EP1844627B1 - Device and method for simulating an electromagnetic field synthesis system - Google Patents

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EP1844627B1
EP1844627B1 EP06707014A EP06707014A EP1844627B1 EP 1844627 B1 EP1844627 B1 EP 1844627B1 EP 06707014 A EP06707014 A EP 06707014A EP 06707014 A EP06707014 A EP 06707014A EP 1844627 B1 EP1844627 B1 EP 1844627B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
audio
wave field
field synthesis
output condition
simulating
Prior art date
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Active
Application number
EP06707014A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1844627A1 (en
Inventor
Katrin Reichelt
Gabriel Gatzsche
Frank Melchior
Sandra Brix
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP1844627A1 publication Critical patent/EP1844627A1/en
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Publication of EP1844627B1 publication Critical patent/EP1844627B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/008Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic in which the audio signals are in digital form, i.e. employing more than two discrete digital channels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/13Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems

Definitions

  • the present invention relates to the wave field synthesis technique, and more particularly to tools for creating audio scene descriptions and for verifying audio scene descriptions, respectively.
  • WFS Wave Field Synthesis
  • Applied to the acoustics can be simulated by a large number of speakers, which are arranged side by side (a so-called speaker array), any shape of an incoming wavefront.
  • a so-called speaker array any shape of an incoming wavefront.
  • the audio signals of each speaker must be fed with a time delay and amplitude scaling so that the radiated sound fields of each speaker properly overlap.
  • the contribution to each speaker is calculated separately for each source and the resulting signals added together. If the sources to be reproduced are in a room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The effort in the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the recording room and the number of speakers.
  • the advantage of this technique is in particular that a natural spatial sound impression over a large area of the playback room is possible.
  • the direction and distance of sound sources are reproduced very accurately.
  • virtual sound sources can even be positioned between the real speaker array and the listener.
  • wavefield synthesis works well for environments whose characteristics are known, irregularities occur when the texture changes, or when wave field synthesis is performed based on environmental conditions that do not match the actual nature of the environment.
  • An environmental condition can be described by the impulse response of the environment.
  • the space compensation using wavefield synthesis would be to first determine the reflection of that wall to determine when a sound signal reflected from the wall will return to the loudspeaker and what amplitude this reflected sound signal will be Has. If the reflection from this wall is undesirable, then with the wave field synthesis it is possible to eliminate the reflection from this wall by impressing the loudspeaker with a signal of opposite amplitude to the reflection signal in addition to the original audio signal, so that the traveling compensating wave is the Reflectance wave extinguished, so that the reflection from this wall in the environment that looks is, is eliminated. This can be done by first computing the impulse response of the environment and determining the nature and position of the wall based on the impulse response of that environment, the wall being interpreted as a source of mirrors, that is, a sound source reflecting an incident sound.
  • Wavefield synthesis (WFS or sound field synthesis), as developed at the TU Delft in the late 1980s, represents a holographic approach to sound reproduction. The basis for this is the Kirchhoff-Helmholtz integral. This states that any sound fields within a closed volume can be generated by means of a distribution of monopole and dipole sound sources (loudspeaker arrays) on the surface of this volume.
  • a synthesis signal for each loudspeaker of the loudspeaker array is calculated from an audio signal which emits a virtual source at a virtual position, the synthesis signals being such in terms of amplitude and phase, that a wave resulting from the superposition of the individual sound waves output by the loudspeakers present in the loudspeaker array corresponds to the wave which would originate from the virtual source at the virtual position, if this virtual source is at the virtual position would be a real source with a real position.
  • multiple virtual sources exist at different virtual locations.
  • the computation of the synthesis signals is performed for each virtual source at each virtual location, typically resulting in one virtual source in multiple speaker synthesis signals. Seen from a loudspeaker, this loudspeaker thus receives several synthesis signals, which go back to different virtual sources. A superimposition of these sources, which is possible due to the linear superposition principle, then gives the reproduced signal actually emitted by the speaker.
  • the final-rendered and analog-to-digital converted reproduction signals for the individual loudspeakers could be transmitted, for example via two-wire lines, from the wave field synthesis central unit to the individual loudspeakers.
  • the wave field synthesis central unit could always be made only for a special reproduction room or for a reproduction with a fixed number of loudspeakers.
  • the German patent DE 10254404 B4 discloses a system as it is in Fig. 7 is shown.
  • One part is the central wave field synthesis module 10.
  • the other part is composed of individual speaker modules 12a, 12b, 12c, 12d, 12e which are connected to actual physical speakers 14a, 14b, 14c, 14d, 14e as shown in FIG Fig. 1 is shown.
  • the number For example, in typical applications, the speaker 14a-14e is in the range above 50 and typically well above 100. If each loudspeaker is assigned its own loudspeaker module, the corresponding number of loudspeaker modules is also required. Depending on the application, however, it is preferred to address a small group of adjacent loudspeakers from a loudspeaker module.
  • a speaker module which is connected to four speakers, for example, feeds the four speakers with the same playback signal, or whether the four speakers corresponding different synthesis signals are calculated, so that such a speaker module actually off consists of several individual speaker modules, but which are physically combined in one unit.
  • each transmission link 16a-16e being coupled to the central wave field synthesis module and to a separate loudspeaker module.
  • a serial transmission format providing a high data rate such as a so-called Firewire transmission format or a USB data format is preferred. Data transfer rates in excess of 100 megabits per second are advantageous.
  • the data stream which is transmitted from the wave field synthesis module 10 to a loudspeaker module is thus correspondingly formatted according to the selected data format in the wave field synthesis module and provided with synchronization information which is provided in conventional serial data formats.
  • This synchronization information is extracted from the data stream by the individual loudspeaker modules and used to control the individual loudspeaker modules in terms of their reproduction, that is, ultimately to the analog-to-digital conversion to obtain the analog loudspeaker signal and the purpose of resampling to synchronize.
  • the central wave-field synthesis module works as a master and all loudspeaker modules operate as clients, with the individual data streams across the different links 16a-16e all receiving the same synchronization information from the central module 10.
  • the rendering still determines the total capacity of the system. Is the central rendering unit therefore z.
  • the central rendering unit therefore z. For example, if it is able to render 32 virtual sources simultaneously, ie to compute the synthesis signals for these 32 virtual sources simultaneously, then serious capacity bottlenecks will occur if more than 32 sources are active at a time in an audio scene. This is sufficient for simple scenes. For more complex scenes, in particular with immersive sound impressions, ie when it rains and many raindrops are single sources, it is immediately obvious that the capacity with a maximum of 32 sources is no longer sufficient. A similar situation also occurs when you have a large orchestra and in fact want to process every orchestra player or at least each group of instruments as their own source in their own position. Here, 32 virtual sources can quickly become too little.
  • a scene description is used in which the individual audio objects are defined together such that, using the data in the scene description and the audio data for the individual virtual sources, the complete scene is rendered by a renderer or a multi-rendering Arrangement can be processed.
  • a renderer or a multi-rendering Arrangement For each audio object, it is exactly defined where the audio object has to start and where the audio object ends. Furthermore, for each audio object, exactly the position of the virtual source is indicated at which the virtual source should be, which is to be entered into the wave field synthesis rendering device, so that for each speaker the corresponding synthesis signals are generated.
  • a disadvantage of the concept described is the fact that it is relatively rigid, in particular when creating the audio scene descriptions. So a sound engineer will create an audio scene just for a particular wave field synthesizer, of which he knows exactly the situation in the playback room and the audio scene description created so that it runs smoothly on the well-defined wave field synthesis system known to the producers.
  • the sound engineer will consider the maximum capacity of the wave field synthesis rendering device as well as wave field requirements in the rendering room already when creating the audio scene description. For example, if a renderer has a maximum capacity of 32 audio sources to process, the sound engineer will already be careful to edit the audio scene description so that no more than 32 sources can be processed simultaneously.
  • An audio scene description is thus obtained as a sequence of audio objects, each audio object being a virtual one Position and a start time, an end time or a duration includes.
  • a disadvantage of this concept is that the sound engineer, who creates the audio scene description, must concentrate on boundary conditions of the wave field synthesis system, which actually have nothing to do with the creative side of the audio scene. It would therefore be desirable to whom the sound engineer could concentrate solely on the creative aspects without having to consider a particular wave field synthesis system on which his audi scene is to run.
  • Another disadvantage of the described concept is that when an audio scene description from a wave field synthesis system having a particular first behavior for which the audio scene description has been designed is to be made on another wave field synthesis system having a second behavior for which the audio scene has not been designed ,
  • the audio scene description becomes the second system only in terms of performance of the first system and do not exhaust the additional efficiency of the second system.
  • the second system also refers to a z. B. larger playback room, it can no longer be ensured at certain points that the wavefronts of two virtual sources, such as bass guitar and lead guitar, arrive almost simultaneously.
  • the object of the present invention is to provide a concept for simulating a wave field synthesis system by which an audio scene description can be efficiently examined for a particular wave field synthesis system and related potentially occurring errors.
  • the present invention is based on the recognition that in addition to an audio scene description that defines a temporal sequence of audio objects, output conditions are provided either within the audio scene description or separately from the audio scene description, then the behavior of the wave field synthesis system on which an audio scene description is to run to simulate. Based on the simulated behavior of the wave field synthesis system and on the basis of the output conditions, it can then be checked whether the simulated behavior of the wave field synthesis system fulfills the output condition or not.
  • This concept makes it easy to simulate one audio scene description for another wave field synthesis system and to account for system independent general output conditions for the other wave field synthesis system without the sound engineer or creator of the audio scene description dealing with such "secular" things of an actual wave field synthesis.
  • the occupation with the actual boundary conditions of a wave field synthesis system is taken from the sound engineer by the device according to the invention. He can simply write his audio scene description, guided by creative thoughts, as he would like to, by protecting the artistic impression through the system-independent output conditions.
  • the inventive concept determines whether the audio scene description, the universal, ie has not been written for a particular system, can run on a specific system, if and where appropriate in the playback room problems occur.
  • the processor can simulate the behavior of the wave field synthesis system almost in real time and verify it on the basis of the given output condition.
  • the output condition may refer to hardware aspects of the wave field synthesis system, such as a maximum processing capability of the renderer device, or to sound field specific things in the rendering room, such as having wavefronts of two virtual sources perceived within a maximum time difference. or that level differences between two virtual sources at all points or at least at certain points in the playback room must be in a predetermined corridor.
  • the hardware-specific output conditions it is preferable not to include them in the audio scene description due to the flexibility and compatibility requirements, but to provide them externally to the reviewer.
  • a creator of an audio scene description ensures that at least minimum sound impression requirements are met, but that some flexibility remains in wave field synthesis rendering in order to play an audio scene description not only with optimal quality on a single wave field synthesis system, but rather different wave-field synthesis systems, adding the flexibility granted by the author through intelligent post-processing of the audio scene description, However, which is preferably carried out by machine, is advantageously exploited.
  • the present invention serves as a tool to verify whether output conditions of an audio scene description can be met by a wave field synthesis system. Should violations of output conditions occur, the inventive concept in the preferred embodiment will inform the user which virtual sources are problematic, where in the playback room violations of the output conditions occur and at what time. Thus, it can be judged whether an audio scene description easily runs on any wave field synthesis system or whether the audio scene description needs to be rewritten due to serious violations of the output conditions, or if violations of the output conditions occur, but they are not so serious as to actually describe the audio scene would have to manipulate.
  • Fig. 1a shows a schematic representation of an inventive device for simulating a wave field synthesis system with a playback room in which one or more speaker arrays and a coupled to the speaker array wave field synthesis rendering device can be attached.
  • the inventive apparatus comprises means 1 for providing an audio scene description defining a temporal sequence of audio objects, wherein an audio object comprises an audio file for a virtual source or a reference to the audio file and information about a source location of the virtual source.
  • the audio files may either be contained directly in the audio scene description 1 or may be identifiable by references to audio files in an audio file database 2 and fed to a device 3 for simulating the behavior of the wave field synthesis system.
  • the audio files are controlled via a control line 1a or supplied to the simulation device 3 via a line 1b, which also contains the source positions.
  • a line 3a will be active which is in Fig. 1a indicated by dashed lines.
  • the device 3 for simulating the wave field synthesis system is designed to use information about the wave field synthesis system, and then, on the output side, to supply the simulated behavior of the wave field synthesis system to a device 4 for checking the output condition.
  • the device 4 is designed to check whether the simulated behavior of the wave field synthesis system fulfills the output condition or not.
  • the device 4 for checking receives an output condition via an input line 4a, the output condition being supplied either externally to the device 4.
  • the output condition may also be derived from the audio scene description, as represented by a dashed line 4b.
  • the first case that is, where the issue condition is externally supplied, is preferred when the issue condition is a hardware-technical condition related to the wave-field synthesis system, such as a maximum transfer capacity of a data connection or, as a bottleneck of overall processing, a maximum Computing capacity of a renderer, or, in multi-renderer systems, a single renderer module.
  • the issue condition is a hardware-technical condition related to the wave-field synthesis system, such as a maximum transfer capacity of a data connection or, as a bottleneck of overall processing, a maximum Computing capacity of a renderer, or, in multi-renderer systems, a single renderer module.
  • Renderers generate synthesis signals from the audio files using information about the speakers and using information about the source locations of the virtual sources, that is, for each of the many speakers a separate signal, wherein the synthesis signals to each other have different phase and amplitude ratios, so that the many speakers according to the theory of wave field synthesis generate a common wavefront that propagates in the playback room.
  • typical renderer modules are limited in their capacity, such as a maximum capacity of 32 simultaneously to be processed virtual sources. Such an output condition, namely that a maximum of 32 sources may be processed by a renderer at a time, could be provided, for example, to the device 4 for checking the output condition.
  • output conditions relate to the sound field in the playback room.
  • output conditions define a sound field or property of a sound field in the playback room.
  • the wave field synthesis system simulating means 3 is configured to simulate the sound field in the reproducing room using information about an arrangement of the one or more speaker arrays in the reproducing room and using the audio data.
