
  • the individual component signals are linearly superposed, i.e. added after their calculation, to simulate the linear superposition at the ear of the listener, who will hear a linear superposition of the sound sources he perceives in a real setting.
  • the wave field synthesis module 200 has a strongly parallel structure in such a way that, starting from the audio signal for each virtual source and starting from the position information for the corresponding virtual source, delay information Vi and scaling factors SFi are first calculated, which are based on the position information and the position of the loudspeaker under consideration, e.g. B. depend on the loudspeaker with the order number j, i.e. LSj.
  • Known algorithms which are implemented in devices 300, 302, 304, 306, calculate the delay information Vi and a scaling factor SFi based on the position information of a virtual source and the position of the speaker j in question.
  • a discrete value AWi (t A ) for the component signal Ki is generated for a current time t A j calculated in a speaker signal ultimately obtained.
  • This is done by means 310, 312, 314, 316, as shown schematically in FIG. 3. 3 also shows, so to speak, a "flash light recording" at time t A for the individual component signals.
  • the individual component signals are then summed by a summer 320 to determine the discrete value for the current time t A of the loudspeaker signal for loudspeaker j, which then for the output (e.g. output 214 if speaker j is speaker LS3) can be fed to the speaker.
  • a value that is valid at the current time due to a delay and scaling with a scaling factor is first calculated individually for each virtual source, after which all component signals for a loudspeaker are summed on the basis of the different virtual sources. If, for example, there were only one virtual source, the summer would be omitted and the signal present at the output of the summer in FIG. B. corresponds to the signal output from device 310 when virtual source 1 is the only virtual source.
  • a loudspeaker signal is obtained at the output 322 of FIG. 3, which is a superimposition of the component signals for this loudspeaker due to the different virtual sources 1, 2, 3, ..., n.
  • An arrangement as shown in FIG. 3 would in principle be provided for each loudspeaker 808 in the wave field synthesis module 810, unless that which is preferred for practical reasons always z. B. 2, 4 or 8 lying speakers can be controlled with the same speaker signal.
  • the situation of the virtual source within the listener room is illustrated with reference to FIG. 4, while the situation of the virtual source within the listener room will be explained with reference to FIG. 6.
  • a listener room 902 is shown in FIG. 4, but the virtual source 900 is located outside the listener room. 4 also shows a receiver line 400 which is defined in such a way that optimal wave synthesis takes place on it.
  • the receiver line 400 which is calculated individually for each virtual source, is defined such that it runs through the center 402 of the listener room on the one hand and is perpendicular to a line 404 on the other hand of the virtual source 900 to the center 402 of the listener room.
  • the receiver line 400 forms the boundary between the relevant loudspeakers that are on the side of the receiver line 400 facing the virtual source 900 and the non-relevant loudspeakers that are on the other side of the receiver line.
  • the determination of the loudspeakers above the receiver line 400 as relevant loudspeakers ensures that at least all of the loudspeakers of the Loudspeaker sub-arrays 904a that emit loudspeaker signals that have a component parallel to line 404, but that is opposite to the direction from virtual source 900 to the center of the listening room, are not loaded with driver signal components. Since the virtual source is at the position shown in FIG.
  • the loudspeakers are determined as relevant loudspeakers in which the angle between a loudspeaker axis 500 and a line from the virtual source 900 to the loudspeaker is not greater than 90 degrees, since this Speakers will otherwise not make an artifact-free contribution for the virtual source 900, as is illustrated with reference to FIG. 5.
  • FIG. 6 The situation in which the virtual source 900 is located in the listening room is discussed below with reference to FIG. 6.
  • the situation in FIG. 6 is similar to the general problem illustrated in FIG. 9.
  • the “generation wave field” is also shown in FIG. 6 with dashed lines, while the “useful wave field” is shown with solid lines, which are terminated with an arrow head.
  • the center point 402 of the listener room is also shown in FIG. 6 as an example of a defined listener position.
  • Another loudspeaker of the lower loudspeaker sub-array 904a is shown as an artifact-producing loudspeaker.
  • FIG. 9 the situation in FIG. 6 is similar to the general problem illustrated in FIG. 9.
  • the “generation wave field” is also shown in FIG. 6 with dashed lines, while the “useful wave field” is shown with solid lines, which are terminated with an arrow head.
  • the center point 402 of the listener room is also shown in FIG. 6 as an example of a defined listener position.
  • the listener room is divided, for example, by a dividing line 600 into an artifact-free area 600a, in which only the useful wave field is located after the relevant loudspeakers have been determined according to the invention, and into an artifact area 600b, in which only the generating wave field is located, but in which due to the deactivation of the artifact-generating loudspeakers for the virtual source there is no useful wave field of the virtual source 900, but only the generating wave field which is opposite in direction to the useful wave field.
  • the 90-degree limit shown with regard to FIG. 5 does not exist in the scenario shown in FIG. 6, in which the virtual source 900 is located in the listening room 902, since in principle all loudspeakers can make a contribution.
  • the relevant loudspeakers are determined as follows: It is shown below with reference to Fig. 7. Again, the receiver line 400 is used to separate the relevant loudspeakers from the non-relevant loudspeakers. In detail, as already explained with reference to Fig. 4, the receiver Position the line for the virtual source 900 such that it runs through the center 402 of the listener room or the wave field synthesis loudspeaker array.
  • the line 404 is constructed again from the virtual source 900 to the center 402, which is for example the defined listener position, to then form a dividing line 600 which is parallel to the Rece iver line 400, which, however, runs through the virtual position of the virtual source 900, as can be seen from FIG. 7.
  • This will make the audience room again divided into the artifact-free area 600a and the artifact-affected area 600b, the artifact-free area 600a being the area of the listener room with respect to the dividing line 600 in which the defined listener position 402 is located, while the artifact-affected area 600b is the area of the Listening room is where the defined listener is not.
  • the basis for the definition of the dividing line 600 and thus the relevant loudspeaker on the one hand and the irrelevant loudspeaker on the other hand is thus in the embodiment shown in FIG. 7 the definition of the receiver line for the wave field synthesis, which can be done relatively freely.
  • the line for which there is no amplitude error is the receiver line, while there will be a small error for systematic reasons in front of and behind the receiver line due to the fact that the speaker array is not completely three-dimensional.
  • the center point of the array is chosen as the listener position through which the receiver line in particular is to pass, in such a way that at least in the middle of the listener room there is no amplitude error.
  • the dividing line 600 perpendicular to the straight line 404 from the virtual source to the center 402 in such a way that the calculation possibility for the wave field synthesis can be carried out more efficiently due to the simplified geometric relationships.
  • a loudspeaker was not yet a relevant loudspeaker at a previous point in time, but due to a moving virtual source to one relevant loudspeaker has become “soft” to switch on this "recently” relevant loudspeaker.
  • the level of a loudspeaker that has recently been identified as relevant should slowly be brought up to its nominal level.
  • the nominal level is the level or scaling that the device for calculating the driver signal components determines on the basis of the usual wave field synthesis laws. This ensures makes sure that there are no level jumps, especially if, for example, the position of sources within the listening room changes significantly and from one time to the next a loudspeaker will have a strong signal component due to a virtual source that did not exist at the previous time was.
  • the “soft” switch-on can take place in such a way that within a period of, for example, 10 points in time, that is 10 time samples of the audio signal, from a zero level at the point in time at which the loudspeaker is switched on, that is to say at the point in time the determination that the loudspeaker is relevant is approached to the nominal level resulting from the wave field synthesis calculations.
  • switch-on time ie whether it will be 10 points in time as explained above or only two points in time or even 20 points in time, will depend in particular on the specific implementation, since there are also other requirements of wave field synthesis must be considered, namely that the overall level of the virtual source should still be correct and that the localizability of the virtual source must not be lost if the level of the driver signal components due to a virtual source is influenced too much.
  • the manipulations according to the invention can lead to driver signal components for non-relevant loudspeakers which, as explained above, do not lead to the loudspeakers.
  • Provided speakers, but which can be calculated by a wave field synthesis device, will lead to an overall perceived reduced level of the audio signal from the virtual source.
  • This problem can be counteracted in that the driver signal components for the relevant loudspeakers are raised in order to again achieve a certain target level of the virtual source at the "ear" of the listener.
  • driver signal components for loudspeakers that are just in the process of being switched on, which was therefore not yet relevant, for example, 10 times in succession, to be excluded from such a level increase in such a way that, on the one hand, the level of the virtual source is perceived without level fluctuations, but on the other hand, the "soft" switching on is not is at risk.
  • the amplitude of the driver signal component for a loudspeaker which is currently in the switch-on process can be increased stepwise, linearly, sinusoidally or in any other way monotonically over a predetermined number of times, depending on existing computing resources and implementation requirements.
  • the method according to the invention for driving an array of loudspeakers with driver signals can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can take place on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which can thus be combined with a programmable computer system. can act that the process is carried out.
  • the invention thus also consists in a computer program product with a 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 used to implement a computer program with a program code for carrying out the method for driving an array of loudspeakers when the computer program runs on a computer.

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Description

βllenfθldsynhθSθvorrichtung und Verfahren zum Treiben eines Arrays von Lautsprechern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wellenfeldsyn- thesesysteme und insbesondere auf die Vermeidung von Artefakten aufgrund von Lautsprecherarrays mit einer begrenzten Anzahl von Lautsprechern.
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 Schallwiederga- be von natürlichen, aber auch von virtuellen Umgebungen.
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 ie- dergaberaums, dem so genannten Sweet Spot, möglich.
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 ellenfeldsynthese (WFS; FS = ave-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 Wave- field Synthesis. JASA 93, 1993) .
Infolge der enormen Anforderungen dieser Methode an Rechnerleistung und Übertragungsraten wurde die Wellenfeldsyn- these 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.