  • the means 4 for checking in this case is arranged to check whether or not the simulated sound field satisfies the output condition in the reproduction room.
  • the means 4 will be arranged to provide a display, such as an optical display, telling the user whether the dispensing condition is not met, completely satisfied, or only partially fulfilled.
  • the device 4 is also designed to check to z. B., as it is based on Fig. 1d is presented to identify problem areas in the playback room (WGR), where z. B. a wavefront output condition is not met. Based on this information, a user of the simulation tool can then decide whether he accepts the partial violation or not, or whether he takes certain measures to achieve a lesser violation of the output conditions, etc.
  • Fig. 1b shows a preferred implementation of the device 3 for simulating a wave field synthesis system.
  • the device 3 comprises in the in Fig. 1b shown preferred embodiment of the present invention, a required anyway for a wave field synthesis system wave field synthesis rendering device 3b to from the scene description, the audio files, the information about speaker positions or possibly further information about the z. B. acoustics of the playback room, etc. Synthesis signals to be generated, which are then supplied to a speaker simulator 3 c.
  • the speaker simulator is configured to detect a sound field in the playback room, preferably at each position of interest in the playback room. With reference to the procedure, refer to below Fig. 1c is described, it can then be determined for each searched point in the playback room, whether a problem has occurred or not.
  • FIG. 1c The flow diagram shown is first simulated by the device 3 for simulating a wavefront in the reproduction space for a first virtual source (5a). Then, by means 3, a wavefront in the reproduction space for the second virtual source is simulated (FIG. 5b). Of course, the two steps 5a and 5b in the presence of appropriate computing capacities also parallel to each other, so be performed simultaneously. This is followed in a step 5c on the basis of the first Wavefront calculated for the first virtual source and based on the second wavefront for the second virtual source a property to be simulated. Preferably, this property will be a property that must be satisfied between two particular virtual sources, such as a level difference, a runtime difference, etc.
  • step 5c Which property is calculated in step 5c depends on the output condition, since of course only information needs to be simulated, which should also be compared with output conditions.
  • the actual comparison of the calculated property, ie the result of step 5c, with the output condition takes place in a step 5d.
  • step 5e not only can it be indicated whether a condition is not satisfied, but also where in the playback room such a condition is not met. Furthermore, in the in Fig. 1c 5, the problematic virtual sources are also identified.
  • FIG. 1d a preferred embodiment of the present invention is shown.
  • An output condition that is in Fig. 1 is considered, defines a sound propagation time with respect to audio data.
  • this condition is particularly in the in Fig. 1d shown reproduction space, which is surrounded by four loudspeaker arrays LSA1, LSA2, LSA3, LSA4, then, if the sources are positioned according to the audio scene description very far apart, not to be fulfilled for each point in the playback room.
  • Problem zones identified by the inventive concept are in Fig. 1d plotted in the playback room.
  • the producer has positioned the guitar and the bass at a distance of 100 m. Further, as the output condition, a maximum transit time difference of 10 m was set for the entire reproduction space, that is, a period of 10 m divided by the speed of sound.
  • the procedure according to the invention, as described on the basis of Fig. 1 has been described, the problem areas, as in Fig. 1d are hinted at and a producer or a sound engineer who the audio scene description with regard to the wave field synthesis system, the in Fig. 1d shown, communicate.
  • performance bottlenecks and quality holes can be predicted. This is achieved by favoring centralized data management, that is to say that both the scene description and the audio files are stored in an intelligent database, and furthermore that a device 3 for simulating the wave field synthesis system is provided, which is a more or less accurate simulation of the wave field synthesis -Systems supplies. This eliminates costly manual testing and artificially limiting system performance to a level considered to be performance and quality assured.
  • a relative definition of the audio objects relative to each other and, in particular, a positioning which is variable within a time span or spatial range is preferred, as it is based on Fig. 3 will be described.
  • the relative positioning or arrangement of audio objects / audio files provides a workable way to define output conditions that preferably relate to a property of two virtual objects, that is also something relative.
  • a database is still used to reuse such assignments / issuing conditions.
  • both relative and variable constraints are used to test the violation of certain sound requirements on different systems.
  • a test mechanism then checks the existing display area imposed by the wave field synthesis loudspeaker array for whether there are any positions which the issue condition is violated. Preferably, furthermore, the author of the sound scene is informed about this violation.
  • the simulation device according to the invention can provide a pure indication of the situation of the output condition, ie whether or not it is injured and, where applicable, where it is injured and where not.
  • the simulation device according to the invention is preferably designed not only to identify the problematic virtual sources, for example, but also to propose solutions to a processor.
  • the simulation device can use an iterative approach in which the sources are moved closer and closer to one another in a certain step size, in order then to see whether the output condition is now satisfied at previously problematic points in the reproduction space. So the "cost function" will be whether there are fewer issue condition violation points than in the previous iteration run.
  • the device according to the invention comprises a device for manipulating an audio object if the audio object violates the output condition.
  • This manipulation can thus consist in an iterative manipulation in order to propose a positioning for the user.
  • the concept according to the invention with this manipulation device can also be used in wave-field synthesis processing in order to use a scene description to adapt it to the actual system Create schedule.
  • This implementation is particularly preferred when the audio objects are not fixed in time and location, but in time and place is given a time span in which the audio object manipulation device is allowed to independently manipulate the audio objects without asking the sound engineer.
  • care is taken in such a real-time simulation / processing that the output conditions are not violated even more by a shift within a time span or local span.
  • the apparatus of the invention may also operate off-line by writing from an audio scene description by audio object manipulation a schedule file based on the simulation results for different output conditions and then rendered in a wavefield synthesis system rather than the original audio scene description.
  • the advantage of this implementation is that the audio file has been written without the intervention of the sound engineer, ie without the time and financial resources of a producer.
  • an audio object should specify the audio file that effectively represents the audio content of a virtual source.
  • the audio object does not need to include the audio file, but may have an index pointing to a defined location in a database where the actual audio file is stored.
  • an audio object preferably comprises an identification of the virtual source, which may be, for example, a source number or a meaningful file name, etc.
  • the audio object specifies a start and / or end time the virtual source, ie the audio file. Specifying only a time period for the start means that the actual starting point of the rendering of this file by the renderer can be changed within the time span. In addition, if a time limit is specified for the end, this also means that the end can also be varied within the time span, which, depending on the implementation, will generally lead to a variation of the audio file also in terms of its length. Any implementations are possible, such.
  • a definition of the start / end time of an audio file so that although the starting point may be moved, but in no case the length may be changed, so that automatically the end of the audio file is also moved.
  • it is preferred to also keep the end variable since it is typically not problematic whether z.
  • a wind noise starts sooner or later, or ends slightly earlier or later.
  • an audio object further comprises a location span for the position. So it will be irrelevant for certain audio objects, whether they z. B. come from the front left or front center, or if they are shifted by a (small) angle with respect to a reference point in the playback room.
  • audio objects, especially from the noise area which can be positioned at any position and thus have a maximum spatial range, for example, by a code for "arbitrary" or by no code (implicit) in the Audio object can be specified.
  • An audio object may include other information, such as an indication of the nature of the virtual Source, that is, whether the virtual source must be a point source for sound waves, or whether it must be a source of plane waves, or whether it must be a source that generates sources of any wavefront, provided the renderers Modules are able to handle such information.
  • Fig. 3 shows by way of example a schematic representation of a scene description, in which the temporal sequence of different audio objects A01, .... AOn + 1 is shown.
  • attention is drawn to the audio object A03, for which a period of time as shown in Fig. 3 is defined.
  • a period of time as shown in Fig. 3 is defined.
  • both the start point and the end point of the audio object AO3 can be in Fig. 3 to be shifted by the time span.
  • the definition of the audio object A03 is that the length must not be changed, but this can be set variably from audio object to audio object.
  • a scene description is used that has relative indications.
  • the flexibility is increased by giving the beginning of the audio object A02 no longer at an absolute time, but in a relative time to the audio object AO1.
  • a relative description of the location information is preferred, so not that an audio object is to be arranged at a certain position xy in the playback room, but z.
  • B. is a vector offset to another audio object or to a reference object.
  • the time span information can be recorded very efficiently, namely simply by setting the time span such that it expresses that the audio object A03 has, for B. in a period between two minutes and two minutes and 20 seconds after the start of the audio object AO1 can begin.
  • Such a relative definition of the space and time conditions leads to a database efficient representation in the form of constraints, such as.
  • Modeling Output Constraints in Multimedia Database Systems T. Heimrich, 11th International Multimedia Modeling Conference, IEEE, January 12, 2005 to January 14, 2005 , Melbourne. It shows the use of constraints in database systems to define consistent database states.
  • temporal constraints are described using Allen relationships and spatial constraints using spatial relationships. From this, favorable output constraints can be defined for synchronization purposes.
  • Such output constraints include a temporal or spatial condition between the objects, a reaction in case of a violation of a constraint, and a verification time, ie when such a constraint needs to be checked.
  • the spatial / temporal output objects of each scene are modeled relative to one another.
  • the audio object manipulation device achieves a translation of these relative and variable definitions into an absolute spatial and temporal order.
  • This order represents the output schedule which defines how, in particular, the renderer module is addressed in the wave-field synthesis system.
  • the schedule is thus an output schedule that arranges the audio data according to the output conditions.
  • FIG. 4 a preferred embodiment of such an output schedule set forth.
  • Fig. 4 a data stream according to Fig. 4 from left to right, that is, from an audio object manipulation device of one to one or more wave field synthesis renderers of a wavefield system.
  • the data stream for each audio object in the in Fig. 4 In the embodiment shown, first a header H, in which the position information and the time information stand, and a subordinate audio file for the special audio object, which in Fig. 4 with AO1 for the first audio object, A02 for the second audio object, etc.
  • a wave field synthesis renderer then receives the data stream and detects z. B. to an existing and agreed synchronization information that now comes a header. Based on another synchronization information, the renderer then recognizes that the header is now over. Alternatively, a fixed length in bits can be agreed for each Haeder.
  • the audio renderer After receiving the header, the audio renderer knows the in Fig. 4 shown preferred embodiment of the present invention automatically that the subsequent audio file, ie, for. B. AO1, to the audio object, so to the Source location identified in the header.
  • Fig. 4 shows a serial data transfer to a wave field synthesis renderer.
  • the renderer requires an input buffer preceded by a data stream reader to parse the data stream.
  • the data stream reader will then interpret the header and store the associated audio data accordingly, so that when an audio object is to render, the renderer reads out the correct audio file and the correct source position from the input buffer.
  • Other data for the data stream are of course possible.
  • a separate transmission of both the time / location information and the actual audio data may be used.
  • the present invention is thus based on an object-oriented approach, that is to say that the individual virtual sources are understood as objects which are distinguished by an audio file and a virtual position in space and possibly by the nature of the source, that is, if they are a point source for sound waves or a source of plane waves or a source of differently shaped sources.
  • the calculation of the wave fields is very computation-intensive and the capacities of the hardware used, such as sound cards and computers, in conjunction with the efficiency of the calculation algorithms bound. Even the best-equipped PC-based solution thus quickly reaches its limits in the calculation of wave field synthesis, when many sophisticated sound events are to be displayed simultaneously. Thus, the capacity limit of the software and hardware used dictates the limitation on the number of virtual sources in the mixdown and playback.
  • Fig. 6 shows such a limited in its known wave field synthesis concept that includes an authoring tool 60, a control renderer module 62, and an audio server 64, wherein the control renderer module is configured to provide a speaker array 66 with data for the speaker array 66 to generate a desired wavefront 68 by superimposing the single waves of the individual loudspeakers 70.
  • the authoring tool 60 allows the user to create scenes, edit and control the wave field synthesis based system.
  • a scene consists of information about the individual virtual audio sources as well as the audio data.
  • the properties of the audio sources and the references to the audio data are stored in an XML scene file.
  • the audio data itself is stored on the audio server 64 and transmitted from there to the renderer module.
  • the renderer module receives the control data from the authoring tool so that the control renderer module 62, which is centrally executed, can generate the synthesis signals for the individual loudspeakers.
  • This in Fig. 6 shown concept is in " Authorization System for Wave Field Synthesis ", F. Melchior, T. Röder, S. Brix, S. Wabnik and C. Riegel, AES Convention Paper, 115th AES Assembly, October 10, 2003, New York s.
  • each renderer is supplied with the same audio data, regardless of whether the renderer needs this data for playback or not because of the limited number of speakers assigned to it.
  • a reduction of redundant data transfer operations and data processing operations in a wave field synthesis multi-renderer system is achieved, which leads to an increase in the computing capacity or the number of simultaneously computable audio sources.
  • the audio server is extended by the data output device, which is able to determine which renderer needs which audio and metadata.
  • the data output device possibly supported by the data manager, requires a plurality of information in a preferred embodiment. This information is initially the audio data, then the source and position data of the sources, and finally the configuration of the renderers, that is, information about the connected speakers and their positions and their capacity.
  • an output schedule is generated by the data output device with a temporal and spatial arrangement of the audio objects. From the spatial arrangement, the time schedule and the renderer configuration, the data management module then calculates which source is relevant for which renderer at a particular time.
  • the database 22 is the output side to the data output device 24 supplemented, wherein the data output device is also referred to as a scheduler.
  • This scheduler then generates at its outputs 20a, 20b, 20c for the various renderers 50 the renderer input signals in order to power the corresponding loudspeakers of the loudspeaker arrays.
  • the scheduler 24 is still supported by a storage manager 52 in order to configure the database 22 by means of a RAID system and corresponding data organization specifications.
  • a data generator 54 On the input side is a data generator 54, which may be, for example, a sound engineer or an audio engineer who is to model or describe an audio scene in an object-oriented manner. In this case, he provides a scene description that includes corresponding output conditions 56, which are then optionally stored in the database 22 together with audio data after a transformation 58.
  • the audio data may be manipulated and updated using an insert / update tool 59.
  • the method according to the invention can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be on a digital storage medium, particularly a floppy disk or CD, with electronically readable control signals that may interact with a programmable computer system to perform the method.
  • 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 when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Abstract

For simulating a wave field synthesis system, an audio scene description defining a temporal sequence of audio objects is provided, an audio object having an audio file for a virtual source or a reference to the audio file and information on a source position of the virtual source. Furthermore, an output condition the wave field synthesis system is to satisfy is given. Furthermore, a simulator for simulating the behavior of the wave field synthesis system for the audio scene description, using the audio data and the source positions as well as information on the wave field synthesis system, is provided. Finally a checker performs a check to determine if the simulated behavior of the wave field synthesis system satisfies the output condition. This achieves more flexible audio scene description creation as well as flexible portability of an audio scene description developed for one system to another wave field synthesis system.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Wellenfeldsynthese-Technik und insbesondere auf Werkzeuge zum Erstellen von Audioszenenbeschreibungen bzw. zum Verifizieren von Audioszenenbeschreibungen.The present invention relates to the wave field synthesis technique, and more particularly to tools for creating audio scene descriptions and for verifying audio scene descriptions, respectively.

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

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

Ein besserer natürlicher Raumeindruck sowie eine stärkere Einhüllung bei der Audiowiedergabe kann mit Hilfe einer neuen Technologie erreicht werden. Die Grundlagen dieser Technologie, die so genannte Wellenfeldsynthese (WFS; WFS = Wave-Field Synthesis), wurden an der TU Delft erforscht und erstmals in den späten 80er-Jahren vorgestellt ( Berkhout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic control by Wave-field Synthesis. JASA 93, 1993 ).A better natural spatial impression as well as a stronger envelope in the audio reproduction can be achieved with the help of a new technology. The basics of this technology, the so-called wave field synthesis (WFS = Wave Field Synthesis), were researched at the TU Delft and first introduced in the late 80s ( Berkhout, AJ; 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 Wellenfeldsynthese bis jetzt nur selten in der Praxis angewendet. Erst die Fortschritte in den Bereichen der Mikroprozessortechnik und der Audiocodierung gestatten heute den Einsatz dieser Technologie in konkreten Anwendungen. Erste Produkte im professionellen Bereich werden nächstes Jahr erwartet. In wenigen Jahren sollen auch erste Wellenfeldsynthese-Anwendungen für den Konsumerbereich auf den Markt kommen.Due to the enormous demands of this method on computer performance and transmission rates, wave field synthesis has rarely been used in practice. Only the advances in the areas of microprocessor technology and audio coding allow today the use of this technology in concrete applications. The first professional products are expected next year. In a few years, the first wave field synthesis applications for the consumer sector will be launched.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Die Wellenfeldsynthese ermöglicht somit eine korrekte Abbildung von virtuellen Schallquellen über einen großen Wiedergabebereich. Gleichzeitig bietet sie dem Tonmeister und Toningenieur neues technisches und kreatives Potential bei der Erstellung auch komplexer Klanglandschaften. Die Wellenfeldsynthese (WFS oder auch Schallfeldsynthese), wie sie Ende der 80-er Jahre an der TU Delft entwickelt wurde, stellt einen holographischen Ansatz der Schallwiedergabe dar. Als Grundlage hierfür dient das Kirchhoff-Helmholtz-Integral. Dieses besagt, dass beliebige Schallfelder innerhalb eines geschlossenen Volumens mittels einer Verteilung von Monopol- und Dipolschallquellen (Lautsprecherarrays) auf der Oberfläche dieses Volumens erzeugt werden können.The wave field synthesis thus allows a correct mapping of virtual sound sources over a large playback area. At the same time it offers the sound engineer and sound engineer new technical and creative potential in the creation of even complex soundscapes. Wavefield synthesis (WFS or sound field synthesis), as developed at the TU Delft in the late 1980s, represents a holographic approach to sound reproduction. The basis for this is the Kirchhoff-Helmholtz integral. This states that any sound fields within a closed volume can be generated by means of a distribution of monopole and dipole sound sources (loudspeaker arrays) on the surface of this volume.

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

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

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

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

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

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

Das Deutsche Patent DE 10254404 B4 offenbart ein System, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Ein Teil ist das zentrale Wellenfeldsynthesemodul 10. Der andere Teil setzt sich aus einzelnen Lautsprechermodulen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e zusammen, die mit tatsächlichen physikalischen Lautsprechern 14a, 14b, 14c, 14d, 14e derart verbunden sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Lautsprecher 14a-14e bei typischen Anwendungen im Bereich über 50 und typischerweise sogar deutlich über 100 liegt. Wird jedem Lautsprecher ein eigenes Lautsprechermodul zugeordnet, so wird auch die entsprechende Anzahl von Lautsprecher-Modulen benötigt. Je nach Anwendung wird es jedoch bevorzugt, von einem Lautsprecher-Modul aus eine kleine Gruppe von nebeneinander liegenden Lautsprechern anzusprechen. In diesem Zusammenhang ist es beliebig, ob ein Lautsprecher-Modul, das mit vier Lautsprechern beispielsweise verbunden ist, die vier Lautsprecher mit demselben Wiedergabesignal speist, oder ob für die vier Lautsprecher entsprechende unterschiedliche Synthesesignale berechnet werden, so dass ein solches Lautsprecher-Modul eigentlich aus mehreren einzelnen Lautsprecher-Modulen besteht, die jedoch physikalisch in einer Einheit zusammengefasst sind.The German patent DE 10254404 B4 discloses a system as it is in Fig. 7 is shown. One part is the central wave field synthesis module 10. The other part is composed of individual speaker modules 12a, 12b, 12c, 12d, 12e which are connected to actual physical speakers 14a, 14b, 14c, 14d, 14e as shown in FIG Fig. 1 is shown. It should be noted that the number For example, in typical applications, the speaker 14a-14e is in the range above 50 and typically well above 100. If each loudspeaker is assigned its own loudspeaker module, the corresponding number of loudspeaker modules is also required. Depending on the application, however, it is preferred to address a small group of adjacent loudspeakers from a loudspeaker module. In this context, it is arbitrary whether a speaker module, which is connected to four speakers, for example, feeds the four speakers with the same playback signal, or whether the four speakers corresponding different synthesis signals are calculated, so that such a speaker module actually off consists of several individual speaker modules, but which are physically combined in one unit.

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

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

Der Datenstrom, der von dem Wellenfeldsynthesemodul 10 zu einem Lautsprecher-Modul übertragen wird, wird somit je nach gewähltem Datenformat in dem Wellenfeldsynthesemodul entsprechend formatiert und mit einer Synchronisationsinformation versehen, die in üblichen seriellen Datenformaten vorgesehen ist. Diese Synchronisationsinformation wird von den einzelnen Lautsprecher-Modulen aus dem Datenstrom extrahiert und verwendet, um die einzelnen Lautsprecher-Module im Hinblick auf ihre Wiedergabe, also letztendlich auf die Analog-Digital-Wandlung zum Erhalten des analogen Lautsprechersignals und die dafür vorgesehene Abtastung (resampling) zu synchronisieren. Das zentrale Wellenfeldsynthesemodul arbeite als Master, und alle Lautsprecher-Module arbeiten als Clients, wobei die einzelnen Datenströme über die verschiedenen Übertragungsstrecken 16a-16e alle dieselben Synchronisationsinformationen von dem Zentralmodul 10 erhalten. Dies stellt sicher, dass alle Lautsprecher-Module synchron, und zwar synchronisiert von dem Master 10, arbeiten, was für das Audiowiedergabesystem wichtig ist, um keinen Verlust an Audioqualität zu erleiden, damit die vom Wellenfeldsynthesemodul berechneten Synthesesignale nicht zeitversetzt von den einzelnen Lautsprechern nach entsprechendem Audio-Rendering abgestrahlt werden.The data stream which is transmitted from the wave field synthesis module 10 to a loudspeaker module is thus correspondingly formatted according to the selected data format in the wave field synthesis module and provided with synchronization information which is provided in conventional serial data formats. This synchronization information is extracted from the data stream by the individual loudspeaker modules and used to control the individual loudspeaker modules in terms of their reproduction, that is, ultimately to the analog-to-digital conversion to obtain the analog loudspeaker signal and the purpose of resampling to synchronize. The central wave-field synthesis module works as a master and all loudspeaker modules operate as clients, with the individual data streams across the different links 16a-16e all receiving the same synchronization information from the central module 10. This ensures that all loudspeaker modules operate synchronously, synchronized by the master 10, which is important to the audio playback system so as not to suffer any loss of audio quality, so that the synthesis signals computed by the wavefronts synthesis module are not delayed in response to the individual loudspeakers Audio rendering will be broadcast.

Das beschriebene Konzept liefert zwar bereits eine deutliche Flexibilität im Hinblick auf ein Wellenfeldsynthese-System, das für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten skalierbar ist. Es leidet jedoch nach wie vor an der Problematik, dass das zentrale Wellenfeldsynthese-Modul, das das eigentliche Haupt-Rendering durchführt, das also abhängig von den Positionen der virtuellen Quellen und abhängig von den Lautsprecherpositionen die einzelnen Synthese-Signale für die Lautsprecher berechnet, einen "Flaschenhals" für das gesamte System darstellt. Obgleich bei diesem System das "Nach-Rendering", also die Beaufschlagung der Synthesesignale mit Kanalübertragungsfunktionen, etc. bereits dezentral ausgeführt wird und somit bereits die notwendige Datenübertragungskapazität zwischen dem zentralen Renderer-Modul und den einzelnen Lautsprecher-Modulen durch Selektion von Synthesesignalen mit einer kleineren Energie als einer bestimmten Schwellenenergie reduziert worden ist, müssen jedoch dennoch alle virtuellen Quellen gewissermaßen für alle Lautsprechermodule gerendert werden, also in Synthesesignale umgerechnet werden, wobei die Ausselektion erst nach dem Rendering stattfindet.Although the concept described already provides considerable flexibility with regard to a wave field synthesis system that is scalable for various applications. However, it continues to suffer from the problem that the central wave field synthesis module, which performs the actual main rendering, which thus calculates the individual synthesis signals for the speakers, depending on the positions of the virtual sources and depending on the speaker positions Represents "bottleneck" for the entire system. Although in this system, the "post-rendering", ie the application of the synthesis signals with channel transfer functions, etc. already executed decentralized and thus already the necessary data transfer capacity between the central renderer module and the individual speaker modules by selecting synthesis signals with a smaller However, energy has been reduced as a certain threshold energy, but all virtual sources must be rendered so to speak for all speaker modules, so converted into synthesis signals, the Ausselektion takes place only after the rendering.

Dies bedeutet, dass das Rendering nach wie vor die Gesamtkapazität des Systems bestimmt. Ist die zentrale Rendering-Einheit daher z. B. in der Lage, 32 virtuelle Quellen gleichzeitig zu rendern, also für diese 32 virtuellen Quellen die Synthesesignale gleichzeitig zu berechnen, so treten ernsthafte Kapazitätsengpässe auf, wenn mehr als 32 Quellen zu einem Zeitpunkt in einer Audioszene aktiv sind. Für einfache Szenen ist dies ausreichend. Für komplexere Szenen, insbesondere mit immersiven Klangeindrücken, also wenn es beispielsweise regnet und viele Regentropfen einzelne Quellen darstellen, ist es ummittelbar einsichtig, dass die Kapazität mit maximal 32 Quellen nicht mehr ausreicht. Eine entsprechende Situation findet auch dann statt, wenn man ein großes Orchester hat und tatsächlich jeden Orchesterspieler oder wenigstens jede Instrumentengruppe als eigene Quelle an ihrer eigenen Position verarbeiten möchte. Hier können 32 virtuelle Quellen sehr schnell zu wenig werden.This means that the rendering still determines the total capacity of the system. Is the central rendering unit therefore z. For example, if it is able to render 32 virtual sources simultaneously, ie to compute the synthesis signals for these 32 virtual sources simultaneously, then serious capacity bottlenecks will occur if more than 32 sources are active at a time in an audio scene. This is sufficient for simple scenes. For more complex scenes, in particular with immersive sound impressions, ie when it rains and many raindrops are single sources, it is immediately obvious that the capacity with a maximum of 32 sources is no longer sufficient. A similar situation also occurs when you have a large orchestra and in fact want to process every orchestra player or at least each group of instruments as their own source in their own position. Here, 32 virtual sources can quickly become too little.

Typischerweise wird bei dem bekannten Wellenfeldsynthese-Konzept eine Szenenbeschreibung verwendet, in der die einzelnen Audioobjekte derart zusammen definiert sind, dass unter Verwendung der Daten in der Szenenbeschreibung und der Audiodaten für die einzelnen virtuellen Quellen die komplette Szene durch einen Renderer bzw. eine Multi-Rendering-Anordnung aufbereitet werden kann. Hierbei ist für jedes Audioobjekt exakt definiert, wo das Audioobjekt zu beginnen hat und wo das Audioobjekt zu enden hat. Ferner ist für jedes Audioobjekt genau die Position der virtuellen Quelle angegeben, an der die virtuelle Quelle sein soll, die also in die Wellenfeldsynthese-Rendering-Einrichtung einzugeben ist, damit für jeden Lautsprecher die entsprechenden Synthesesignale erzeugt werden. Dies hat zur Folge, dass durch Überlagerung der von den einzelnen Lautsprechern als Reaktion auf die Synthesesignale ausgegebenen Schallwellen für einen Hörer ein Eindruck entsteht, als ob eine Schallquelle an einer Position im Wiedergaberaum bzw. außerhalb des Wiedergaberaums positioniert ist, die durch die Quellenposition der virtuellen Quelle definiert ist.Typically, in the known wave field synthesis concept, a scene description is used in which the individual audio objects are defined together such that, using the data in the scene description and the audio data for the individual virtual sources, the complete scene is rendered by a renderer or a multi-rendering Arrangement can be processed. For each audio object, it is exactly defined where the audio object has to start and where the audio object ends. Furthermore, for each audio object, exactly the position of the virtual source is indicated at which the virtual source should be, which is to be entered into the wave field synthesis rendering device, so that for each speaker the corresponding synthesis signals are generated. As a result, by superposing the sound waves outputted from the individual speakers in response to the synthesis signals to a listener, an impression is made as if a sound source were at a position in the playback room or outside of the playback space defined by the source position of the virtual source.

Nachteilig an dem beschriebenen Konzept ist die Tatsache, dass es insbesondere bei der Erstellung der Audioszenenbeschreibungen relativ starr ist. So wird ein Tonmeister eine Audioszene genau für eine bestimmte Wellenfeldsyntheseanlage erstellen, von der er genau die Situation im Wiedergaberaum kennt und die Audioszenenbeschreibung so erstellt, dass sie auf dem definierten, dem Produzenten bekannten Wellenfeldsynthesesystem reibungslos abläuft.A disadvantage of the concept described is the fact that it is relatively rigid, in particular when creating the audio scene descriptions. So a sound engineer will create an audio scene just for a particular wave field synthesizer, of which he knows exactly the situation in the playback room and the audio scene description created so that it runs smoothly on the well-defined wave field synthesis system known to the producers.

In diesem Zusammenhang wird der Tonmeister maximale Kapazitäten der Wellenfeldsynthese-Rendering-Einrichtung sowie Anforderungen an das Wellenfeld im Wiedergaberaum bereits bei der Erstellung der Audioszenenbeschreibung berücksichtigen. Hat ein Renderer beispielsweise eine maximale Kapazität von 32 zu verarbeitenden Audioquellen, so wird der Tonmeister bereits darauf achten, die Audioszenenbeschreibung so zu editieren, dass niemals mehr als 32 Quellen gleichzeitig zu verarbeiten sind.In this context, the sound engineer will consider the maximum capacity of the wave field synthesis rendering device as well as wave field requirements in the rendering room already when creating the audio scene description. For example, if a renderer has a maximum capacity of 32 audio sources to process, the sound engineer will already be careful to edit the audio scene description so that no more than 32 sources can be processed simultaneously.