Die Grundidee von WFS basiert auf der Anwendung des Huy- gens' sehen Prinzips der Wellentheorie:
Jeder Punkt, der von einer Welle erfasst wird, ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle, die sich kugelförmig bzw. kreisförmig ausbreitet.
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. In einem Raum mit reflektierenden Wänden können auch Reflexionen als zusätzliche Quellen über das Lautsprecherarray wiedergegeben werden. Der Aufwand bei der Berechnung hängt daher stark von der Anzahl der Schallquellen, den Reflexionsei- genschaften des Aufnahmeraums und der Anzahl der Lautsprecher ab.
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.
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.
Die Technik der Wellenfeldsynthese kann jedoch ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden, um eine visuelle Wahrnehmung um eine entsprechende räumliche Audiowahrnehmung zu ergänzen. Bisher stand bei der Produktion in virtuellen Studios die Vermittlung eines authentischen visuellen Eindrucks der virtuellen Szene im Vordergrund. Der zum Bild passende akustische Eindruck wird in der Regel durch manuelle Arbeitsschritte in der sogenannten Postproduktion nachträglich dem Audiosignal aufgeprägt oder als zu aufwendig und zeitintensiv in der Realisierung eingestuft und daher vernachlässigt. Dadurch kommt es üblicherweise zu einem Widerspruch der einzelnen Sinnesempfindungen, der dazu führt, daß der entworfene Raum, d. h. die entworfene Szene, als weniger authentisch empfunden wird.
In der Fachveröffentlichung „Subjective experiments on the effects of combining spatialized audio and 2D video projec- tion in audio-visual Systems", W. de Bruijn und M. Boone, AES Convention paper 5582, 10. bis 13. Mai 2002, München, werden subjektive Experimente bezüglich der Auswirkungen des Kombinierens von räumlichem Audio und einer zweidimen- sionalen Videoprojektion in audiovisuellen Systemen dargestellt. Insbesondere wird hervorgehoben, daß zwei in einer unterschiedlichen Entfernung zu einer Kamera stehende Spre- eher, die nahezu hintereinander stehen, von einem Betrachter besser verstanden werden können, wenn mit Hilfe der Wellenfeldsynthese die zwei hintereinander stehenden Personen als unterschiedliche virtuelle Schallquellen aufgefaßt und rekonstruiert werden. In diesem Fall hat sich durch subjektive Tests herausgestellt, daß ein Zuhörer die beiden gleichzeitig sprechenden Sprecher getrennt voneinander besser verstehen und unterscheiden kann.
In einem Tagungsbeitrag zum 46. internationalen wissen- schaftlichen Kolloquium in Ilmenau vom 24. bis 27. September 2001 mit dem Titel „Automatisierte Anpassung der Akustik an virtuelle Räume", U. Reiter, F. Melchior und C. Seidel, wird ein Ansatz vorgestellt, Tonnachbearbeitungsprozesse zu automatisieren. Hierzu werden die für die Visuali- sierung notwendigen Parameter eines Film-Sets, wie z. B. Raumgröße, Textur der Oberflächen oder Kameraposition und Position der Akteure auf ihre akustische Relevanz hin überprüft, woraufhin entsprechende Steuerdaten generiert werden. Diese beeinflussen dann automatisiert die zur Postpro- duktion eingesetzten Effekt- und Nachbearbeitungsprozesse, wie z. B. die Anpassung der Sprecherlautstärkenabhängigkeit von der Entfernung zur Kamera oder die Nachhallzeit in Abhängigkeit von Raumgröße und Wandbeschaffenheit. Hierbei besteht das Ziel darin, den visuellen Eindruck einer virtu- eilen Szene für eine gesteigerte Realitätsempfindung zu verstärken.
Es soll ein „Hören mit den Ohren der Kamera" ermöglicht werden, um eine Szene echter erscheinen zu lassen. Hierbei wird eine möglichst hohe Korrelation zwischen Schallereignisort im Bild und Hörereignisort im Surroundfeld angestrebt. Das bedeutet, daß Schallquellenpositionen ständig einem Bild angepaßt sein sollen. Kameraparameter, wie z. B. Zoom, sollen in die Tongestaltung ebenso mit einbezogen werden wie eine Position von zwei Lautsprechern L und R. Hierzu werden Trackingdaten eines virtuellen Studios zusammen mit einem zugehörigen Timecode vom System in eine Datei geschrieben. Gleichzeitig werden Bild, Ton und Timecode auf einer MAZ aufgezeichnet. Das Camdump-File wird zu einem Computer übertragen, der daraus Steuerdaten für eine Audioworkstation geniert und synchron zum von der MAZ stammenden Bild über eine MIDI-Schnittstelle ausgibt. Die eigent- liehe Audiobearbeitung wie Positionierung der Schallquelle im Surroundfeld und Einfügen von frühen Reflexionen und Nachhall findet innerhalb der Audioworkstation statt. Das Signal wird für ein 5.1-Surround-Lautsprechersystem aufbereitet.
Kamera-Tracking-Parameter genauso wie Positionen von Schallquellen im Aufnahme-Setting können bei realen Film- Sets aufgezeichnet werden. Solche Daten können auch in virtuellen Studios erzeugt werden.
In einem virtuellen Studio steht ein Schauspieler oder Moderator allein in einem Aufnahmeraum. Insbesondere steht er vor einer blauen Wand, die auch als Blue-Box oder Blue- Panel bezeichnet wird. Auf diese Blauwand ist ein Muster aus blauen und hellblauen Streifen aufgebracht. Das besondere an diesem Muster ist, daß die Streifen unterschiedlich breit sind und sich somit eine Vielzahl von Streifen- Kombinationen ergeben. Aufgrund der einmaligen Streifen- Kombinationen auf der Blauwand ist es bei der Nachbearbei- tung, wenn die Blauwand durch einen virtuellen Hintergrund ersetzt wird, möglich, genau zu bestimmen, in welche Richtung die Kamera blickt. Mit Hilfe dieser Informationen kann der Rechner den Hintergrund für den aktuellen Kamerablickwinkel ermitteln. Ferner werden Sensoren an der Kamera aus- gewertet, die zusätzliche Kameraparameter erfassen und ausgeben. Typische Parameter einer Kamera, die mittels Senso- rik erfaßt werden, sind die drei Translationsgrade x, y, z, die drei Rotationsgrade, die auch als Roll, Tilt, Pan be- zeichnet werden, und die Brennweite bzw. der Zoom, der gleichbedeutend mit der Information über den Öffnungswinkel der Kamera ist.
Damit die genaue Position der Kamera auch ohne Bilderkennung und ohne aufwendige Sensortechnik bestimmt werden kann, kann man auch ein Tracking-System einsetzen, das aus mehreren Infrarot-Kameras besteht, die die Position eines an der Kamera befestigten Infrarot-Sensors ermitteln. Somit ist auch die Position der Kamera bestimmt. Mit den von der Sensorik gelieferten Kameraparametern und den von der Bilderkennung ausgewerteten Streifen-Informationen kann ein Echtzeitrechner nun den Hintergrund für das aktuelle Bild berechnen. Hierauf wird der Blau-Farbton, den der blaue Hintergrund hatte, aus dem Bild entfernt, so daß statt dem blauen Hintergrund der virtuelle Hintergrund eingespielt wird.
In der Mehrzahl der Fälle wird ein Konzept verfolgt, bei dem es darum geht, einen akustischen Gesamteindruck der visuell abgebildeten Szenerie zu bekommen. Dieses lässt sich gut mit dem aus der Bildgestaltung stammenden Begriff der „Totalen" umschreiben. Dieser „totale" Klangeindruck bleibt meist über alle Einstellungen in einer Szene konstant, ob- wohl sich der optische Blickwinkel auf die Dinge meist stark ändert. So werden optische Details durch entsprechende Einstellungen herausgehoben oder in den Hintergrund gestellt. Auch Gegenschüsse bei der filmischen Dialoggestaltung werden vom Ton nicht nachvollzogen.
Daher besteht der Bedarf, den Zuschauer akustisch in eine audiovisuelle Szene einzubetten. Hierbei bildet die Leinwand oder Bildfläche die Blickrichtung und den Blickwinkel des Zuschauers. Dies bedeutet, daß der Ton dem Bild in der Form nachgeführt werden soll, daß er stets mit dem gesehenen Bild übereinstimmt. Dies wird insbesondere für virtuelle Studios noch wichtiger, da es typischerweise keine Korrelation zwischen dem Ton der Moderation beispielsweise und der Umgebung gibt, in der sich der Moderator gerade befindet. Um einen audiovisuellen Gesamteindruck der Szene zu bekommen, muß ein zum gerenderten Bild passender Raumeindruck simuliert werden. Eine wesentliche subjektive Eigen- schaff bei einem solchen klanglichen Konzept ist in diesem Zusammenhang der Ort einer Schallquelle, wie ihn ein Betrachter beispielsweise einer Kinoleinwand empfindet.
Im Audiobereich läßt sich also durch die Technik der Wel- lenfeldsynthese (WFS) ein guter räumlicher Klang für eine großen Hörerbereich erzielen. Wie es ausgeführt worden ist, basiert die Wellenfeldsynthese auf dem Prinzip von Huygens, nach welchem sich Wellenfronten durch Überlagerung von Elementarwellen formen und aufbauen lassen. Nach mathematisch exakter theoretischer Beschreibung müßten unendlich viele Quellen in unendlich kleinem Abstand für die Erzeugung der Elementarwellen genutzt werden. Praktisch werden jedoch endlich viele Lautsprecher in einem endlich kleinen Abstand zueinander genutzt. Jeder dieser Lautsprecher wird gemäß dem WFS-Prinzip mit einem Audiosignal von einer virtuellen Quelle, das ein bestimmtes Delay und einen bestimmten Pegel hat, angesteuert. Pegel und Delays sind in der Regel für alle Lautsprecher unterschiedlich.