Des weiteren wird der Tonmeister bereits daran denken, dass bei der Positionierung von z. B. zwei Instrumenten, wie beispielsweise Bassgitarre und Lead-Gitarre für den gesamten Wiedergaberaum, dessen Ausdehnungen dem Produzenten bekannt sind, Schallaufzeiten zu erfüllen sind. So ist für ein klares und nicht verschwommenes Klangbild wichtig, dass z. B. Bassgitarre und Lead-Gitarre relativ gleichmäßig vom Hörer wahrgenommen werden. Ein Tonmeister wird dann bei der virtuellen Positionierung, also bei der Zuordnung der virtuellen Positionen zu diesen beiden Quellen, darauf achten, dass im gesamten Wiedergaberaum erfüllt ist, dass die Wellenfront von diesen beiden Instrumenten nahezu gleichmäßig bei einem Zuhörer ankommen.Furthermore, the sound engineer already remember that in the positioning of z. B. two instruments, such as bass guitar and lead guitar for the entire playback room, whose expansions are known to the producer, Schallaufzeiten are to be met. So it is important for a clear and not blurred sound that z. B. bass guitar and lead guitar are relatively evenly perceived by the listener. A sound engineer will then, in the virtual positioning, so in the assignment of the virtual positions to these two sources, make sure that throughout the playback room is satisfied that the wavefront of these two instruments almost uniformly arrive at a listener.

Eine Audioszenenbeschreibung wird so eine Folge von Audioobjekten erhalten, wobei jedes Audioobjekt eine virtuelle Position und einen Anfangszeitpunkt, einen Endzeitpunkt oder eine Dauer umfasst.An audio scene description is thus obtained as a sequence of audio objects, each audio object being a virtual one Position and a start time, an end time or a duration includes.

Normalerweise wird dann gewissermaßen durch manuelle Überprüfungen, also durch Probehören an verschiedenen Positionen im Wiedergaberaum tatsächlich überprüft, ob die Audioszenenbeschreibung so bleiben kann, also ob der Produzent der Audioszenenbeschreibung tatsächlich gut gearbeitet hat und auf sämtliche Anforderungen des Wellenfeldsynthese-Systems eingegangen ist.Normally, it is then effectively checked by manual checks, ie by listening to different positions in the playback room, whether the audio scene description can remain so, ie whether the producer of the audio scene description has actually worked well and has addressed all the requirements of the wave field synthesis system.

Nachteilig an diesem Konzept ist, dass sich der Tonmeister, der die Audioszenenbeschreibung erstellt, auf Randbedingungen des Wellenfeldsynthese-Systems konzentrieren muss, die eigentlich mit der kreativen Seite der Audioszene nichts zu tun haben. Es wäre also wünschenswert, wen sich der Tonmeister allein auf die kreativen Aspekte konzentrieren könnte, ohne auf ein bestimmtes Wellenfeldsynthesesystem, auf dem seine Audiszene laufen soll, Rücksicht nehmen zu müssen.A disadvantage of this concept is that the sound engineer, who creates the audio scene description, must concentrate on boundary conditions of the wave field synthesis system, which actually have nothing to do with the creative side of the audio scene. It would therefore be desirable to whom the sound engineer could concentrate solely on the creative aspects without having to consider a particular wave field synthesis system on which his audi scene is to run.

An dem beschriebenen Konzept ist ferner nachteilig, dass dann, wenn eine Audioszenenbeschreibung von einem Wellenfeldsynthesesystem mit einem bestimmten ersten Verhalten, für das die Audioszenenbeschreibung konzipiert worden ist, auf einem anderen Wellenfeldsynthesesystem mit einem zweiten Verhalten ablaufen soll, für das die Audioszene nicht konzipiert worden ist.Another disadvantage of the described concept is that when an audio scene description from a wave field synthesis system having a particular first behavior for which the audio scene description has been designed is to be made on another wave field synthesis system having a second behavior for which the audio scene has not been designed ,

Würde man einfach die Audioszenenbeschreibung auf dem System laufen lassen, für das sie nicht konzipiert worden ist, so würden Probleme dahingehend auftreten, dass hörbare Fehler eingeführt werden, wenn das zweite System weniger leistungsfähig als das erste System ist.Simply running the audio scene description on the system for which it was not designed would create problems in that audible errors will be introduced if the second system is less powerful than the first system.

Ist das zweite System dagegen leistungsfähiger als das erste System, so wird die Audioszenenbeschreibung jedoch das zweite System lediglich im Rahmen der Leistungsfähigkeit des ersten Systems fordern und die zusätzliche Leistungsfähigkeit des zweiten Systems nicht ausschöpfen.On the other hand, if the second system is more powerful than the first system, the audio scene description becomes the second system only in terms of performance of the first system and do not exhaust the additional efficiency of the second system.

Bezieht sich das zweite System ferner auf einen z. B. größeren Wiedergaberaum, so kann an bestimmten Stellen nicht mehr sichergestellt werden, dass die Wellenfronten von zwei virtuellen Quellen, wie beispielsweise Bassgitarre und Lead-Gitarre, nahezu gleichzeitig eintreffen.The second system also refers to a z. B. larger playback room, it can no longer be ensured at certain points that the wavefronts of two virtual sources, such as bass guitar and lead guitar, arrive almost simultaneously.

Insbesondere die Problematik des gleichzeitigen bzw. nahezu gleichzeitigen Wahrnehmens von zwei virtuellen Quellen, die synchron sein sollten, ist sehr problematisch, zumal bisher für diesen Zweck lediglich manuelle Testhöraktionen und eine subjektive Beurteilung der Qualität an bestimmten Plätzen im Wiedergaberaum möglich waren.In particular, the problem of simultaneous or almost simultaneous perception of two virtual sources, which should be synchronous, is very problematic, especially since previously only manual test hearings and a subjective assessment of the quality at certain places in the playback room were possible for this purpose.

Ansprechend auf solche subjektiven Beurteilungen war der Tonmeister dann gefordert, die eigentlich schon fertige Audioszenenbeschreibung für das zweite System durchgehend zu überarbeiten, was wiederum sowohl zeitliche Ressourcen als auch finanzielle Ressourcen in Anspruch nimmt.In response to such subjective assessments, the sound engineer was then required to thoroughly rework the already finished audio scene description for the second system, which in turn requires both time resources and financial resources.

Insbesondere aufgrund der Erwartung einer starken Verbreitung von Wellenfeldsynthesesystemen in nächster Zeit wird sich die Frage der flexiblen Audioszenenbeschreibungen, die universell auf beliebigen Systemen abgespielt werden können, immer mehr stellen, um an dieser Stelle irgendwann eine ähnliche Portierbarkeit bzw. Kompatibilität zu erreichen, wie sie für CDs oder DVDs gewohnter Stand der Technik sind.In particular, due to the expectation of a strong spread of wave field synthesis systems in the near future, the question of flexible audio scene descriptions, which can be played universally on arbitrary systems, more and more, in order to achieve at some point a similar portability or compatibility, as for CDs or DVDs are common prior art.

Die Fachveröffentlichung " Wave Field Synthesis Simulation by Means of Finite-Difference Time-domain Technique", José Escolano u.a., Proceedings of the 12th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2004), 6. September 2004, Seiten 1777-1780 , offenbart ein Konzept zum Simulieren eines Wellenfeldes, das von einem Wellenfeldsynthese-System erzeugt wird. Hierzu wird das FDTD-Verfahren verwendet, das bisher zur Modellierung von elektromagnetischen Systemen eingesetzt worden ist. Für die FDTD-Simulation wird ein gleichmäßiges Gitter verwendet, wobei die Maximalfrequenz der Simulation durch Verändern der Zellengröße einstellbar ist. Es ist möglich, die Auswirkung des Wiedergaberaums auf das synthetisierte Schallfeld zu simulieren. Dies ermöglicht es, Raumeffekte dynamisch zu eliminieren, indem entsprechende Signale erzeugt werden.The specialist publication " Wave Field Synthesis Simulation by Means of Finite-Difference Time-domain Technique ", José Escolano et al., Proceedings of the 12th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2004), September 6, 2004, pages 1777-1780 discloses a concept for simulating a wave field generated by a wave field synthesis system. For this purpose, the FDTD method is used, which has been used for the modeling of electromagnetic systems. For the FDTD simulation a uniform grid is used, whereby the maximum frequency of the simulation is adjustable by changing the cell size. It is possible to simulate the effect of the playback room on the synthesized sound field. This makes it possible to eliminate space effects dynamically by generating corresponding signals.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zum Simulieren eines Wellenfeldsynthese-Systems zu schaffen, durch das eine Audioszenenbeschreibung effizient im Hinblick auf ein bestimmtes Wellenfeldsynthese-System und damit zusammenhängende potenziell auftretende Fehler untersucht werden kann.The object of the present invention is to provide a concept for simulating a wave field synthesis system by which an audio scene description can be efficiently examined for a particular wave field synthesis system and related potentially occurring errors.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Simulieren eines Wellenfeldsynthese-Systems nach Patentanspruch 1 oder ein Verfahren zum Simulieren eines Wellenfeldsynthese-Systems nach Patentanspruch 15 oder ein Computer-Programm nach Patentanspruch 16 gelöst.This object is achieved by a device for simulating a wave field synthesis system according to claim 1 or a method for simulating a wave field synthesis system according to claim 15 or a computer program according to claim 16.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass neben einer Audioszenenbeschreibung, die eine zeitliche Abfolge von Audioobjekten definiert, auch Ausgabebedingungen entweder innerhalb der Audioszenenbeschreibung oder getrennt von der Audioszenenbeschreibung bereitgestellt werden, um dann das Verhalten des Wellenfeldsynthese-Systems, auf dem eine Audioszenenbeschreibung ablaufen soll, zu simulieren. Anhand des simulierten Verhaltens des Wellenfeldsynthese-Systems und anhand der Ausgabebedingungen kann dann überprüft werden, ob das simulierte Verhalten des Wellenfeldsynthese-Systems die Ausgabebedingung erfüllt oder nicht.The present invention is based on the recognition that in addition to an audio scene description that defines a temporal sequence of audio objects, output conditions are provided either within the audio scene description or separately from the audio scene description, then the behavior of the wave field synthesis system on which an audio scene description is to run to simulate. Based on the simulated behavior of the wave field synthesis system and on the basis of the output conditions, it can then be checked whether the simulated behavior of the wave field synthesis system fulfills the output condition or not.

Dieses Konzept ermöglicht es, eine Audioszenenbeschreibung einfach für ein anderes Wellenfeldsynthese-System zu simulieren und systemunabhängige generelle Ausgabebedingungen für das andere Wellenfeldsynthese-System zu berücksichtigen, ohne dass der Tonmeister bzw. der Schöpfer der Audioszenenbeschreibung sich mit derart "säkularen" Dingen eines tatsächlichen Wellenfeldsynthese-Systems beschäftigen müsste. Die Beschäftigung mit den tatsächlichen Randbedingungen eines Wellenfeldsynthesesystems beispielsweise bezüglich der Kapazität der Renderer oder der Größe bzw. der Anzahl der Lautsprecherarrays im Wiedergaberaum wird dem Tonmeister durch die erfindungsgemäße Vorrichtung abgenommen. Er kann einfach seine Audioszenenbeschreibung allein von kreativen Gedanken geleitet so schreiben, wie er sie gerne möchte, indem er den künstlerischen Eindruck durch die systemunabhängigen Ausgabebedingungen absichert.This concept makes it easy to simulate one audio scene description for another wave field synthesis system and to account for system independent general output conditions for the other wave field synthesis system without the sound engineer or creator of the audio scene description dealing with such "secular" things of an actual wave field synthesis. Would have to deal with systems. The occupation with the actual boundary conditions of a wave field synthesis system, for example with regard to the capacity of the renderers or the size or the number of speaker arrays in the reproduction room, is taken from the sound engineer by the device according to the invention. He can simply write his audio scene description, guided by creative thoughts, as he would like to, by protecting the artistic impression through the system-independent output conditions.

Hierauf wird dann durch das erfindungsgemäße Konzept überprüft, ob die Audioszenenbeschreibung, die universell, also nicht für ein spezielles System geschrieben worden ist, auf einem speziellen System laufen kann, ob und gegebenenfalls wo im Wiedergaberaum Probleme auftreten. Erfindungsgemäß muss bei dieser Bearbeitung nicht auf aufwendige Hörtests etc. gewartet werden, sondern der Bearbeiter kann nahezu in Echtzeit das Verhalten des Wellenfeldsynthese-Systems simulieren und anhand der vorgegebenen Ausgabebedingung verifizieren.Then it is checked by the inventive concept, whether the audio scene description, the universal, ie has not been written for a particular system, can run on a specific system, if and where appropriate in the playback room problems occur. According to the invention, it is not necessary to wait for elaborate listening tests, etc., in this processing, but the processor can simulate the behavior of the wave field synthesis system almost in real time and verify it on the basis of the given output condition.

Erfindungsgemäß kann sich die Ausgabebedingung auf Hardware-Aspekte des Wellenfeldsynthese-Systems beziehen, wie beispielsweise auf eine maximale Verarbeitungskapazität der Renderer-Einrichtung, oder aber auch auf Schallfeldspezifische Dinge im Wiedergaberaum, wie beispielsweise dass Wellenfronten zweier virtueller Quellen innerhalb einer maximalen Zeitdifferenz wahrgenommen werden müssen, oder dass Pegelunterschiede zwischen zwei virtuellen Quellen an allen Punkten oder wenigstens an bestimmten Punkten im Wiedergaberaum in einem vorbestimmten Korridor liegen müssen. Im Hinblick auf die Hardware-spezifischen Ausgabebedingungen wird es bevorzugt, diese aufgrund der Flexibilitäts- und Kompatibilitäts-Anforderungen nicht in der Audioszenenbeschreibung einzufügen, sondern extern der Überprüfungseinrichtung bereitzustellen.According to the invention, the output condition may refer to hardware aspects of the wave field synthesis system, such as a maximum processing capability of the renderer device, or to sound field specific things in the rendering room, such as having wavefronts of two virtual sources perceived within a maximum time difference. or that level differences between two virtual sources at all points or at least at certain points in the playback room must be in a predetermined corridor. In view of the hardware-specific output conditions, it is preferable not to include them in the audio scene description due to the flexibility and compatibility requirements, but to provide them externally to the reviewer.