Wie es bereits ausgeführt worden ist, arbeitet das Wellen- feldsynthesesystem auf der Basis des Huygens-Prinzips und rekonstruiert eine gegebene Wellenform beispielsweise einer virtuellen Quelle, die in einem bestimmten Abstand zu einem Vorführbereich bzw. zu einem Hörer in dem Vorführbereich angeordnet ist durch eine Vielzahl von Einzelwellen. Der Wellenfeldsynthesealgorithmus erhält somit Informationen über die tatsächliche Position eines Einzellautsprechers aus dem Lautsprecherarray, um dann für diesen Einzellautsprecher ein Komponentensignal zu berechnen, das dieser Lautsprecher dann letztendlich abstrahlen muß, damit beim Zuhörer eine Überlagerung des Lautsprechersignals von dem einen Lautsprecher mit den Lautsprechersignalen der anderen aktiven Lautsprecher eine Rekonstruktion dahingehend durch- führt, daß der Hörer den Eindruck hat, daß er nicht von vielen Einzellautsprechern „beschallt" wird, sondern lediglich von einem einzigen Lautsprecher an der Position der virtuellen Quelle.
Für mehrere virtuelle Quellen in einem Wellenfeldsynthese- setting wird der Beitrag von jeder virtuellen Quelle für jeden Lautsprecher, also das Komponentensignal der ersten virtuellen Quelle für den ersten Lautsprecher, der zweiten virtuellen Quelle für den ersten Lautsprecher, etc. berechnet, um dann die Komponentensignale aufzuaddieren, um schließlich das tatsächliche Lautsprechersignal zu erhalten. Im Falle von beispielsweise drei virtuellen Quellen würde die Überlagerung der Lautsprechersignale aller akti- ven Lautsprecher beim Hörer dazu führen, daß der Hörer nicht den Eindruck hat, daß er von einem großen Array von Lautsprechern beschallt wird, sondern daß der Schall, den er hört, lediglich von drei an speziellen Positionen positionierten Schallquellen kommt, die gleich den virtuellen Quellen sind.
Die Berechnung der Komponentensignale erfolgt in der Praxis meist dadurch, daß das einer virtuellen Quelle zugeordnete Audiosignal je nach Position der virtuellen Quelle und Po- sition des Lautsprechers zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer Verzögerung und einem Skalierungsfaktor beaufschlagt wird, um ein verzögertes und/oder skaliertes Audiosignal der virtuellen Quelle zu erhalten, das das Lautsprechersignal unmittelbar darstellt, wenn nur eine virtuellen Quelle vorhanden ist, oder das nach Addition mit weiteren Komponentensignalen für den betrachteten Lautsprecher von anderen virtuellen Quellen dann zum Lautsprechersignal für den betrachteten Lautsprecher beiträgt.
Typische Wellenfeldsynthesealgorithmen arbeiten unabhängig davon, wie viele Lautsprecher im Lautsprecherarray vorhanden sind. Die der Wellenfeldsynthese zugrundeliegende Theorie besteht darin, daß jedes beliebige Schallfeld durch ei- ne unendlich hohe Anzahl von Einzellautsprechern exakt rekonstruiert werden kann, wobei die einzelnen Einzellautsprecher unendlich nahe zueinander angeordnet sind. In der Praxis kann jedoch weder die unendlich hohe Anzahl noch die unendlich nahe Anordnung realisiert werden. Statt dessen existiert eine begrenzte Anzahl von Lautsprechern, die zudem in bestimmten vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet sind. Damit wird in realen Systemen immer nur eine Annäherung an die tatsächliche Wellenform erreicht, die stattfinden würde, wenn die virtuelle Quelle tatsächlich vorhanden wäre, also eine reale Quelle sein würde.
Ferner existieren verschiedene Szenarien, dahingehend, daß das Lautsprecherarray nur, wenn ein Kinosaal betrachtet wird, z. B. auf der Seite der Kinoleinwand angeordnet ist. In diesem Fall würde das Wellenfeldsynthesemodul Lautsprechersignale für diese Lautsprecher erzeugen, wobei die Lautsprechersignale für diese Lautsprecher normalerweise dieselben sein werden wie für entsprechende Lautsprecher in einem Lautsprecherarray, das sich nicht nur über die Seite eines Kinos beispielsweise erstreckt, an der die Leinwand angeordnet ist, sondern das auch links, rechts und hinter dem Zuhörerraum angeordnet ist. Dieses „360°"- Lautsprecherarray wird natürlich eine bessere Annäherung an ein exaktes Wellenfeld schaffen als lediglich ein einseitiges Array, beispielsweise vor den Zuschauern. Dennoch sind die Lautsprechersignale für die Lautsprecher, die sich vor den Zuschauern befinden, in beiden Fällen die gleichen. Dies bedeutet, daß ein Wellenfeldsynthesemodul typischer- weise keine Rückkopplung dahingehend erhält, wie viele Lautsprecher vorhanden sind bzw. ob es sich um ein einseitiges oder mehrseitiges oder gar um ein 360°-Array handelt oder nicht. Anders ausgedrückt berechnet eine Wellenfeld- syntheseeinrichtung ein Lautsprechersignal für einen Laut- Sprecher aufgrund der Position des Lautsprechers und unab- hängig davon, welche weiteren Lautsprecher noch vorhanden sind oder nicht vorhanden sind.
Nachfolgend wird anhand von Fig. 9 auf eine Artefaktproble- matik eingegangen, die sich ergibt, wenn sich eine virtuelle Quelle 900 in einem Zuhörraum 902 befindet, der durch ein um den Raum angeordnetes Lautsprecherarray 904 definiert ist, das bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel Arraygruppen 904a, 904b, 904c und 904d aufweist.
Durch eine in Fig. 9 nicht gezeigte Berechnungseinrichtung werden für die zu den Lautsprecher-Unterarrays 904a, 904b, 904c, 904d gehörigen Lautsprecher, von denen einer beispielhaft als 906 bezeichnet ist, Treibersignale erzeugt. Zur Rekonstruktion einer virtuellen Quelle 900, die bei dem in Fig. 9 gezeigten Bild als punktförmig strahlende Quelle angenommen wird, werden die Treibersignale für die einzelnen Lautsprecher 904 so geliefert, daß die von den Lautsprechern abgegebenen Schallsignale bzw. Wellenfronten auf die virtuelle Position der virtuellen Quelle 900 fokussiert werden. Selbstverständlich gibt jeder Lautsprecher 904 zunächst in seiner Hauptstrahlungsrichtung, also typischerweise senkrecht zur Lautsprechermembran, ein Schallsignal ab. Aufgrund der gegenseitigen Überlagerungen der Schall- Signale der einzelnen Lautsprecher, die durch die auf den Gesetzen der Wellenfeldsynthese basierenden Treibersignale bewirkt wird, findet jedoch eine Fokussierung der Wellenfronten auf die virtuelle Position der virtuellen Quelle 900 statt, wie es durch die von den einzelnen Lautsprechern ausgehenden gestrichelten Linien (z. B. 910) dargestellt ist. Der Lautsprecher, von dem die gestrichelte Linie 910 ausgeht, erzeugt ebenso wie alle anderen Lautsprecher ein Lautsprechersignal, das zu der virtuellen Quelle hinläuft, und zwar so, daß eine zu der gestrichelten Linie 910 zugehörige durchgezogene Linie, die mit einer Pfeilspitze abgeschlossen ist und in Fig. 9 mit 912 bezeichnet ist, gewissermaßen das Nutzsignal der virtuellen Quelle darstellt.
Entsprechend ist die zu der virtuellen Quelle 900 hinlaufende Wellenfront durch eine weitere gestrichelte Linie 914 dargestellt, die zu einem Nutzsignal 916 der virtuellen Quelle 900 führt, wie es durch die mit einem Pfeil abge- schlossene durchgezogene Linie 916 dargestellt ist. Dies bedeutet, daß sich in dem Zuhörerraum 902 prinzipiell zwei Wellenfelder überlagern. Das eine Wellenfeld sind bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sämtliche gestrichelte Linien, die die Fokussierung der Lautsprechersignale auf die Position der virtuellen Quelle 900 darstellen sollen. Zum anderen existiert das „Nutz"-Wellenfeld, das durch die in Fig. 9 mit einem Pfeil abgeschlossenen durchgezogenen Linien (z. B. 912 und 916) dargestellt ist. Aufgrund der Überlagerung dieser beiden Wellenfelder, nämlich einer- seits des „Erzeugungs-Wellenfelds" und anderseits des „Nutz-Wellenfelds" entstehen im gesamten Zuhörerraum 902 Artefakte. Diese Artefakte sind systembedingt, da die virtuelle Quelle 900 innerhalb des Arrays positioniert ist und da an der Position der virtuellen Quelle kein Lautsprecher vorgesehen ist, der eine Punktstrahlcharakteristik hat.
In anderen Worten ausgedrückt würde zur Erzeugung des Nutzsignals auf der Seite der virtuellen Quelle 900, auf der in Fig. 9 die durchgezogene Linie 916 eingezeichnet ist, ein Signal des Lautsprecher-Unterarrays 904a und ein Lautsprechersignal von zumindest den unteren Teilen der Lautspre- cherarrays 904b und 904d erzeugt werden. Um jedoch andererseits auf der Seite der virtuellen Quelle, auf der die durchgezogene Linie 912 eingezeichnet ist, ein Signal der virtuellen Quelle 900 als Nutzsignal zu erzeugen, würde eine Wellenfront von dem Lautsprecher-Unterarray 904c sowie von zumindest Teilen der Lautsprecher-Arrays 904d und 904b, die typischerweise oberhalb der virtuellen Quelle sein werden, erzeugt werden. Damit kommt es, wie es ausgeführt worden ist, im gesamten Zuhörerraum 902 zu Artefakten, da der Zuhörer sowohl das Erzeugungs-Wellenfeld, das mit den gestrichelten Linien in Fig. 9 skizziert ist, als auch das Nutz-Wellenfeld hören wird, das in Fig. 9 mit den durchgezogenen Linien gekennzeichnet ist.
Eigentlich möchte der Zuhörer jedoch lediglich das Nutz- Wellenfeld, also das Wellenfeld, das durch die durchgezoge- nen Linien, die mit einem Pfeil abgeschlossen sind, hören, während er natürlich kein Interesse an dem Erzeugungs- Wellenfeld hat, das durch die gestrichelten Linien in Fig. 9 dargestellt ist. Da der Zuhörer jedoch, wie es ausgeführt worden ist, beide Wellenfelder hört, kommt es zu uner- wünschten Artefakten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wellenfeldsynthesekonzept mit zumindest reduzierten Artefakten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Wellenfeldsynthesevorrichtung nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Treiben eines Ar- rays von Lautsprechern nach Patentanspruch 15 oder ein Computer-Programm nach Patentanspruch 16 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Reduktion bzw. Eliminierung von Artefakten aufgrund des „Erzeugungs-Wellenfelds", wie es Bezug nehmend auf Fig. 9 erläutert worden ist, dadurch erreicht wird, daß lediglich eine Teil-Rekonstruktion des Wellenfelds einer virtuellen Quelle durchgeführt wird, indem nicht alle Lautsprecher des Lautsprecherarrays mit Treibersignalkomponen- ten versorgt werden, sondern indem zunächst relevante Lautsprecher des Lautsprecherarrays auf der Basis der Position der virtuellen Quelle ermittelt werden, wonach für die als relevant ermittelten Lautsprecher Treibersignalkomponenten auf der Basis des Audiosignals für die virtuelle Quelle be- rechnet werden, und wobei dann lediglich die relevanten Lautsprecher mit für dieselben berechneten Treibersignalkomponenten bedient werden, während die nicht-relevanten Lautsprecher nicht mit Treibersignalkomponenten aufgrund des der virtuellen Quelle zugeordneten Audiosignals bedient werden.
Damit wird lediglich ein Teil des Nutz-Wellenfeldes einer virtuellen Quelle rekonstruiert, wobei dieses zu rekonstruierende Teil-Wellenfeld beliebig bestimmbar ist. Insbe- sondere wird erfindungsgemäß abhängig von einer bestimmten Zuhörerposition eine Schallemission der Lautsprecher unterdrückt, die derart bezüglich der Zuhörerposition und der virtuellen Quelle angeordnet sind, daß sich die Zuhörerposition zwischen der virtuellen Quelle und den Lautsprechern befindet.
Die Lautsprecher, bei denen dies der Fall ist, sind nichtrelevante Lautsprecher und werden somit auch nicht angesteuert, um in dem Teilraum, in dem sich die Zuhörerpositi- on befindet, das Erzeugungs-Wellenfeld zu unterdrücken, so daß der Zuhörer an seiner Zuhörerposition nur noch das Nutz-Wellenfeld der virtuellen Quelle wahrnimmt und somit einen Artefakt-freien Hörgenuß haben wird. Dies führt jedoch dazu, daß auf der entgegengesetzten Seite der virtuellen Quelle, also auf der Seite der virtuellen Quelle, wo die relevanten Lautsprecher sitzen, nur noch das Erzeugungs-Wellenfeld vorhanden ist, daß jedoch dort das Nutz-Wellenfeld deaktiviert wird. Ein Zuhörer wird daher auf dieser Seite einen deutlich reduzierten Hörgenuß haben da hier nur das Erzeugungs-Wellenfeld existiert, nicht jedoch das Nutz-Wellenfeld bezüglich einer virtuellen Quelle.
Nachdem typischerweise jedoch mehrere virtuellen Quellen an mehreren Positionen vorhanden sein werden, und nachdem es oft der Fall sein wird, daß die virtuelle Position nicht in der Mitte des Zuhörerraums sein wird, sondern an einem Rand, ist die Verringerung des Höreindrucks auf der „schlechten" Seite des Zuhörerraums, also in dem Bereich des Zuhörerraums, der sich bezüglich der virtuellen Quelle auf der entgegengesetzten Seite der zur Relevanzermittlung herangezogenen definierten Zuhörerposition befindet, nicht so gravierend, so daß dieser Qualitätsverlust im Hinblick auf den Gesamtgewinn auf den gesamten Zuhörerraum bzw. auf die Mehrheit der Zuhörer bezogen hinnehmbar ist.
In anderen Worten ausgedrückt ist die Einrichtung zum Er- mitteln der relevanten Lautsprecher des Lautsprecherarrays auf der Basis der Position der virtuellen Quelle und der definierten Positionen der Lautsprecher wirksam, um Artefakte aufgrund von Lautsprechersignalen des „Erzeugungs- Wellenfelds" zu reduzieren, die sich entgegengesetzt zu ei- ner Richtung von der virtuellen Quelle zu der definierten Zuhörerposition bewegen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden - für Quellen außerhalb des Zuhörerraums - sämtliche Lautsprecher als nicht-relevant für eine virtuellen Quelle ermittelt, bei denen ein Winkel zwischen ihrer Hauptstrahlungsrichtung und der Richtung von der virtuellen Quelle durch diesen Lautsprecher größer als 90 Grad ist. Dies bedeutet, daß ein Vektor von der virtuellen Quelle zum Lautsprecher keine Richtungskomponente hat, die parallel zu einer Hauptstrahlungsrichtung eines Lautsprechers ist. Ist dies der Fall, so wird der Lautsprecher als nicht-relevant ermittelt, da dieser Lautsprecher dann nicht in der Lage sein wird, zu der Rekonstruktion eines Wellenfelds beizutragen, das sich von der virtuellen Quelle zur Zuhörerposition ausbreiten soll und nicht umgekehrt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass für die vorstehenden Betrachtungen ein gewissermaßen halbkreisförmiges Strahlungsfeld des Lautsprechers betrachtet wird, in dem seine Hauptstrahlungsrichtung liegt, das also vor dem Laut- Sprecher ist. Eventuelle zusätzliche Abstrahlungen nach hinten werden dabei nicht berücksichtigt. Hat also eine solche zusätzliche Abstrahlung „nach hinten" eine Richtungskomponente, so wird diese ignoriert und spielt somit bei der Bestimmung der Lautsprecher keine Rolle.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem als Lautsprecherarray ein Linienarray verwendet wird, mit dem eine sogenannte Receiver-Linie in dem Zuhörerraum erzeugt werden kann, die prinzipiell belie- bige Formen annehmen kann, wie es in der Dissertation mit dem Titel „Sound Reproduction by Wave Field Synthesis", Edwin N. G. Verheijen, 1998, dargelegt ist, wird der Zuhörerraum auf der Basis der Receiver-Linie, für die die Wellen- feldrekonstruktion optimal ist, in zwei Halbräume aufgeteilt. Eine Linie, die parallel zur Receiver-Linie ist und durch die virtuelle Position läuft, teilt den Zuhörerraum in einen ersten und in einen zweiten Halbraum. In dem Halb- räum, in dem sich die Zuhörerposition befindet, werden sämtliche Lautsprecher als nicht-relevant ermittelt, um in diesem Halbraum, in dem ein guter Audioeindruck sein soll, das Erzeugungs-Wellenfeld aufgrund der virtuellen Quelle zu deaktivieren. Im anderen Halbraum dagegen werden alle Laut- Sprecher als relevant ermittelt, um das in dem Halbraum, in dem sich die Zuhörerposition befindet, für einen guten Audioeindruck nötige Nutz-Wellenfeld der virtuellen Quelle zu erzeugen.
Die vorstehenden Betrachtungen beziehen sich auf eine virtuelle Quelle mit einer virtuellen Position im Zuhörerraum. Befindet sich dagegen eine virtuellen Quelle an einer virtuellen Position außerhalb des Zuhörerraums, so wird es bevorzugt, sämtliche Lautsprecher, die jenseits der Receiver- Linie liegen, als nicht-relevante Lautsprecher zu ermitteln. Gleichzeitig werden Lautsprecher als nicht-relevant bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermittelt, bei denen der Winkel zwischen der Lautsprecherachse, also der Hauptstrahlungsrichtung, und einer Linie durch die virtuelle Quelle einerseits und den betrachteten Lautsprecher andererseits nicht größer als 90 Grad ist, um wiederum das Erzeugungs-Wellenfeld für Komponenten der virtuellen Quelle außerhalb des Raums, die von dem Zuhörerraum abgewandt sind, zu eliminieren, derart, daß im Zuhörerraum lediglich das Nutz-Wellenfeld der virtuellen Quelle vorhanden ist. Anders ausgedrückt werden wiederum die Lautsprecher deaktiviert, die Lautsprechersignale emittieren, die eine Richtung haben, die zu der Richtung von der virtuellen Quelle zu der Zuhörerposition entgegengesetzt gerichtet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen WellenfeldsyntheseVorrichtung;
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Wellenfeldsyntheseum- gebung;
Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der in Fig. 2 ge- zeigten Wellenfeldsyntheseumgebung;
Fig. 4 eine Darstellung der Situation bei einer virtuellen Quelle außerhalb des Zuhörerraums zur Kennzeichnung der relevanten Lautsprecher und der nicht-relevanten Lautsprecher für die virtuelle
Quelle;
Fig. 5 eine Darstellung der Winkelbeziehung zwischen einer virtuellen Quelle und einer Lautsprecherach- se;
Fig. 6 eine Darstellung der Situation bei einer virtuellen Quelle innerhalb des Zuhörerraums;
Fig. 7 eine detailliertere Darstellung der Situation einer virtuellen Quelle innerhalb des Zuhörerraums; Fig. 8 ein prinzipielles Blockschaltbild eines Wellen- feldsynthesesystems mit Wellenfeldsynthesemodul und Lautsprecherarray in einem Vorführbereich; und
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Rekonstruktion eines Wellenfelds einer punktförmig strahlenden virtuellen Quelle.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wellenfeldsynthesevorrichtung. Die Wellenfeldsynthesevor- richtung dient zum Treiben eines Arrays von Lautsprechern mit Treibersignalen. Die Lautsprecher sind, wie es anhand von Fig. 8 noch erläutert werden wird, an unterschiedlichen definierten Positionen eines Zuhörerraums angeordnet, wie es auf dem Gebiet der Wellenfeldsynthese bekannt ist. Ein Treibersignal für einen Lautsprecher basiert einerseits auf einem Audiosignal, das einer virtuellen Quelle zugeordnet ist, die eine virtuelle Position bezüglich des Lautspre- cherarrays hat, und andererseits auf der definierten Position des Lautsprechers, für den das Treibersignal bestimmt ist.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß in einem Wel- lenfeldsynthese-Setting typischerweise mehrere virtuelle Quellen existieren werden, die an verschiedenen virtuellen Positionen angeordnet sind. Die Wellenfeldsynthesevorrich- tung ist ausgebildet, um in diesem Fall für jede virtuelle Quelle eine Treibersignalkomponente für einen Lautsprecher zu berechnen, wobei dann die Treibersignalkomponenten für einen betrachteten Lautsprecher, die aufgrund der verschiedenen virtuellen Quellen berechnet worden sind, zusammengefaßt werden, um schließlich das Treibersignal für den Laut- Sprecher zu erhalten, in das somit mehrere virtuelle Quellen bzw. die mehreren virtuellen Quellen zugeordneten Audiosignale eingehen.