Im Hinblick auf Schallfeld-bezogene Ausgabebedingungen, also Ausgabebedingungen, die definieren, was ein Schallfeld in dem Wiedergaberaum zu erfüllen hat, wird es dagegen bevorzugt, dieselben in die Audioszenenbeschreibung aufzunehmen. Damit stellt ein Schöpfer einer Audioszenenbeschreibung sicher, dass wenigstens Minimalanforderungen an den Klangeindruck erfüllt werden, dass jedoch noch eine gewisse Flexibilität bei der Wellenfeldsynthese-Aufbereitung verbleibt, um eine Audioszenenbeschreibung nicht nur mit optimaler Qualität auf einem einzigen Wellenfeldsynthese-System abspielen zu können, sondern auf verschiedenen Wellenfeldsynthese-Systemen, indem die vom Autor zugestandene Flexibilität durch eine intelligente Nachbearbeitung der Audioszenenbeschreibung, die jedoch vorzugsweise maschinell durchgeführt wird, vorteilhaft ausgenutzt wird.On the other hand, in view of sound field-related output conditions, that is, output conditions that define what a sound field has to fulfill in the reproduction room, it is preferable to include them in the audio scene description. Thus, a creator of an audio scene description ensures that at least minimum sound impression requirements are met, but that some flexibility remains in wave field synthesis rendering in order to play an audio scene description not only with optimal quality on a single wave field synthesis system, but rather different wave-field synthesis systems, adding the flexibility granted by the author through intelligent post-processing of the audio scene description, However, which is preferably carried out by machine, is advantageously exploited.

In anderen Worten ausgedrückt dient die vorliegende Erfindung als Werkzeug, um zu verifizieren, ob Ausgabebedingungen einer Audioszenenbeschreibung durch ein Wellenfeldsynthese-System erfüllt werden kann. Sollten Verletzungen von Ausgabebedingungen auftreten, so wird das erfindungsgemäße Konzept bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel den Benutzer darüber informieren, welche virtuellen Quellen problematisch sind, wo im Wiedergaberaum Verletzungen der Ausgabebedingungen auftreten und zu welchem Zeitpunkt. Damit kann beurteilt werden, ob eine Audioszenenbeschreibung problemlos auf einem beliebigen Wellenfeldsynthese-System läuft, oder ob die Audioszenenbeschreibung aufgrund gravierender Verletzungen der Ausgabebedingungen umgeschrieben werden muss, oder ob zwar Verletzungen der Ausgabebedingungen auftreten, diese aber nicht so gravierend sind, dass man tatsächlich die Audioszenenbeschreibung manipulieren müsste.In other words, the present invention serves as a tool to verify whether output conditions of an audio scene description can be met by a wave field synthesis system. Should violations of output conditions occur, the inventive concept in the preferred embodiment will inform the user which virtual sources are problematic, where in the playback room violations of the output conditions occur and at what time. Thus, it can be judged whether an audio scene description easily runs on any wave field synthesis system or whether the audio scene description needs to be rewritten due to serious violations of the output conditions, or if violations of the output conditions occur, but they are not so serious as to actually describe the audio scene would have to manipulate.

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

Fig. 1a
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Simulieren eines Wellenfeldsynthese-Systems;
Fig. 1b
eine spezielle Implementierung der Einrichtung zum Simulieren gemäß Fig. 1a;
Fig. 1c
ein Flussdiagramm zum Darstellen der Vorgänge bei einer Ausgabebedingung, die eine Eigenschaft zwischen zwei virtuellen Quellen definiert;
Fig. 1d
eine schematische Darstellung eines Wiedergaberaums und von Problemzonen bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem Auftreffzeitpunkte von Schallfeldern in der Ausgabebedingung enthalten sind;
Fig. 2
ein beispielhaftes Audioobjekt;
Fig. 3
eine beispielhafte Szenenbeschreibung;
Fig. 4
einen Bitstrom, in dem jedem Audioobjekt ein Header mit den aktuellen Zeitdaten und Positionsdaten zugeordnet ist;
Fig. 5
eine Einbettung des erfindungsgemäßen Konzepts in ein Wellenfeldsynthese-Gesamtsystem;
Fig. 6
eine schematische Darstellung eines bekannten Wellenfeldsynthese-Konzepts; und
Fig. 7
eine weitere Darstellung eines bekannten Wellen-feldsynthese-Konzepts.
Preferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1a
a block diagram of an apparatus according to the invention for simulating a wave field synthesis system;
Fig. 1b
a specific implementation of the means for simulating according to Fig. 1a ;
Fig. 1c
a flowchart for illustrating the processes in an output condition that defines a property between two virtual sources;
Fig. 1d
a schematic representation of a playback room and problem areas in a preferred Embodiment of the present invention in which landing times of sound fields in the output condition are included;
Fig. 2
an exemplary audio object;
Fig. 3
an exemplary scene description;
Fig. 4
a bit stream in which each audio object is assigned a header with the current time data and position data;
Fig. 5
an embedding of the inventive concept in a wave field synthesis overall system;
Fig. 6
a schematic representation of a known wave field synthesis concept; and
Fig. 7
another illustration of a known wave field synthesis concept.

Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Simulieren eines Wellenfeldsynthese-Systems mit einem Wiedergaberaum, in dem eines oder mehrere Lautsprecherarrays und eine mit dem Lautsprecherarray gekoppelte Wellenfeldsynthese-Rendering-Einrichtung anbringbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Einrichtung 1 zum Liefern einer Audioszenenbeschreibung, die eine zeitliche Abfolge von Audioobjekten definiert, wobei ein Audioobjekt eine Audiodatei für eine virtuelle Quelle oder einen Verweis auf die Audiodatei und Informationen über eine Quellenposition der virtuellen Quelle aufweist. Die Audiodateien können entweder direkt in der Audioszenenbeschreibung 1 enthalten sein, oder können durch Referenzen auf Audiodateien in einer AudiodateiDatenbank 2 identifizierbar sein und einer Einrichtung 3 zum Simulieren des Verhaltens des Wellenfeldsynthese-Systems zugeführt werden. Fig. 1a shows a schematic representation of an inventive device for simulating a wave field synthesis system with a playback room in which one or more speaker arrays and a coupled to the speaker array wave field synthesis rendering device can be attached. The inventive apparatus comprises means 1 for providing an audio scene description defining a temporal sequence of audio objects, wherein an audio object comprises an audio file for a virtual source or a reference to the audio file and information about a source location of the virtual source. The audio files may either be contained directly in the audio scene description 1 or may be identifiable by references to audio files in an audio file database 2 and fed to a device 3 for simulating the behavior of the wave field synthesis system.

Je nach Implementierung werden die Audiodateien, über eine Steuerleitung 1a gesteuert oder über eine Leitung 1b, in der auch die Quellenpositionen enthalten sind, der Simulationseinrichtung 3 zugeführt. Werden die Dateien dagegen direkt von der Audiodateidatenbank 2 der Einrichtung 3 zum Simulieren des Verhaltens des Wellenfeldsynthese-Systems zugeführt, so wird eine Leitung 3a aktiv sein, die in Fig. 1a gestrichelt eingezeichnet ist. Die Einrichtung 3 zum Simulieren des Wellenfeldsynthese-Systems ist ausgebildet, um Informationen über das Wellenfeldsynthese-System zu verwenden, um dann, ausgangsseitig, das simulierte Verhalten des Wellenfeldsynthese-Systems einer Einrichtung 4 zum Überprüfen der Ausgabebedingung zuzuführen.Depending on the implementation, the audio files are controlled via a control line 1a or supplied to the simulation device 3 via a line 1b, which also contains the source positions. On the other hand, if the files are supplied directly from the audio file database 2 to the device 3 for simulating the behavior of the wave field synthesis system, a line 3a will be active which is in Fig. 1a indicated by dashed lines. The device 3 for simulating the wave field synthesis system is designed to use information about the wave field synthesis system, and then, on the output side, to supply the simulated behavior of the wave field synthesis system to a device 4 for checking the output condition.

Die Einrichtung 4 ist ausgebildet, um zu überprüfen, ob das simulierte Verhalten des Wellenfeldsynthese-Systems die Ausgabebedingung erfüllt oder nicht. Hierzu erhält die Einrichtung 4 zum Überprüfen eine Ausgabebedingung über eine Eingangsleitung 4a, wobei die Ausgabebedingung entweder extern der Einrichtung 4 zugeführt wird. Alternativ kann die Ausgabebedingung auch aus der Audioszenenbeschreibung stammen, wie es durch eine gestrichelte Leitung 4b dargestellt ist.The device 4 is designed to check whether the simulated behavior of the wave field synthesis system fulfills the output condition or not. For this purpose, the device 4 for checking receives an output condition via an input line 4a, the output condition being supplied either externally to the device 4. Alternatively, the output condition may also be derived from the audio scene description, as represented by a dashed line 4b.

Der erste Fall, also bei dem die Ausgabebedingung extern zugeführt wird, wird dann bevorzugt, wenn die Ausgabebedingung eine auf das Wellenfeldsynthese-System bezogene Hardware-technische Bedingung ist, wie beispielsweise eine maximale übertragungskapazität einer Datenverbindung oder - als Flaschenhals der gesamten Verarbeitung - eine maximale Rechenkapazität eines Renderers, oder, in Multi-Renderer-Systemen, eines einzelnen Renderer-Moduls.The first case, that is, where the issue condition is externally supplied, is preferred when the issue condition is a hardware-technical condition related to the wave-field synthesis system, such as a maximum transfer capacity of a data connection or, as a bottleneck of overall processing, a maximum Computing capacity of a renderer, or, in multi-renderer systems, a single renderer module.

Renderer erzeugen aus den Audiodateien unter Verwendung von Informationen über die Lautsprecher und unter Verwendung von Informationen über die Quellenpositionen der virtuellen Quellen Synthesesignale, also für jeden der vielen Lautsprecher ein eigenes Signal, wobei die Synthesesignale zueinander unterschiedliche Phasen- und Amplitudenverhältnisse haben, damit die vielen Lautsprecher gemäß der Theorie der Wellenfeldsynthese eine gemeinsame Wellenfront erzeugen, die sich in dem Wiedergaberaum ausbreitet. Nachdem die Berechnung der Synthesesignale sehr aufwendig ist, sind typische Renderer-Module in ihrer Kapazität begrenzt, wie beispielsweise auf eine Maximalkapazität von 32 gleichzeitig zu verarbeitenden virtuellen Quellen. Eine solche Ausgabebedingung, dass nämlich maximal 32 Quellen zu einem Zeitpunkt von einem Renderer verarbeitet werden dürfen, könnte beispielsweise der Einrichtung 4 zum Überprüfen der Ausgabebedingung bereitgestellt werden.Renderers generate synthesis signals from the audio files using information about the speakers and using information about the source locations of the virtual sources, that is, for each of the many speakers a separate signal, wherein the synthesis signals to each other have different phase and amplitude ratios, so that the many speakers according to the theory of wave field synthesis generate a common wavefront that propagates in the playback room. After the calculation of the synthesis signals is very expensive, typical renderer modules are limited in their capacity, such as a maximum capacity of 32 simultaneously to be processed virtual sources. Such an output condition, namely that a maximum of 32 sources may be processed by a renderer at a time, could be provided, for example, to the device 4 for checking the output condition.

Alternative Ausgabebedingungen, die typischerweise in der Audioszenenbeschreibung erfindungsgemäß enthalten sein sollten, beziehen sich auf das Schallfeld im Wiedergaberaum. Insbesondere definieren Ausgabebedingungen ein Schallfeld oder eine bestimmte Eigenschaft eines Schallfelds in dem Wiedergaberaum.Alternative output conditions, which should typically be included in the audio scene description according to the invention, relate to the sound field in the playback room. In particular, output conditions define a sound field or property of a sound field in the playback room.

In diesem Fall ist die Einrichtung 3 zum Simulieren des Wellenfeldsynthese-Systems ausgebildet, um das Schallfeld in dem Wiedergaberaum unter Verwendung von Informationen über eine Anordnung des einen oder der mehreren Lautsprecherarrays in dem Wiedergaberaum und unter Verwendung der Audiodaten zu simulieren.In this case, the wave field synthesis system simulating means 3 is configured to simulate the sound field in the reproducing room using information about an arrangement of the one or more speaker arrays in the reproducing room and using the audio data.

Ferner ist die Einrichtung 4 zum Überprüfen in diesem Fall ausgebildet, um zu überprüfen, ob das simulierte Schallfeld die Ausgabebedingung in dem Wiedergaberaum erfüllt oder nicht.Further, the means 4 for checking in this case is arranged to check whether or not the simulated sound field satisfies the output condition in the reproduction room.

Ferner wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Einrichtung 4 ausgebildet sein, um eine Anzeige, wie beispielsweise eine optische Anzeige zu liefern, durch die dem Benutzer mitgeteilt wird, ob die Ausgabebedingung nicht erfüllt, komplett erfüllt oder nur teilweise erfüllt ist. Im Falle der teilweisen Erfüllung ist die Einrichtung 4 zum Überprüfen ferner ausgebildet, um z. B., wie es anhand von Fig. 1d dargestellt ist, Problemzonen im Wiedergaberaum (WGR) zu identifizieren, an denen z. B. eine Wellenfront-Ausgabebedingung nicht erfüllt ist. Anhand dieser Information kann ein Benutzer des Simulationstools dann entscheiden, ob er die teilweise Verletzung hinnimmt oder nicht, oder ob er bestimmte Maßnahmen ergreift, um eine geringere Verletzung der Ausgabebedingungen zu erreichen, etc.Further, in a preferred embodiment of the present invention, the means 4 will be arranged to provide a display, such as an optical display, telling the user whether the dispensing condition is not met, completely satisfied, or only partially fulfilled. In the case of partial fulfillment, the device 4 is also designed to check to z. B., as it is based on Fig. 1d is presented to identify problem areas in the playback room (WGR), where z. B. a wavefront output condition is not met. Based on this information, a user of the simulation tool can then decide whether he accepts the partial violation or not, or whether he takes certain measures to achieve a lesser violation of the output conditions, etc.