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Wellenfeldsynthese- vorrichtung umfaßt eine Einrichtung 10 zum Ermitteln von relevanten Lautsprechern des Lautsprecherarrays. Die Einrichtung 10 ist ausgebildet, um die Ermittlung auf der Basis einer virtuellen Position der virtuellen Quelle durch- zuführen, die über einen ersten Eingang 12 zugeführt wird. Ferner arbeitet die Einrichtung 10 zum Ermitteln auf der Basis der Position des gerade betrachteten Lautsprechers, die bei dem in Fig. 1 gezeigten Prinzipblockschaltbild über einen weiteren Eingang 14 der Einrichtung zugeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Positionen der Lautsprecher im Lautsprecher-Array typischerweise fest vorgegeben sind und beispielsweise innerhalb der Einrichtung 10 in Form einer Tabelle beispielsweise abgespeichert sein werden, also nicht unbedingt über einen eigenen Eingang 14 zu- geführt werden müssen. Schließlich arbeitet die Einrichtung 10 zum Ermitteln von relevanten Lautsprechern auf der Basis einer betrachteten Zuhörerposition, die über einen weiteren Eingang 16 zugeführt werden kann. Auch an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Zuhörerposition bzw. bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Halbraum von Zuhörerpositionen, die Artefakt-frei bedient werden sollen, nicht jedesmal sich ändern wird, sondern ebenfalls fest eingestellt sein kann. Je nach Ausführungsform kann somit die Zuhörerposition bzw. die mehreren Zuhörerpositionen, die sich dort befinden, wo das Erzeugungs-Wellenfeld deaktiviert wird, ständig ändern oder aber fest vorgegeben sein. Wie es später noch erläutert werden wird, wird es bevorzugt, auf der Basis der Receiver-Linie, die wiederum ebenfalls vorzugsweise durch den Mittelpunkt des Zuhörerraums gelegt wird, die definierte Zuhörerposition für jede virtu- eile Quelle einerseits und jede Position jeder virtuellen Quelle andererseits zu bestimmen, derart, daß der Zuhörerpositionseingang 16 verwendet wird, um die relevanten Lautsprecher des Lautsprecherarrays zu ermitteln.
Die Einrichtung 10 ist ausgebildet, um Artefakte aufgrund von Lautsprechern zu reduzieren oder zu eliminieren, die Lautsprechersignale ausgeben, die sich entgegengesetzt zu einer Richtung von der virtuellen Quelle zu der Zuhörerposition bewegen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht nur die Lautsprecher deaktiviert werden, die genau entgegengesetzt zu der Richtung von der virtuellen Quelle zu der Zuhörerposition emittieren, sondern daß ebenfalls Lautsprecher als nicht-relevant ermittelt werden, de- ren Emissionsrichtung eine Komponente hat, die entgegengesetzt zu der Richtung von der virtuellen Quelle zu der Zuhörerposition ist, oder die nur eine Komponente haben, die senkrecht zu der Richtung von der virtuellen Quelle zu der Zuhörerposition ist.
Die Einrichtung 10 ist ausgebildet, um die relevanten Lautsprecher zu identifizieren, und um diese Informationen über einen Ausgang 18 einer Einrichtung 20 zum Berechnen der Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher zu übermitteln. Die Einrichtung 20 ist als übliches Wellenfeldsynthesemodul ausgebildet, dahingehend, daß sie auf der Basis der Wellenfeldsynthesetechnik Treibersignalkomponenten für Lautsprecher berechnet, wobei sich die Treibersig- nalkomponenten für die Lautsprecher untereinander in einer Verzögerung (Delay) und einer Skalierung, also einer Dämpfung/Verstärkung, unterscheiden werden, wobei jedoch abgesehen von der Delay einerseits und der Skalierung anderer- seits die Folge von Abtastwerten in einer Treibersignalkomponente dieselbe sein wird, wie sie für eine virtuelle Quelle vorgegeben ist, also gleich dem Audiosignal sein wird, das der virtuellen Quelle zugeordnet ist.
Die Einrichtung 20 zum Berechnen ist ausgebildet, um die Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher an einem Ausgang 22 auszugeben und einer Einrichtung 24 zuzuführen. Die Einrichtung 24 dient zum Liefern der Treibersignalkomponenten für eine virtuelle Quelle zu den relevan- ten Lautsprechern, während keine Treibersignalkomponenten für die virtuelle Quelle an nicht-relevante Lautsprecher übermittelt werden, um damit das „Erzeugungs-Wellenfeld", das anhand der Fig. 9 erläutert worden ist, in einem Bereich des Zuhörerraums zu unterdrücken, in dem sich die de- finierte Zuhörerposition befindet.
Nachfolgend wird Bezug nehmend auf die Fig. 2 und 3 auf die allgemeine Funktionalität des Wellenfeldsynthesemoduls allgemein bzw. auf das Berechnen der Treibersignale für die Lautsprecher eingegangen, also die Berechnung der Lautsprechersignale auf der Basis der Treibersignalkomponenten bzw. Komponentensignale erläutert. Zunächst wird jedoch noch anhand von Fig. 8 eine übliche Wellenfeldsynthese- Gesamtumgebung dargestellt.
Bevor detailliert auf die vorliegende Erfindung eingegangen wird, wird nachfolgend anhand von Fig. 8 der prinzipielle Aufbau eines Wellenfeldsynthesesystems dargestellt. Das Wellenfeldsynthesesystem hat ein Lautsprecherarray 800, das bezüglich eines Vorführbereichs 802 platziert ist. Im einzelnen umfaßt das in Fig. 8 gezeigte Lautsprecherarray, das ein 360°-Array ist, vier Arrayseiten 800a, 800b, 800c und 800d. Ist der Vorführbereich 802 z. B. ein Kinosaal, so wird bezüglich der Konventionen vorne/hinten oder rechts/links davon ausgegangen, daß sich die Kinoleinwand auf derselben Seite des Vorführbereichs 802 befindet, an der auch das Teil-Array 800c angeordnet ist. In diesem Fall würde der Betrachter, der an dem hier so genannten Optimal- Punkt P in dem Vorführbereich 802 sitzt, nach vorne, also auf die Leinwand, sehen. Hinter dem Zuschauer würde sich dann das Teil-Array 800a befinden, während sich links vom Zuschauer das Teil-Array 800d befinden würde, und während sich rechts vom Zuschauer das Teil-Array 800b befinden wür- de. Jedes Lauts.precherarray besteht aus einer Anzahl von verschiedenen Einzellautsprechern 808, die jeweils mit eigenen Lautsprechersignalen angesteuert werden, die von einem Wellenfeldsynthesemodul 810 über einen in Fig. 8 lediglich schematisch gezeigten Datenbus 812 bereitgestellt wer- den. Das Wellenfeldsynthesemodul ist ausgebildet, um unter Verwendung der Informationen über z. B. Art und Lage der Lautsprecher bezüglich des Vorführbereichs 802, also von Lautsprecher-Informationen (LS-Infos) , und gegebenenfalls mit sonstigen Inputs Lautsprechersignale ' für die einzelnen Lautsprecher 808 zu berechnen, die jeweils von den Audiotracks für virtuelle Quellen, denen ferner Positionsinformationen zugeordnet sind, gemäß den bekannten Wellenfeld- synthesealgorithmen abgeleitet werden. Das Wellenfeldsyn¬ thesemodul kann ferner noch weitere Eingaben erhalten, wie beispielsweise Informationen über die Raumakustik des Vor¬ führbereichs etc.
Die nachfolgenden Ausführungen zur vorliegenden Erfindung können prinzipiell für jeden Punkt P in dem Vorführbereich durchgeführt werden. Der Optimal-Punkt kann somit an jeder beliebigen Stelle im Vorführbereich 802 liegen. Es kann auch mehrere Optimal-Punkte, z. B. auf einer Optimal-Linie, geben. Um jedoch möglichst gute Verhältnisse für möglichst viele Punkte im Vorführbereich 802 zu erhalten, wird es bevorzugt, den Optimal-Punkt bzw. die Optimal-Linie in der Mitte bzw. am Schwerpunkt des Wellenfeldsynthesesystems, das durch die Lautsprecher-Teilarrays 800a, 800b, 800c, 800d definiert ist, anzunehmen.
Eine detailliertere Darstellung des Wellenfeldsynthesemo- duls 800 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 Bezug nehmend auf das Wellenfeldsynthesemodul 200 in Fig. 2 bzw. auf die in Fig. 3 detailliert dargestellte Anordnung gegeben.
Fig. 2 zeigt eine Wellenfeldsyntheseumgebung, in der die vorliegende Erfindung implementiert werden kann. Zentrum einer Wellenfeldsyntheseumgebung ist ein Wellenfeldsynthesemodul 200, das diverse Eingänge 202, 204, 206 und 208 sowie diverse Ausgänge 210, 212, 214, 216 umfaßt. Über Eingänge 202 bis 204 werden dem Wellenfeldsynthesemodul verschieden Audiosignale für virtuelle Quellen zugeführt. So empfängt der Eingang 202 z. B. ein Audiosignal der virtuellen Quelle 1 sowie zugeordnete Positionsinformationen der virtuellen Quelle. In einem Kinosetting beispielsweise wäre das Audiosignal 1 z. B. die Sprache eines Schauspielers, der sich von einer linken Seite der Leinwand zu einer rech- ten Seite der Leinwand und möglicherweise zusätzlich noch vom Zuschauer weg bzw. zum Zuschauer hin bewegt. Das Audiosignal 1 wäre dann die tatsächliche Sprache dieses Schauspielers, während die Positionsinformationen als Funktion der Zeit die zu einem bestimmten Zeitpunkt aktuelle Positi- on des ersten Schauspielers im Aufnahmesetting darstellt. Dagegen wäre das Audiosignal n die Sprache beispielsweise eines weiteren Schauspielers, der sich gleich oder anders als der erste Schauspieler bewegt. Die aktuelle Position des anderen Schauspielers, dem das Audiosignal n zugeordnet ist, wird durch mit dem Audiosignal n synchronisierte Positionsinformationen dem Wellenfeldsynthesemodul 200 mitgeteilt. In der Praxis existieren verschiedene virtuelle Quellen je nach Aufnahmesetting, wobei das Audiosignal je- der virtuellen Quelle als eigener Audiotrack dem Wellenfeldsynthesemodul 200 zugeführt wird.
Wie es vorstehend dargelegt worden ist, speist ein Wellen- feldsynthesemodul eine Vielzahl von Lautsprechern LSI, LS2, LS3, LSm durch Ausgabe von Lautsprechersignalen über die Ausgänge 210 bis 216 zu den einzelnen Lautsprechern. Dem Wellenfeldsynthesemodul 200 werden über den Eingang 206 die Positionen der einzelnen Lautsprecher in einem Wiedergabe- setting, wie beispielsweise einem Kinosaal mitgeteilt. Im Kinosaal befinden sich um den Kinozuschauer herum gruppiert viele einzelne Lautsprecher, die in Arrays vorzugsweise derart angeordnet sind, daß sich sowohl vor dem Zuschauer, also beispielsweise hinter der Leinwand, als auch hinter dem Zuschauer sowie rechts und links des Zuschauers Lautsprecher befinden. Ferner können dem Wellenfeldsynthesemodul 200 noch sonstige Eingaben mitgeteilt werden, wie beispielsweise Informationen über die Raumakustik etc., um in einem Kinosaal die tatsächliche während des Aufnahmeset- tings herrschende Raumakustik simulieren zu können.
Allgemein gesagt wird das Lautsprechersignal, das beispielsweise dem Lautsprecher LSI über den Ausgang 210 zugeführt wird, eine Überlagerung von Komponentensignalen der virtuellen Quellen sein, dahingehend, daß das Lautsprechersignal für den Lautsprecher LSI eine erste Komponente, die auf die virtuelle Quelle 1 zurückgeht, eine zweite Komponente, die auf die virtuelle Quelle 2 zurückgeht, sowie eine n-te Komponente, die auf die virtuelle Quelle n zurück- geht, umfassen. Die einzelnen Komponentensignale werden linear superponiert, also nach ihrer Berechnung addiert, um die lineare Superposition am Ohr des Zuhörers nachzubilden, der in einem realen Setting eine lineare Überlagerung der von ihm wahrnehmbaren Schallquellen hören wird.
Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 3 eine detailliertere Ausgestaltung des Wellenfeldsynthesemoduls 200 dargelegt. Das Wellenfeldsynthesemodul 200 hat einen stark pa- rallelen Aufbau dahingehend, daß ausgehend von dem Audiosignal für jede virtuelle Quelle und ausgehend von den Positionsinformationen für die entsprechende virtuelle Quelle zunächst Verzögerungsinformationen Vi sowie Skalierungsfak- toren SFi berechnet werden, die von den Positionsinformationen und der Position des gerade betrachteten Lautsprechers, z. B. dem Lautsprecher mit der Ordnungsnummer j, also LSj , abhängen. Die Berechnung einer Verzögerungsinformation Vi sowie eines Skalierungsfaktors SFi aufgrund der Po- sitionsinformationen einer virtuellen Quelle und der Lage des betrachteten Lautsprechers j geschieht durch bekannte Algorithmen, die in Einrichtungen 300, 302, 304, 306 implementiert sind. Auf der Basis der Verzögerungsinformationen Vi(t) und SFi(t) sowie auf der Basis des der einzelnen vir- tuellen Quelle zugeordneten Audiosignals ASι(t) wird für einen aktuellen Zeitpunkt tA ein diskreter Wert AWi(tA) für das Komponentensignal Kij in einem letztendlich erhaltenen Lautsprechersignal berechnet. Dies erfolgt durch Einrichtungen, 310, 312, 314, 316, wie sie in Fig. 3 schematisch dargestellt sind. Fig. 3 zeigt ferner gewissermaßen eine „Blitzlichtaufnahme" zum Zeitpunkt tA für die einzelnen Komponentensignale. Die einzelnen Komponentensignale werden dann durch einen Summierer 320 summiert, um den diskreten Wert für den aktuellen Zeitpunkt tA des Lautsprechersignals für den Lautsprecher j zu ermitteln, der dann für den Ausgang (beispielsweise der Ausgang 214, wenn der Lautsprecher j der Lautsprecher LS3 ist) , dem Lautsprecher zugeführt werden kann.
Wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird zunächst für jede virtuelle Quelle einzeln ein aufgrund einer Verzögerung und einer Skalierung mit einem Skalierungsfaktor zu einem aktuellen Zeitpunkt gültiger Wert berechnet, wonach sämtliche Komponentensignale für einen Lautsprecher aufgrund der ver- schiedenen virtuellen Quellen summiert werden. Wäre beispielsweise nur eine virtuelle Quelle vorhanden, so würde der Summierer entfallen, und das am Ausgang des Summierers in Fig. 3 anliegende Signal würde z. B. dem Signal entspre- chen, das von der Einrichtung 310 ausgegeben wird, wenn die virtuelle Quelle 1 die einzige virtuelle Quelle ist.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß an dem Ausgang 322 von Fig. 3 der Wert eines Lautsprechersignals erhalten wird, das eine Überlagerung der Komponentensignale für diesen Lautsprecher aufgrund der verschiedenen virtuellen Quellen 1, 2, 3, ..., n ist. Eine Anordnung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, wäre prinzipiell für jeden Lautsprecher 808 im Wellenfeldsynthesemodul 810 vorgesehen, es sei denn, daß, was aus praktischen Gründen bevorzugt wird, immer z. B. 2, 4 oder 8 zusammenliegende Lautsprecher mit demselben Lautsprechersignal angesteuert werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unterschieden, ob sich die virtuelle Quelle innerhalb des Zuhörerraums befindet, oder ob sich die virtuelle Quelle außerhalb des Zuhörerraums befindet. Die Situation der virtuellen Quelle innerhalb des Zuhörerraums wird anhand von Fig. 4 dargestellt, während die Situation der virtuellen Quelle innerhalb des Zuhörerraums anhand von Fig. 6 erläutert werden wird.
In Fig. 4 ist ein Zuhörerraum 902 dargestellt, wobei sich jedoch die virtuelle Quelle 900 außerhalb des Zuhörerraums befindet. Ferner ist in Fig. 4 eine Receiver-Linie 400 dargestellt, die derart definiert ist, daß auf ihr eine optimale Wellensynthese stattfindet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Recei- ver-Linie 400, die für jede virtuelle Quelle einzeln berechnet wird, so definiert, daß sie einerseits durch den Mittelpunkt 402 des Zuhörerraums verläuft und andererseits senkrecht zu einer Linie 404 ist, die sich von der virtuellen Quelle 900 zu dem Mittelpunkt 402 des Zuhörerraums er- streckt. Die Receiver-Linie 400 bildet die Grenze zwischen den relevanten Lautsprechern, die sich auf der zur virtuellen Quelle 900 zugewandten Seite der Receiver-Linie 400 befinden, und den nicht-relevanten Lautsprechern, die sich auf der anderen Seite der Receiver-Linie befinden. Die Be- Stimmung der oberhalb der Receiver-Linie 400 liegenden Lautsprecher als relevante Lautsprecher (vorzugsweise noch unter Berücksichtigung des 90°-Kriteriums für virtuelle Quellen außerhalb des Raums, auf das später noch eingegangen wird) stellt sicher, daß zumindest sämtliche Lautspre- eher des Lautsprecher-Unterarrays 904a, die Lautsprechersignale emittieren, die eine Komponente parallel zur Linie 404 haben, die jedoch entgegengesetzt zu der Richtung von der virtuellen Quelle 900 zu dem Mittelpunkt des Zuhörerraums gerichtet ist, nicht mit Treibersignalkomponenten be- aufschlagt werden. Da sich die virtuelle Quelle an der in Fig. 4 gezeigten Position befindet, ist eine Artefaktreduzierte oder sogar Artefakt-freie Wiedergabe dann erreicht, wenn der Zuhörer, der beispielsweise auf der Receiver-Linie und insbesondere im Mittelpunkt des Zuhörerraums als definierter Zuhörerposition angeordnet ist, spürt, daß der Schall aus der Richtung der virtuellen Quelle 900 kommt und nicht gewissermaßen „von hinten", wenn der Zuhörer an der definierten Zuhörerposition 402 in Richtung der virtuellen Quelle 900 sieht. So stellt es ein Artefakt dar, daß der Zuhörer, obgleich er die virtuelle Quelle vor sich sieht, eine Wellenfront wahrnimmt, die sich von seinem Rücken zu seiner Vorderseite ausbreitet.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß für sämtliche Lautspre- eher, die jenseits der Receiver-Linie liegen, also für die
Lautsprecher auf der Seite der Receiver-Linie 400, die von der virtuellen Quelle 900 weggewandt ist, eine Anwendung der üblichen Wellenfeldsynthese-Formen zur Berechnung der Skalierung problematisch ist.