Fig. 1b zeigt eine bevorzugte Implementierung der Einrichtung 3 zum Simulieren eines Wellenfeldsynthese-Systems. Die Einrichtung 3 umfasst bei dem in Fig. 1b gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine ohnehin für ein Wellenfeldsynthese-System benötigte Wellenfeldsynthese-Rendering-Einrichtung 3b, um aus der Szenenbeschreibung, den Audiodateien, den Informationen über Lautsprecherpositionen bzw. gegebenenfalls weiteren Informationen über die z. B. Akustik des Wiedergaberaums etc. Synthesesignale zu erzeugen, die dann einem Lautsprechersimulator 3c zugeführt werden. Der Lautsprechersimulator ist ausgebildet, um ein Schallfeld im Wiedergaberaum vorzugsweise an jeder interessierenden Position des Wiedergaberaums zu ermitteln. Anhand des Prozederes, das nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 1c beschrieben wird, kann dann für jeden gesuchten Punkt im Wiedergaberaum ermittelt werden, ob eine Problematik aufgetreten ist oder nicht. Fig. 1b shows a preferred implementation of the device 3 for simulating a wave field synthesis system. The device 3 comprises in the in Fig. 1b shown preferred embodiment of the present invention, a required anyway for a wave field synthesis system wave field synthesis rendering device 3b to from the scene description, the audio files, the information about speaker positions or possibly further information about the z. B. acoustics of the playback room, etc. Synthesis signals to be generated, which are then supplied to a speaker simulator 3 c. The speaker simulator is configured to detect a sound field in the playback room, preferably at each position of interest in the playback room. With reference to the procedure, refer to below Fig. 1c is described, it can then be determined for each searched point in the playback room, whether a problem has occurred or not.

Bei dem in Fig. 1c gezeigten Flussdiagramm wird zunächst durch die Einrichtung 3 zum Simulieren eine Wellenfront im Wiedergaberaum für eine erste virtuelle Quelle simuliert (5a). Dann wird durch die Einrichtung 3 eine Wellenfront im Wiedergaberaum für die zweite virtuelle Quelle simuliert (5b). Selbstverständlich können die beiden Schritte 5a und 5b bei Vorhandensein entsprechender Rechenkapazitäten auch parallel zueinander, also gleichzeitig ausgeführt werden. Hierauf wird in einem Schritt 5c auf der Basis der ersten Wellenfront für die erste virtuelle Quelle und auf der Basis der zweiten Wellenfront für die zweite virtuelle Quelle eine zu simulierende Eigenschaft berechnet. Vorzugsweise wird diese Eigenschaft eine Eigenschaft sein, die zwischen zwei bestimmten virtuellen Quellen erfüllt sein muss, wie beispielsweise ein Pegelunterschied, ein Laufzeitunterschied, etc. Welche Eigenschaft im Schritt 5c berechnet wird, hängt von der Ausgabebedingung ab, da natürlich nur Informationen simuliert werden müssen, die auch mit Ausgabebedingungen verglichen werden sollen. Der eigentliche Vergleich der berechneten Eigenschaft, also dem Ergebnis von Schritt 5c, mit der Ausgabebedingung findet in einem Schritt 5d statt.At the in Fig. 1c The flow diagram shown is first simulated by the device 3 for simulating a wavefront in the reproduction space for a first virtual source (5a). Then, by means 3, a wavefront in the reproduction space for the second virtual source is simulated (FIG. 5b). Of course, the two steps 5a and 5b in the presence of appropriate computing capacities also parallel to each other, so be performed simultaneously. This is followed in a step 5c on the basis of the first Wavefront calculated for the first virtual source and based on the second wavefront for the second virtual source a property to be simulated. Preferably, this property will be a property that must be satisfied between two particular virtual sources, such as a level difference, a runtime difference, etc. Which property is calculated in step 5c depends on the output condition, since of course only information needs to be simulated, which should also be compared with output conditions. The actual comparison of the calculated property, ie the result of step 5c, with the output condition takes place in a step 5d.

Wird die Abfolge der Schritte 5a bis 5d für verschiedene Punkte durchgeführt, so kann in einem Schritt 5e nicht nur angezeigt werden, ob eine Bedingung nicht erfüllt ist, sondern auch wo im Wiedergaberaum eine solche Bedingung nicht erfüllt ist. Ferner können bei dem in Fig. 1c gezeigten Ausführungsbeispiel auch die problematischen virtuellen Quellen identifiziert werden (5f).If the sequence of steps 5a to 5d is performed for different points, then in a step 5e, not only can it be indicated whether a condition is not satisfied, but also where in the playback room such a condition is not met. Furthermore, in the in Fig. 1c 5, the problematic virtual sources are also identified.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 1d ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Ausgabebedingung, die in Fig. 1 betrachtet wird, definiert eine Schalllaufzeit bezüglich von Audiodaten. So wird es bevorzugt, in der Audioszenenbeschreibung anzugeben, dass die Wellenfront aufgrund einer Gitarre und die Wellenfront aufgrund eines Basses an jedem Punkt im Wiedergaberaum nur maximal eine bestimmte Zeitdauer Δtmax voneinander getrennt ankommen dürfen, so wird diese Bedingung insbesondere bei den in Fig. 1d gezeigten Wiedergaberaum, der von vier Lautsprecherarrays LSA1, LSA2, LSA3, LSA4 umgeben ist, dann, wenn die Quellen gemäß der Audioszenenbeschreibung sehr weit voneinander beabstandet positioniert sind, nicht für jeden Punkt im Wiedergaberaum zu erfüllen sein. Durch das erfindungsgemäße Konzept identifizierte Problemzonen sind in Fig. 1d im Wiedergaberaum eingezeichnet.Subsequently, reference will be made to Fig. 1d a preferred embodiment of the present invention is shown. An output condition that is in Fig. 1 is considered, defines a sound propagation time with respect to audio data. Thus, it is preferable to specify in the audio scene description that the wavefront due to a guitar and the wavefront due to a bass at each point in the playback room only a maximum of a certain period of time .DELTA.tmax may arrive separated from each other, so this condition is particularly in the in Fig. 1d shown reproduction space, which is surrounded by four loudspeaker arrays LSA1, LSA2, LSA3, LSA4, then, if the sources are positioned according to the audio scene description very far apart, not to be fulfilled for each point in the playback room. Problem zones identified by the inventive concept are in Fig. 1d plotted in the playback room.

Bei dem in Fig. 1d gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Produzent beispielsweise die Gitarre und den Bass in einem Abstand von 100 m positioniert. Ferner wurde als Ausgabebedingung eine maximale Laufzeitdifferenz von 10 m für den gesamten Wiedergaberaum, also eine Zeitspanne von 10 m geteilt durch die Schallgeschwindigkeit, vorgegeben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist, wird die Problemzonen, wie sie in Fig. 1d angedeutet sind, aufdecken und einem Produzenten bzw. einem Tonmeister, der die Audioszenenbeschreibung im Hinblick auf das Wellenfeldsynthese-System, das in Fig. 1d gezeigt ist, mitteilen.At the in Fig. 1d For example, the producer has positioned the guitar and the bass at a distance of 100 m. Further, as the output condition, a maximum transit time difference of 10 m was set for the entire reproduction space, that is, a period of 10 m divided by the speed of sound. The procedure according to the invention, as described on the basis of Fig. 1 has been described, the problem areas, as in Fig. 1d are hinted at and a producer or a sound engineer who the audio scene description with regard to the wave field synthesis system, the in Fig. 1d shown, communicate.

Erfindungsgemäß können daher Performance-Engpässe und Qualitätslöcher vorhergesagt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass eine zentrale Datenverwaltung bevorzugt wird, dass also sowohl die Szenenbeschreibung als auch die Audiodateien in einer intelligenten Datenbank abgespeichert sind, und dass ferner eine Einrichtung 3 zum Simulieren des Wellenfeldsynthesesystems bereitgestellt wird, die eine mehr oder weniger genaue Simulation des Wellenfeldsynthese-Systems liefert. Damit werden aufwendige manuelle Tests und eine künstliche Begrenzung der Systemleistung auf ein Maß, das als Performance- und qualitätssicher betrachtet wird, eliminiert.Therefore, according to the invention, performance bottlenecks and quality holes can be predicted. This is achieved by favoring centralized data management, that is to say that both the scene description and the audio files are stored in an intelligent database, and furthermore that a device 3 for simulating the wave field synthesis system is provided, which is a more or less accurate simulation of the wave field synthesis -Systems supplies. This eliminates costly manual testing and artificially limiting system performance to a level considered to be performance and quality assured.

Insbesondere wird es bevorzugt, Ausgabebedingungen im Hinblick auf zeitliche Bezüge von verschiedenen virtuellen Quellen festzulegen. So haben verschiedene Audioquellen mehr oder weniger feste zeitliche Bezüge. Während die Verzögerung des Starts eines Windgeräusches um 50 Millisekunden keine stark wahrnehmbaren Qualitätseinbußen zur Folge hat, kann das Auseinanderdriften der synchronen Signale einer Gitarre und eines Basses zu deutlichen Qualitätseinbußen im wahrgenommenen Audiosignal führen. Die Stärke der wahrgenommenen Qualitätseinbuße hängt von der Position des Hörers im Wiedergaberaum ab. Erfindungsgemäß werden solche Problemzonen im Wiedergaberaum automatisch ermittelt, visualisiert oder gesperrt.In particular, it is preferable to set output conditions with respect to temporal references of different virtual sources. Thus, different audio sources have more or less fixed temporal references. While delaying the start of wind noise by 50 milliseconds does not result in much discernable quality degradation, drifting apart of the synchronous signals of a guitar and bass can result in significant quality degradation in the perceived audio signal. The severity of perceived quality degradation depends on the position of the listener in the playback room. According to the invention, such Problem zones in the playback room are automatically detected, visualized or blocked.

Erfindungsgemäß wird zur besonders günstigen Definition der Ausgabebedingungen eine relative Definition der Audioobjekte zueinander und insbesondere eine innerhalb einer Zeitspanne oder Ortsspanne variable Positionierung bevorzugt, wie es anhand von Fig. 3 noch beschrieben wird.According to the invention, for a particularly favorable definition of the output conditions, a relative definition of the audio objects relative to each other and, in particular, a positioning which is variable within a time span or spatial range is preferred, as it is based on Fig. 3 will be described.

So liefert die relative Positionierung bzw. Anordnung von Audioobjekten/Audiodateien entweder mit oder ohne Verwendung einer Datenbank eine praktikable Art und Weise, um Ausgabebedingungen zu definieren, die vorzugsweise eine Eigenschaft zweier virtueller Objekte zueinander, also ebenfalls etwas relatives zum Gegenstand haben. Vorzugsweise wird jedoch noch eine Datenbank eingesetzt, um solche Zuordnungen/Ausgabebedingungen wiederverwenden zu können.Thus, the relative positioning or arrangement of audio objects / audio files, either with or without the use of a database, provides a workable way to define output conditions that preferably relate to a property of two virtual objects, that is also something relative. Preferably, however, a database is still used to reuse such assignments / issuing conditions.

Ferner wird durch eine relative Zuordnung von Audioobjekten untereinander eine größere Flexibilität dahingehend erreicht, was das Szenenhandling betrifft. So soll beispielsweise die Gitarre mit gleichzeitig auftretenden Schritten zeitlich verknüpft sein. Das Verschieben der Gitarre um 10 Sekunden in die Zukunft würde automatisch auch die Schritte um 10 Sekunden in die Zukunft verschieben, ohne dass am "Schrittobjekt" Eigenschaften geändert werden müssen.Furthermore, by relative allocation of audio objects to each other, greater flexibility is achieved in terms of scene handling. For example, the guitar should be timed with simultaneous steps. Moving the guitar 10 seconds into the future would automatically move the steps 10 seconds into the future, without having to change properties on the "step object".

Erfindungsgemäß werden sowohl relative als auch variable Constraints verwendet, um die Verletzung bestimmter Klanganforderungen auf unterschiedlichen Systemen zu prüfen. So wird eine solche Ausgabebedingung beispielsweise dahingehend definiert, dass der durch zwei Audioobjekte A und B zu einem Zeitpunkt t0 ausgelöste Schall den Zuhörer mit einer maximalen Differenz von z. B. t = 15 ms erreichen darf. Anschließend positioniert man die Audioobjekte A und B im Raum. Ein Prüfmechanismus überprüft dann die vorhandene, durch das Wellenfeldsynthese-Lautsprecher-Array bedingte Wiedergabefläche dahingehend, ob es Positionen gibt, bei denen die Ausgabebedingung verletzt wird. Vorzugsweise wird ferner der Autor der Klangszene über diese Verletzung informiert.According to the invention, both relative and variable constraints are used to test the violation of certain sound requirements on different systems. Thus, such an output condition is defined, for example, to the effect that the sound triggered by two audio objects A and B at a time t0 disturbs the listener with a maximum difference of e.g. B. t = 15 ms may reach. Then you position the audio objects A and B in the room. A test mechanism then checks the existing display area imposed by the wave field synthesis loudspeaker array for whether there are any positions which the issue condition is violated. Preferably, furthermore, the author of the sound scene is informed about this violation.

Je nach Implementierung kann die erfindungsgemäße Simulationsvorrichtung eine reine Anzeige über die Situation der Ausgabebedingung, also ob sie verletzt ist oder nicht, und gegebenenfalls wo sie verletzt ist und wo nicht, liefern. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Simulationsvorrichtung jedoch ausgebildet, um nicht nur die problematischen virtuellen Quellen beispielsweise zu identifizieren, sondern einem Bearbeiter bereits Lösungen vorzuschlagen. Am Beispiel der Schalllaufzeitbezüge würde eine Lösung beispielsweise darin bestehen, dass Gitarre und Bass an solchen virtuellen Positionen positioniert werden, die nur noch einen Abstand haben, der gering genug ist, dass die Wellenfronten überall im Wiedergaberaum tatsächlich innerhalb der geforderten durch die Ausgabebedingung festgelegten Differenz ankommen. Die Simulationseinrichtung kann hierbei einen iterativen Ansatz verwenden, bei dem in einer bestimmten Schrittweite die Quellen immer näher zueinander hin bewegt werden, um dann zu sehen, ob an vorher noch problematischen Punkten im Wiedergaberaum nunmehr die Ausgabebedingung erfüllt ist. Die "Kostenfunktion" wird also sein, ob weniger Ausgabebedingungsverletzungspunkte als im vorherigen Iterationsdurchlauf vorhanden sind.Depending on the implementation, the simulation device according to the invention can provide a pure indication of the situation of the output condition, ie whether or not it is injured and, where applicable, where it is injured and where not. However, the simulation device according to the invention is preferably designed not only to identify the problematic virtual sources, for example, but also to propose solutions to a processor. For example, using the example of the sound propaganda references, one solution would be to position the guitar and bass at those virtual positions that are only at a distance that is low enough that the wavefronts throughout the playback room actually arrive within the required difference determined by the output condition , In this case, the simulation device can use an iterative approach in which the sources are moved closer and closer to one another in a certain step size, in order then to see whether the output condition is now satisfied at previously problematic points in the reproduction space. So the "cost function" will be whether there are fewer issue condition violation points than in the previous iteration run.