Weiterhin wird es für Quellen außerhalb des Raumes bevor- zugt, daß nur die Lautsprecher als relevante Lautsprecher ermittelt werden, bei denen der Winkel zwischen einer Lautsprecherachse 500 und einer Linie von der virtuellen Quelle 900 zu dem Lautsprecher nicht größer als 90 Grad ist, da dieser Lautsprecher sonst keinen Artefakt-freien Beitrag für die virtuelle Quelle 900 liefern wird, wie es anhand von Fig. 5 dargestellt ist. So wird es bevorzugt, nur die Lautsprecher als relevante Lautsprecher zu ermitteln, bei denen der Winkel α, wie er in Fig. 5 eingezeichnet ist, kleiner oder gleich 90 Grad ist.
Nachfolgend wird anhand von Fig. 6 auf die Situation eingegangen, bei der sich die virtuelle Quelle 900 im Zuhörerraum befindet. Insofern ähnelt die Situation in Fig. 6 der in Fig. 9 dargestellten allgemeinen Problematik. Analog zu Fig. 9 ist auch in Fig. 6 das „Erzeugungs-Wellenfeld" mit gestrichelten Linien dargestellt, während das „Nutz- Wellenfeld" mit durchgezogenen Linien, die mit einer Pfeilspitze abgeschlossen sind, dargestellt ist. Ferner ist in Fig. 6 ebenfalls der Mittelpunkt 402 des Zuhörerraums als Beispiel für eine definierte Zuhörerposition eingezeichnet. Wieder ist ein Lautsprecher des unteren Lautsprecher- Unterarrays 904a als Artefakt-erzeugender Lautsprecher dargestellt. Insbesondere ist bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel der Zuhörerraum beispielhaft durch eine Teilungslinie 600 in einen Artefakt-freien Bereich 600a, in dem sich nach erfindungsgemäßer Bestimmung der relevanten Lautsprecher lediglich das Nutz-Wellenfeld befindet, und in einen Artefakt-Bereich 600b aufgeteilt, in dem sich lediglich das Er- zeugungs-Wellenfeld befindet, in dem jedoch aufgrund der Deaktivierung der Artefakt-erzeugenden Lautsprecher für die virtuelle Quelle kein Nutz-Wellenfeld der virtuellen Quelle 900 befindet, sondern lediglich das Erzeugungs-Wellenfeld, das richtungsmäßig entgegengesetzt zu dem Nutz-Wellenfeld ist.
Die im Hinblick auf Fig. 5 dargestellte 90-Grad-Grenze e- xistiert bei dem in Fig. 6 gezeigten Szenario, bei dem sich die virtuelle Quelle 900 innerhalb des Zuhörerraums 902 befindet, nicht, da prinzipiell alle Lautsprecher einen Beitrag liefern können.
Da sich aber aufgrund der Artefakte der sich mit entspre- chenden Richtungen ausbreitenden Wellenfelder erfindungsgemäß der Hörer nicht zwischen den Lautsprechern und der virtuellen Quelle befinden soll, um nicht das „Erzeugungs"- Wellenfeld zu hören, wird bei der Ermittlung der relevanten Lautsprecher vorgegangen, wie es nachfolgend anhand von Fig. 7 dargestellt wird. Wieder wird die Receiver-Linie 400 herangezogen, um die relevanten Lautsprecher von den nichtrelevanten Lautsprechern zu trennen. Im einzelnen wird wieder, wie es anhand von Fig. 4 bereits erläutert wird, vorzugsweise die Receiver-Linie für die virtuelle Quelle 900 derart positioniert, daß sie durch den Mittelpunkt 402 des Zuhörerraums bzw. des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays verläuft. Ferner wird wieder die Linie 404 von der virtuellen Quelle 900 zu dem Mittelpunkt 402, der beispielsweise die definierte Zuhörerposition ist, konstruiert, um dann eine Teilungslinie 600 zu bilden, die parallel zu der Receiver-Linie 400 ist, die jedoch durch die virtuelle Position der virtuellen Quelle 900 verläuft, wie es anhand von Fig. 7 ersichtlich ist. Damit wird der Zuhörerraum wieder in den Artefakt-freien Bereich 600a und den Artefaktbehafteten Bereich 600b aufgeteilt, wobei der Artefaktfreie Bereich 600a der Bereich des Zuhörerraums bezüglich der Teilungslinie 600 ist, in dem sich die definierte Zuhö- rerposition 402 befindet, während der Artefakt-behaftete Bereich 600b der Bereich des Zuhörerraums ist, in dem sich der definierte Zuhörer nicht befindet.
Die Basis für die Definition der Teilungslinie 600 und da- mit der relevanten Lautsprecher einerseits und der nichtrelevanten Lautsprecher andererseits ist somit bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel die Festlegung der Receiver-Linie für die Wellenfeldsynthese, die relativ frei erfolgen kann. Wie es ausgeführt worden ist, ist die Linie, für die es keinen Amplitudenfehler gibt, die Receiverlinie, während es vor und hinter der Receiver-Linie aufgrund der Tatsache, daß das Lautsprecherarray nicht vollständig dreidimensional ist, einen geringen Fehler aus systematischen Gründen geben wird.
Ferner wird bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der Mittelpunkt des Arrays als Zuhörerposition gewählt, durch den insbesondere die Receiver-Linie gehen soll, derart, daß wenigstens in der Mitte des Zuhörerraums kein Amp- litudenfehler vorhanden ist. Darüber hinaus wird es bevorzugt, die Receiverlinie als gerade auszuführen, obgleich beliebige Receiver-Linienformen möglich sind, wie es ausgeführt worden ist.
Ferner wird es bevorzugt, die Teilungslinie 600 senkrecht zur Geraden 404 von der virtuellen Quelle zum Mittelpunkt 402 auszuführen, derart, daß die Berechnungsmöglichkeit für die Wellenfeldsynthese aufgrund der damit vereinfachten geometrischen Verhältnisse effizienter ausführbar ist.
Ferner wird es bevorzugt, als Begrenzung für die relevanten Lautsprecher wiederum die Linie zu wählen, die parallel zur Receiver-Linie, aber durch die virtuelle Quelle statt durch den Arraymittelpunkt läuft.
Wie es bereits ausgeführt worden ist, wird es bevorzugt, für jede neue Position einer virtuellen Quelle die Situation der Lautsprecher zu bestimmen, also die Unterscheidung zwischen relevanten und nicht-relevanten Lautsprechern durchzuführen, um eine optimale Artefakt-reduzierte Situation zumindest im größten Bereich des Zuhörerraums zu er- reichen. Dies führt jedoch dazu, daß bei der Bewegung virtueller Quellen Lautsprecher aufgrund der Änderung der Grenze zwischen relevanten und nicht-relevanten Lautsprechern an- oder abgeschaltet werden. Zur Reduzierung von dabei potentiell auftretenden leichten Knackgeräuschen insbe- sondere bei Bewegungen von virtuellen Quellen im Zuhörerraum und bei sinusförmigen Audiosignalen wird es bevorzugt, im Falle daß ein Lautsprecher zu einem vorherigen Zeitpunkt noch kein relevanter Lautsprecher war, jedoch aufgrund einer sich bewegenden virtuellen Quelle zu einem relevanten Lautsprecher geworden ist, diesen „neuerdings" relevanten Lautsprecher „weich" einzuschalten.
In anderen Worten ausgedrückt soll der Pegel eines neuerdings für relevant erkannten Lautsprechers langsam auf sei- nen Nennpegel gebracht werden. Der Nennpegel ist hierbei der Pegel bzw. die Skalierung, die die Einrichtung zum Berechnen der Treibersignalkomponenten aufgrund der üblichen Wellenfeldsynthesegesetze ermittelt. Damit wird sicherge- stellt, daß keine Pegelsprünge auftreten, insbesondere dann, wenn beispielsweise bei Quellen innerhalb des Zuhörerraums sich die Position stark verändert und somit von einem Zeitpunkt zum nächsten ein Lautsprecher auf einmal eine starke Signalkomponente aufgrund einer virtuellen Quelle haben wird, die zum vorherigen Zeitpunkt noch nicht vorhanden war.
Je nach Implementierung kann das „weiche" Einschalten da- hingehend stattfinden, daß innerhalb eines Zeitraums von z. B. 10 Zeitpunkten, also 10 zeitlichen Abtastwerten des Audiosignals, von einem Null-Pegel zum Zeitpunkt des Ein- schaltens des Lautsprechers, also zum Zeitpunkt der Bestimmung, daß der Lautsprecher relevant ist, auf den Nenn- Pegel, der sich aufgrund der Wellenfeldsyntheseberechnungen ergibt, gegangen wird.
Die detaillierte Wahl der „Einschaltzeitdauer", also ob es sich hier um, wie vorstehend ausgeführt, 10 Zeitpunkte han- dein wird oder auch nur um zwei Zeitpunkte oder sogar um 20 Zeitpunkte, wird insbesondere von der konkreten Implementierung abhängen, da auch noch sonstige Anforderungen der Wellenfeldsynthese betrachtet werden müssen, nämlich daß der Gesamtpegel der virtuellen Quelle trotzdem stimmen sollte, und daß die Lokalisierbarkeit der virtuellen Quelle nicht verloren gehen darf, wenn zu stark auf den Pegel der Treibersignalkomponenten aufgrund einer virtuellen Quelle eingewirkt wird.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Manipulationen dazu führen können, daß Treibersignalkomponenten für nicht-relevante Lautsprecher, die, wie es oben ausgeführt worden sind, nicht zu den Laut- Sprechern bereitgestellt werden, die jedoch von einer Wel- lenfeldsyntheseeinrichtung berechnet werden können, dazu führen werden, daß es zu einem insgesamt wahrgenommenen reduzierten Pegel des Audiosignals von der virtuellen Quelle kommt. Dieser Problematik kann dahingehend gegengewirkt werden, daß die Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher angehoben werden, um insgesamt wieder einen bestimmten Soll-Pegel der virtuellen Quelle gewissermaßen am „Ohr" des Zuhörers zu erreichen. In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, Treibersignalkomponenten für Lautsprecher, die sich gerade noch im Einschaltvorgang befinden, die also noch nicht beispielsweise 10 Zeitpunkte hintereinander relevant waren, von einer solchen Pegelanhebung auszunehmen, derart, daß zwar einerseits der Pegel der virtu- eilen Quelle ohne Pegelschwankungen wahrgenommen wird, daß jedoch andererseits das „weiche" Einschalten nicht gefährdet wird.
Bezüglich des weichen Einschaltens sei darauf hingewiesen, daß die Amplitude der Treibersignalkomponente für einen Lautsprecher, der sich gerade im Einschaltvorgang befindet, über eine vorbestimmte Anzahl von Zeitpunkten stufenförmig, linear, sinusförmig oder auf eine beliebige andere Art und Weise monoton angehoben werden kann, je nach vorhandenen Rechenressourcen und Implementierungswünschen.
Abhängig von den insgesamten Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Treiben eines Arrays von Lautsprechern mit Treibersignalen in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammen- wirken können, daß das Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer- Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit also ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zum Treiben eines Arrays von Lautsprechern realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.

Claims

Patentansprüche
1. Wellenfeldsynthesevorrichtung zum Treiben eines Arrays (904a, 904b, 904c, 904d) von Lautsprechern (904) mit Treibersignalen, wobei die Lautsprecher an unterschiedlichen definierten Positionen angeordnet sind, wobei ein Treibersignal für einen Lautsprecher auf einem Audiosignal, das einer virtuellen Quelle (900) zugeordnet ist, die eine virtuelle Position bezüglich des Lautsprecherarrays hat, und der definierten Position des Lautsprechers basiert, mit folgenden Merkmalen:
einer Einrichtung (10) zum Ermitteln von relevanten Lautsprechern des Lautsprecherarrays auf der Basis der Position der virtuellen Quelle, einer vordefinierten Zuhörerposition und den definierten Positionen der Lautsprecher, derart, daß Artefakte aufgrund von Lautsprechersignalen, die sich entgegengesetzt zu einer Richtung von der virtuellen Quelle zu der vordefinierten Zuhörerposition bewegen, reduziert sind;
einer Einrichtung (20) zum Berechnen der Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher und die virtuelle Quelle; und
einer Einrichtung (24) zum Liefern der Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher für die virtuelle Quelle zu den relevanten Lautsprechern, wo- bei zu Lautsprechern des Lautsprecherarrays, die nicht zu den relevanten Lautsprechern gehören, keine Trei¬ bersignale für die virtuelle Quelle geliefert werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (20) zum Bereitstellen ausgerechnet ist, um für die virtuelle Quelle eine Receiver-Linie (400) zu definieren, und bei der die Einrichtung zum Ermitteln ausge- bildet ist, um für die Zuhörerposition, die auf der Receiverlinie (400) angeordnet ist, Lautsprecher als relevant zu ermitteln, die ansprechend auf zu denselben gelieferten Treibersignalkomponenten für die virtuelle Quelle Lautsprechersignale emittieren, deren Bewegungsrichtung zumindest eine Richtungskomponente umfassen, die parallel zu der Richtung von der virtuellen Quelle zu der Receiverlinie ist.
3. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung (10) zum Ermitteln ausgebildet ist, um für die Zuhörerposition bezüglich des Arrays von Lautsprechern Lautsprecher als relevant zu ermitteln, die ansprechend auf zu denselben gelieferten Treibersignalkomponenten für die virtuelle Quelle LautSprechersignale emittieren, deren Bewegungsrichtung zumindest einen Anteil hat, der parallel zu einem Vektor von der virtuellen Position der virtuellen Quelle zu einem jeweiligen Lautsprecher ist.
4. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Einrichtung (10) zum Ermitteln ausgebildet ist, um zu erfassen, ob die virtuelle Position außer- halb eines durch das Lautsprecherarray definierten Zuhörerraums (902) ist, bei der im Fall eines positiven Erfassungsergebnisses Lautsprecher als relevant ermittelt werden, die zwischen der virtuellen Position der virtuellen Quelle (900) und einer Receiver-Linie (400) liegen.
5. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Einrichtung (10) zum Ermitteln ausgebildet ist, um einen Winkel (α) zwischen einer Lautsprecher- Hauptemissionsrichtung (500) und einer Linie zwischen der virtuellen Quelle (900) und dem Lautsprecher zu bestimmen, und nur die Lautsprecher als relevant zu bestimmen, für die der Winkel kleiner als ein Grenz- winkel ist, der in einem vorbestimmten Bereich um 90 Grad herum ist.
6. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach Anspruch 5, bei der der vorbestimmte Bereich +/- 20 Grad umfaßt.
7. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Einrichtung (10) zum Ermitteln ausgebildet ist, um zu erfassen, ob die virtuelle Position der virtuellen Quelle (900) innerhalb eines durch das Lautsprecherarray definierten Zuhörerraums (902) ist,
bei der im Falle eines positiven Erfassungsergebnisses Lautsprecher als relevant ermittelt werden, die in ei- nem Bereich liegen, der auf einer bezüglich einer Receiver-Linie (400) abgewandten Seite einer Bezugslinie (600) liegt, die parallel zu der Receiver-Linie (400) ist und durch die virtuelle Position der virtuellen Quelle (900) verläuft.
8. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche, bei der das Lautsprecherarray ein
Linienarray ist, und
bei der die Einrichtung (20) zum Berechnen der Treibersignalkomponenten für die virtuelle Quelle ausge- bildet ist, um die Treibersignalkomponenten für die Lautsprecher und für die virtuelle Quelle so zu berechnen, daß sich eine Receiver-Linie (400) ergibt, wobei für Zuhörerpositionen auf der Receiver-Linie eine fehlerfreie Wellensynthese erzeugbar ist.
9. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der sich eine Receiver-Linie (400) durch einen Mittelpunkt (402) des Zuhörerraums (902) erstreckt.
10. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
bei der die Einrichtung (20) zum Berechnen ausgebildet ist, um die Treibersignalkomponenten für eine virtuelle Quelle und für die Lautsprecher des Arrays von Lautsprechern so zu berechnen, daß sich als Receiver- Linie (400) eine Gerade ergibt.
11. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die virtuelle Position der virtuellen Quelle (900) zeitvariabel ist, und
bei der die Einrichtung (20) zum Berechnen ausgebildet ist, um die Treibersignalkomponenten für die virtuelle Quelle (900) und für einen Lautsprecher so zu berechnen, daß eine Treibersignalkomponente für einen Lautsprecher, der zu einem vorherigen Zeitpunkt nicht relevant war, und der zu einem aktuellen Zeitpunkt rele- vant ist, um ein vorbestimmtes Dämpfungsmaß bezüglich eines Nennpegels gedämpft ist.
12. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Einrichtung (20) zum Berechnen ausgebildet ist, um das Dämpfungsmaß innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Zeitpunkten von einer maximalen Dämpfung zu einer Dämpfung gleich 0 schrittweise zu reduzieren.
13. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach Anspruch 12, bei der die vorbestimmte Anzahl von Zeitpunkten größer als 2 und kleiner als 40 ist.
14. Wellenfeldsynthesevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
bei der der virtuellen Quelle ein Soll-Pegel zugeordnet ist, und
bei der die Treibersignalkomponenten für die virtuelle Quelle für Lautsprecher, die zum vorherigen Zeitpunkt und zum aktuellen Zeitpunkt relevante Lautsprecher sind, pegelmäßig verstärkt werden, um die Dämpfung aufgrund des vorbestimmten Dämpfungsmaßes hinsichtlich des Pegels der virtuellen Quelle zu kompensieren.
15. Verfahren zum Treiben eines Arrays (904a, 904b, 904c, 904d) von Lautsprechern (904) mit Treibersignalen, wobei die Lautsprecher an unterschiedlichen definierten Positionen angeordnet sind, wobei ein Treibersignal für einen Lautsprecher auf einem Audiosignal, das einer virtuellen Quelle (900) zugeordnet ist, die eine virtuelle Position bezüglich des Lautsprecherarrays hat, und der definierten Position des Lautsprechers basiert, mit folgenden Schritten:
Ermitteln (10) von relevanten Lautsprechern des Laut- sprecherarrays auf der Basis der Position der virtuellen Quelle, einer vordefinierten Zuhörerposition und den definierten Positionen der Lautsprecher, derart, daß Artefakte aufgrund von Lautsprechersignalen, die sich entgegengesetzt zu einer Richtung von der virtu- eilen Quelle zu der vordefinierten Zuhörerposition bewegen, reduziert sind;
Berechnen (20) der Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher und die virtuelle Quelle; und
Liefern (24) der Treibersignalkomponenten für die relevanten Lautsprecher für die virtuelle Quelle zu den relevanten Lautsprechern, wobei zu Lautsprechern des Lautsprecherarrays, die nicht zu den relevanten Laut- Sprechern gehören, keine Treibersignale für die virtuelle Quelle geliefert werden.
6. Computer-Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 15, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
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