Zu diesem Zweck umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Manipulieren eines Audioobjekts, wenn das Audioobjekt die Ausgabebedingung verletzt. Diese Manipulation kann also in einer iterativen Manipulation bestehen, um für den Benutzer einen Positionierungsvorschlag zu machen.For this purpose, the device according to the invention comprises a device for manipulating an audio object if the audio object violates the output condition. This manipulation can thus consist in an iterative manipulation in order to propose a positioning for the user.

Alternativ kann das erfindungsgemäße Konzept mit dieser Manipulationseinrichtung auch bei der Wellenfeldsynthese-Aufbereitung eingesetzt werden, um aus einer Szenenbeschreibung einen auf das tatsächliche System angepassten Schedule zu erzeugen. Diese Implementierung wird besonders dann bevorzugt, wenn die Audioobjekte nicht fest bezüglich Zeit und Ort gegeben sind, sondern bezüglich Zeit und Ort eine Zeitspanne bzw. Ortsspanne vorgegeben ist, in der die Audioobjektmanipulationseinrichtung ohne weiter bei dem Tonmeister anzufragen, selbsttätig die Audioobjekte manipulieren darf. Erfindungsgemäß wird bei einer solchen Echtzeit-Simulation/Aufbereitung natürlich darauf geachtet, dass die Ausgabebedingungen durch eine Verschiebung innerhalb einer Zeitspanne oder Ortsspanne nicht noch mehr verletzt werden.Alternatively, the concept according to the invention with this manipulation device can also be used in wave-field synthesis processing in order to use a scene description to adapt it to the actual system Create schedule. This implementation is particularly preferred when the audio objects are not fixed in time and location, but in time and place is given a time span in which the audio object manipulation device is allowed to independently manipulate the audio objects without asking the sound engineer. Of course, according to the invention, care is taken in such a real-time simulation / processing that the output conditions are not violated even more by a shift within a time span or local span.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch auch Off-Line arbeiten, indem aus einer Audioszenenbeschreibung durch Audioobjektmanipulation eine Schedule-Datei geschrieben wird, die auf den Simulationsergebnissen für verschiedene Ausgabebedingungen basiert, und die dann in einem Wellenfeldsynthesesystem anstatt der ursprünglichen Audioszenenbeschreibung gerendert werden kann. Vorteil an dieser Implementierung ist, dass die Audioscheduledatei ohne Intervention des Tonmeisters geschrieben worden ist, also ohne Verbrauch an zeitlichen und finanziellen Ressourcen eines Produzenten.Alternatively, however, the apparatus of the invention may also operate off-line by writing from an audio scene description by audio object manipulation a schedule file based on the simulation results for different output conditions and then rendered in a wavefield synthesis system rather than the original audio scene description. The advantage of this implementation is that the audio file has been written without the intervention of the sound engineer, ie without the time and financial resources of a producer.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 2 auf Informationen hingewiesen, die ein Audioobjekt vorteilhaft haben sollte. So soll ein Audioobjekt die Audiodatei spezifizieren, die gewissermaßen den Audioinhalt einer virtuellen Quelle darstellt. So muss das Audioobjekt jedoch nicht die Audiodatei umfassen, sondern kann einen Index haben, der auf eine definierte Stelle in einer Datenbank verweist, an der die tatsächliche Audiodatei gespeichert ist.Subsequently, reference will be made to Fig. 2 pointed to information that should have an audio object advantageous. For example, an audio object should specify the audio file that effectively represents the audio content of a virtual source. However, the audio object does not need to include the audio file, but may have an index pointing to a defined location in a database where the actual audio file is stored.

Ferner umfasst ein Audioobjekt vorzugsweise eine Identifikation der virtuellen Quelle, die beispielsweise eine Quellennummer oder ein aussagefähiger Dateiname etc. sein kann. Ferner spezifiziert das Audioobjekt bei der vorliegenden Erfindung eine Zeitspanne für den Beginn und/oder das Ende der virtuellen Quelle, also der Audiodatei. Wird nur eine Zeitspanne für den Beginn spezifiziert, so bedeutet dies, dass der tatsächliche Startpunkt der Aufbereitung dieser Datei durch den Renderer innerhalb der Zeitspanne verändert werden kann. Wird zusätzlich eine Zeitspanne für das Ende vorgegeben, so bedeutet dies, dass auch das Ende innerhalb der Zeitspanne variiert werden kann, was insgesamt je nach Implementierung zu einer Variation der Audiodatei auch hinsichtlich ihrer Länge führen wird. Jegliche Implementierungen sind möglich, so z. B. auch eine Definition der Start/Endzeit einer Audiodatei so, dass zwar der Startpunkt verschoben werden darf, dass jedoch auf keinen Fall die Länge verändert werden darf, sodass damit automatisch das Ende der Audiodatei ebenfalls verschoben wird. Insbesondere für Geräusche wird es jedoch bevorzugt, auch das Ende variabel zu halten, da es typischerweise nicht problematisch ist, ob z. B. ein Windgeräusch etwas früher oder später anfängt, oder ob es etwas früher oder später endet. Weitere Spezifizierungen sind je nach Implementierung möglich bzw. erwünscht, wie beispielsweise eine Spezifikation, dass zwar der Startpunkt variiert werden darf, nicht jedoch der Endpunkt, etc.Furthermore, an audio object preferably comprises an identification of the virtual source, which may be, for example, a source number or a meaningful file name, etc. Further, in the present invention, the audio object specifies a start and / or end time the virtual source, ie the audio file. Specifying only a time period for the start means that the actual starting point of the rendering of this file by the renderer can be changed within the time span. In addition, if a time limit is specified for the end, this also means that the end can also be varied within the time span, which, depending on the implementation, will generally lead to a variation of the audio file also in terms of its length. Any implementations are possible, such. For example, a definition of the start / end time of an audio file so that although the starting point may be moved, but in no case the length may be changed, so that automatically the end of the audio file is also moved. However, especially for noise, it is preferred to also keep the end variable, since it is typically not problematic whether z. For example, a wind noise starts sooner or later, or ends slightly earlier or later. Further specifications are possible or desired depending on the implementation, such as a specification, that although the starting point may be varied, but not the end point, etc.

Vorzugsweise umfasst ein Audioobjekt ferner eine Ortsspanne für die Position. So wird es für bestimmte Audioobjekte keine Rolle spielen, ob sie z. B. von vorne links oder vorne Mitte kommen, oder ob sie um einen (kleinen) Winkel bezüglich eines Bezugspunkts im Wiedergaberaum verschoben werden. So existieren jedoch auch, wie es ausgeführt worden ist, Audioobjekte insbesondere wieder aus dem Geräuschbereich, die an jeder beliebigen Stelle positioniert werden können und damit eine maximale Ortsspanne haben, die beispielsweise durch einen Code für "beliebig" oder durch keinen Code (implizit) im Audioobjekt spezifiziert werden kann.Preferably, an audio object further comprises a location span for the position. So it will be irrelevant for certain audio objects, whether they z. B. come from the front left or front center, or if they are shifted by a (small) angle with respect to a reference point in the playback room. However, as has been said, audio objects, especially from the noise area, which can be positioned at any position and thus have a maximum spatial range, for example, by a code for "arbitrary" or by no code (implicit) in the Audio object can be specified.

Ein Audioobjekt kann weitere Informationen umfassen, wie beispielsweise eine Angabe über die Art der virtuellen Quelle, also ob es sich bei der virtuellen Quelle um eine Punktquelle für Schallwellen handeln muss, oder ob es sich um eine Quelle für ebene Wellen handeln muss, oder ob es sich um eine Quelle handeln muss, die Quellen beliebiger Wellenfront erzeugt, sofern die Renderer-Module in der Lage sind, solche Informationen zu verarbeiten.An audio object may include other information, such as an indication of the nature of the virtual Source, that is, whether the virtual source must be a point source for sound waves, or whether it must be a source of plane waves, or whether it must be a source that generates sources of any wavefront, provided the renderers Modules are able to handle such information.

Fig. 3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Szenenbeschreibung, in der die zeitliche Abfolge verschiedener Audioobjekte A01, .... AOn+1 dargestellt ist. Insbesondere wird auf das Audioobjekt A03 hingewiesen, für das eine Zeitspanne, wie sie in Fig. 3 eingezeichnet ist, definiert ist. So können sowohl der Startpunkt als auch der Endpunkt des Audioobjekts AO3 in Fig. 3 um die Zeitspanne verschoben werden. Die Definition des Audioobjekts A03 lautet jedoch dahingehend, dass die Länge nicht verändert werden darf, was jedoch von Audioobjekt zu Audioobjekt variabel einstellbar ist. Fig. 3 shows by way of example a schematic representation of a scene description, in which the temporal sequence of different audio objects A01, .... AOn + 1 is shown. In particular, attention is drawn to the audio object A03, for which a period of time as shown in Fig. 3 is defined. Thus, both the start point and the end point of the audio object AO3 can be in Fig. 3 to be shifted by the time span. The definition of the audio object A03, however, is that the length must not be changed, but this can be set variably from audio object to audio object.

So ist zu sehen, dass durch Verschieben des Audioobjekts A03 in positiver zeitlicher Richtung eine Situation erreicht werden kann, bei der das Audioobjekt A03 erst nach dem Audioobjekt A02 beginnt. Werden beide Audioobjekte auf demselben Renderer abgespielt, so kann durch diese Maßnahme eine kurze Überschneidung 20, die ansonsten vielleicht auftreten würde, vermieden werden. Wäre das Audioobjekt A03 im Stand der Technik bereits das Audioobjekt, das über der Kapazität eines Renderers liegen würde, aufgrund bereits sämtlicher weiterer zu verarbeitender Audioobjekte auf dem Renderer, wie beispielsweise Audioobjekt A02 und Audioobjekt AO1 so würde ohne die vorliegende Erfindung eine komplette Unterdrückung des Audioobjekts A03 auftreten, obgleich die Zeitspanne 20 lediglich sehr klein war. Erfindungsgemäß wird das Audioobjekt A03 durch die Audioobjektmanipulationseinrichtung 3 verschoben, sodass keine Kapazitätsüberschreitung und damit auch keine Unterdrückung des Audioobjekts A03 mehr stattfindet.Thus, it can be seen that by shifting the audio object A03 in the positive temporal direction, a situation can be achieved in which the audio object A03 only begins after the audio object A02. If both audio objects are played on the same renderer, this measure avoids a short overlap 20 which otherwise might occur. If the audio object A03 in the prior art already had the audio object that would exceed the capacity of a renderer because of all the other audio objects to be processed on the renderer, such as audio object A02 and audio object AO1, without the present invention, a complete suppression of the audio object would take place A03, although the time span 20 was only very small. According to the audio object A03 is moved by the audio object manipulation device 3, so that no capacity overrun and thus no suppression of the audio object A03 takes place more.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Szenenbeschreibung verwendet, die relative Angaben hat. So wird die Flexibilität dadurch erhöht, dass der Beginn des Audioobjekts A02 nicht mehr in einem absoluten Zeitpunkt gegeben wird, sondern in einem relativen Zeitraum zum Audioobjekt AO1. Entsprechend wird auch eine relative Beschreibung der Ortsangaben bevorzugt, also nicht, dass ein Audioobjekt an einer bestimmten Position xy im Wiedergaberaum anzuordnen ist, sondern z. B. um einen Vektor versetzt zu einem anderen Audioobjekt oder zu einem Referenzobjekt ist.In the preferred embodiment of the present invention, a scene description is used that has relative indications. Thus, the flexibility is increased by giving the beginning of the audio object A02 no longer at an absolute time, but in a relative time to the audio object AO1. Accordingly, a relative description of the location information is preferred, so not that an audio object is to be arranged at a certain position xy in the playback room, but z. B. is a vector offset to another audio object or to a reference object.

Dadurch kann die Zeitspanneninformation bzw. Ortsspanneninformation sehr effizient aufgenommen werden, nämlich einfach dadurch, dass die Zeitspanne so festgelegt ist, dass sie zum Ausdruck bringt, dass das Audioobjekt A03 z. B. in einem Zeitraum zwischen zwei Minuten und zwei Minuten und 20 Sekunden nach dem Start des Audioobjekts AO1 beginnen kann.As a result, the time span information can be recorded very efficiently, namely simply by setting the time span such that it expresses that the audio object A03 has, for B. in a period between two minutes and two minutes and 20 seconds after the start of the audio object AO1 can begin.

Eine solche relative Definition der Raum- und Zeitbedingungen führt zu einer datenbankmäßig effizienten Darstellung in Form von Constraints, wie sie z. B. in " Modeling Output Constraints in Multimedia Database Systems", T. Heimrich, 11. internationale Multimedia Modelling Conference, IEEE, 12. Januar 2005 bis 14. Januar 2005 , Melbourne, beschrieben ist. Hier wird die Verwendung von Constraints in Datenbanksystemen dargestellt, um konsistente Datenbankzustände zu definieren. Insbesondere werden zeitliche Constraints unter Verwendung von Allen-Beziehungen und räumliche Constraints unter Verwendung von räumlichen Beziehungen beschrieben. Hieraus können günstige Ausgabe-Constraints zu Synchronisationszwecken definiert werden. Solche Ausgabe-Constraints umfassen eine zeitliche oder räumliche Bedingung zwischen den Objekten, eine Reaktion im Falle einer Verletzung eines Constraints und eine überprüfungszeit, also wann ein solcher Constraint überprüft werden muss.Such a relative definition of the space and time conditions leads to a database efficient representation in the form of constraints, such as. In " Modeling Output Constraints in Multimedia Database Systems ", T. Heimrich, 11th International Multimedia Modeling Conference, IEEE, January 12, 2005 to January 14, 2005 , Melbourne, is described. It shows the use of constraints in database systems to define consistent database states. In particular, temporal constraints are described using Allen relationships and spatial constraints using spatial relationships. From this, favorable output constraints can be defined for synchronization purposes. Such output constraints include a temporal or spatial condition between the objects, a reaction in case of a violation of a constraint, and a verification time, ie when such a constraint needs to be checked.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die räumlichen/zeitlichen Ausgabe-Objekte jeder Szene relativ zueinander modelliert. Die Audioobjektmanipulationseinrichtung erreicht eine Überführung dieser relativen und variablen Definitionen in eine absolute räumliche und zeitliche Ordnung. Diese Ordnung stellt das Ausgabe-Schedule dar, das definiert, wie insbesondere das Renderer-Modul im Wellenfeldsynthesesystem angesprochen wird. Das Schedule ist also ein Ausgabeplan, der die Audiodaten entsprechend der Ausgabebedingungen anordnet.In the preferred embodiment of the present invention, the spatial / temporal output objects of each scene are modeled relative to one another. The audio object manipulation device achieves a translation of these relative and variable definitions into an absolute spatial and temporal order. This order represents the output schedule which defines how, in particular, the renderer module is addressed in the wave-field synthesis system. The schedule is thus an output schedule that arranges the audio data according to the output conditions.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines solchen Ausgabe-Schedules dargelegt. Insbesondere zeigt Fig. 4 einen Datenstrom, der gemäß Fig. 4 von links nach rechts übertragen wird, also von einer Audioobjekt-Manipulationseinrichtung eines zu einem oder mehreren Wellenfeldsynthese-Renderern eines Wellenfeldsystems. Insbesondere umfasst der Datenstrom für jedes Audioobjekt bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst einen Header H, in dem die Positionsinformationen und die Zeitinformationen stehen, und nachgeordnet eine Audiodatei für das spezielle Audioobjekt, die in Fig. 4 mit AO1 für das erste Audioobjekt, A02 für das zweite Audioobjekt etc. bezeichnet ist.The following is based on Fig. 4 a preferred embodiment of such an output schedule set forth. In particular shows Fig. 4 a data stream according to Fig. 4 from left to right, that is, from an audio object manipulation device of one to one or more wave field synthesis renderers of a wavefield system. In particular, the data stream for each audio object in the in Fig. 4 In the embodiment shown, first a header H, in which the position information and the time information stand, and a subordinate audio file for the special audio object, which in Fig. 4 with AO1 for the first audio object, A02 for the second audio object, etc.

Ein Wellenfeldsynthese-Renderer erhält dann den Datenstrom und erkennt z. B. an einer vorhandenen und fest vereinbarten Synchronisationsinformation, dass nunmehr ein Header kommt. Anhand einer weiteren Synchronisationsinformation erkennt der Renderer dann, dass der Header nunmehr vorbei ist. Alternativ kann für jeden Haeder auch eine feste Länge in Bits vereinbart werden.A wave field synthesis renderer then receives the data stream and detects z. B. to an existing and agreed synchronization information that now comes a header. Based on another synchronization information, the renderer then recognizes that the header is now over. Alternatively, a fixed length in bits can be agreed for each Haeder.

Nach dem Empfang des Headers weiß der Audio-Renderer bei dem in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung automatisch, dass die nachfolgende Audiodatei, also z. B. AO1, zu dem Audioobjekt, also zu der Quellenposition gehört, die in dem Header identifiziert ist.After receiving the header, the audio renderer knows the in Fig. 4 shown preferred embodiment of the present invention automatically that the subsequent audio file, ie, for. B. AO1, to the audio object, so to the Source location identified in the header.

Fig. 4 zeigt eine serielle Datenübertragung zu einem Wellenfeldsynthese-Renderer. Allerdings werden natürlich mehrere Audioobjekte gleichzeitig in einem Renderer abgespielt. Daher benötigt der Renderer einen Eingangs-Puffer, dem eine Datenstrom-Leseeinrichtung vorausgeht, um den Datenstrom zu parsen. Die Datenstromleseeinrichtung wird dann den Header interpretieren und die zugehörigen Audiodaten entsprechend speichern, damit der Renderer dann, wenn ein Audioobjekt zum Rendern an der Reihe ist, die korrekte Audiodatei und die korrekte Quellenposition aus dem Eingangs-puffer ausliest. Andere Daten für den Datenstrom sind natürlich möglich. Auch eine separate Übertragung sowohl der Zeit/Orts-Informationen als auch der tatsächlichen Audiodaten kann verwendet werden. Die in Fig. 4 dargestellte kombinierte Übertragung wird jedoch bevorzugt, da sie durch Verkettung der Positions/Zeit-Informationen mit der Audiodatei Datenkonsistenzprobleme eliminiert, da immer sichergestellt wird, dass der Renderer für Audiodaten auch die richtige Quellenposition hat und nicht z. B. noch Audiodaten von einer früheren Quelle rendert, jedoch bereits Positionsinformationen der neuen Quelle zum Rendern verwendet. Fig. 4 shows a serial data transfer to a wave field synthesis renderer. However, of course, several audio objects are played simultaneously in a renderer. Therefore, the renderer requires an input buffer preceded by a data stream reader to parse the data stream. The data stream reader will then interpret the header and store the associated audio data accordingly, so that when an audio object is to render, the renderer reads out the correct audio file and the correct source position from the input buffer. Other data for the data stream are of course possible. Also, a separate transmission of both the time / location information and the actual audio data may be used. In the Fig. 4 However, combined transfer shown is preferred because it eliminates data consistency problems by concatenating the position / time information with the audio file, since it always ensures that the audio renderer also has the correct source location, and not z. B. still renders audio from an earlier source, but already uses position information from the new source for rendering.

Die vorliegende Erfindung basiert somit auf einem objektorientierten Ansatz, dass also die einzelnen virtuellen Quellen als Objekte aufgefasst werden, die sich durch eine Audiodatei und eine virtuelle Position im Raum und möglicherweise durch die Art und Weise der Quelle auszeichnen, also ob sie eine Punktquelle für Schallwellen oder eine Quelle für ebene Wellen oder eine Quelle für anders geformte Quellen sein soll.The present invention is thus based on an object-oriented approach, that is to say that the individual virtual sources are understood as objects which are distinguished by an audio file and a virtual position in space and possibly by the nature of the source, that is, if they are a point source for sound waves or a source of plane waves or a source of differently shaped sources.

Wie es ausgeführt worden ist, ist die Berechnung der Wellenfelder sehr rechenzeitintensiv und an die Kapazitäten der verwendeten Hardware, wie beispielsweise Soundkarten und Rechner, im Zusammenspiel mit der Effizienz der Berechnungsalgorithmen gebunden. Auch die beste ausgestattete PCbasierte Lösung stößt somit bei der Berechnung der Wellenfeldsynthese schnell an ihre Grenzen, wenn viele anspruchsvolle Klangereignisse gleichzeitig dargestellt werden sollen. So gibt die Kapazitätsgrenze der verwendeten Soft- und Hardware die Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der virtuellen Quellen bei der Abmischung und Wiedergabe vor.As has been stated, the calculation of the wave fields is very computation-intensive and the capacities of the hardware used, such as sound cards and computers, in conjunction with the efficiency of the calculation algorithms bound. Even the best-equipped PC-based solution thus quickly reaches its limits in the calculation of wave field synthesis, when many sophisticated sound events are to be displayed simultaneously. Thus, the capacity limit of the software and hardware used dictates the limitation on the number of virtual sources in the mixdown and playback.

Fig. 6 zeigt ein solches in seiner Kapazität begrenztes bekanntes Wellenfeldsynthese-Konzept, das ein Authoring-Werkzeug 60, ein Steuer-Renderer-Modul 62 und einen Audioserver 64 umfasst, wobei das Steuer-Renderer-Modul ausgebildet ist, um ein Lautsprecherarray 66 mit Daten zu versorgen, damit das Lautsprecher-Array 66 eine gewünschte Wellenfront 68 durch Überlagerung der Einzelwellen der einzelnen Lautsprecher 70 erzeugt. Das Authoring-Werkzeug 60 erlaubt es dem Nutzer, Szenen zu erstellen, zu editieren und das Wellenfeldsynthese-basierte System zu steuern. Eine Szene besteht sowohl aus Informationen zu den einzelnen virtuellen Audioquellen als auch aus den Audiodaten. Die Eigenschaften der Audioquellen und der Referenzen auf die Audiodaten werden in einer XML-Szenendatei gespeichert. Die Audiodaten selbst werden auf dem Audioserver 64 abgelegt und von dort aus an das Renderer-Modul übertragen. Gleichzeitig erhält das Renderer-Modul die Steuerdaten vom Authoring-Werkzeug, damit das Steuer-Renderer-Modul 62, das zentral ausgeführt ist, die Synthesesignale für die einzelnen Lautsprecher erzeugen kann. Das in Fig. 6 gezeigte Konzept ist in " Authoring System for Wave Field Synthesis", F. Melchior, T. Röder, S. Brix, S. Wabnik und C. Riegel, AES Convention Paper, 115. AES-Versammlung, 10. Oktober 2003, New York, beschrieb en. Fig. 6 shows such a limited in its known wave field synthesis concept that includes an authoring tool 60, a control renderer module 62, and an audio server 64, wherein the control renderer module is configured to provide a speaker array 66 with data for the speaker array 66 to generate a desired wavefront 68 by superimposing the single waves of the individual loudspeakers 70. The authoring tool 60 allows the user to create scenes, edit and control the wave field synthesis based system. A scene consists of information about the individual virtual audio sources as well as the audio data. The properties of the audio sources and the references to the audio data are stored in an XML scene file. The audio data itself is stored on the audio server 64 and transmitted from there to the renderer module. At the same time, the renderer module receives the control data from the authoring tool so that the control renderer module 62, which is centrally executed, can generate the synthesis signals for the individual loudspeakers. This in Fig. 6 shown concept is in " Authorization System for Wave Field Synthesis ", F. Melchior, T. Röder, S. Brix, S. Wabnik and C. Riegel, AES Convention Paper, 115th AES Assembly, October 10, 2003, New York s.

Wird dieses Wellenfeldsynthese-System mit mehreren Renderer-Modulen betrieben, so wird dabei jeder Renderer mit denselben Audiodaten versorgt, egal, ob der Renderer aufgrund der ihm zugeordneten begrenzten Zahl von Lautsprechern diese Daten für die Wiedergabe benötigt oder nicht.If this wave field synthesis system is operated with several renderer modules, each renderer is supplied with the same audio data, regardless of whether the renderer needs this data for playback or not because of the limited number of speakers assigned to it.

Da jeder der aktuellen Rechner in der Lage ist, 32 Audioquellen zu berechnen, stellt dies die Grenze für das System dar. Andererseits soll die Anzahl der im Gesamtsystem renderbaren Quellen effizient deutlich erhöht werden. Dies ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für komplexe Anwendungen, wie beispielsweise Kinofilme, Szenen mit immersiven Atmosphären, wie beispielsweise Regen oder Applaus oder andere komplexe Audioszenen.Since each of the current computers is capable of calculating 32 audio sources, this is the limit for the system. On the other hand, the number of renderable sources in the overall system should be significantly increased efficiently. This is one of the essential requirements for complex applications, such as movies, scenes with immersive atmospheres, such as rain or applause or other complex audio scenes.

Erfindungsgemäß wird eine Reduktion redundanter Datenübertragungsvorgänge und Datenverarbeitungsvorgänge in einem Wellenfeldsynthese-Mehr-Renderer-System erreicht, was zu einer Erhöhung der Rechenkapazität bzw. der Anzahl von gleichzeitig berechenbaren Audioquellen erreicht.According to the invention, a reduction of redundant data transfer operations and data processing operations in a wave field synthesis multi-renderer system is achieved, which leads to an increase in the computing capacity or the number of simultaneously computable audio sources.

Zur Reduktion der redundanten Übertragung und Verarbeitung von Audio- und Metadaten zum einzelnen Renderer des Mehr-Renderer-Systems wird der Audioserver um die Datenausgabeeinrichtung erweitert, welche in der Lage ist, zu ermitteln, welcher Renderer welche Audio- und Metadaten benötigt. Die Datenausgabeeinrichtung, gegebenenfalls unterstützt durch den Datenmanager benötigt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mehrere Informationen. Diese Informationen sind zunächst die Audiodaten, dann Zeit- und Positionsdaten der Quellen und schließlich die Konfiguration der Renderer, also Informationen über die verbundenen Lautsprecher und ihre Positionen sowie deren Kapazität. Mit Hilfe von Datenmanagementtechniken und der Definition von Ausgabebedingungen wird ein Ausgabe-Schedule durch die Datenausgabeeinrichtung mit einer zeitlichen und räumlichen Anordnung der Audioobjekte erzeugt. Aus der räumlichen Anordnung, dem zeitlichen Schedule und der Rendererkonfiguration berechnet das Datenmanagementmodul dann, welche Quelle für welche Renderer zu einem bestimmten Zeitpunkt von Relevanz sind.To reduce the redundant transmission and processing of audio and metadata to the single renderer of the multi-renderer system, the audio server is extended by the data output device, which is able to determine which renderer needs which audio and metadata. The data output device, possibly supported by the data manager, requires a plurality of information in a preferred embodiment. This information is initially the audio data, then the source and position data of the sources, and finally the configuration of the renderers, that is, information about the connected speakers and their positions and their capacity. Using data management techniques and the definition of output conditions, an output schedule is generated by the data output device with a temporal and spatial arrangement of the audio objects. From the spatial arrangement, the time schedule and the renderer configuration, the data management module then calculates which source is relevant for which renderer at a particular time.

Ein bevorzugtes Gesamtkonzept ist in Fig. 5 dargestellt. Die Datenbank 22 ist ausgangsseitig um die Datenausgabeeinrichtung 24 ergänzt, wobei die Datenausgabeeinrichtung auch als Scheduler bezeichnet wird. Dieser Scheduler erzeugt dann an seinen Ausgängen 20a, 20b, 20c für die verschiedenen Renderer 50 die Renderer-Eingangssignale, damit die entsprechenden Lautsprecher der Lautsprecherarrays versorgt werden.A preferred overall concept is in Fig. 5 shown. The database 22 is the output side to the data output device 24 supplemented, wherein the data output device is also referred to as a scheduler. This scheduler then generates at its outputs 20a, 20b, 20c for the various renderers 50 the renderer input signals in order to power the corresponding loudspeakers of the loudspeaker arrays.

Vorzugsweise wird der Scheduler 24 noch durch einen Storage-Manager 52 unterstützt, um mittels eines RAID-Systems und entsprechender Datenorganisationsvorgaben die Datenbank 22 zu konfigurieren.Preferably, the scheduler 24 is still supported by a storage manager 52 in order to configure the database 22 by means of a RAID system and corresponding data organization specifications.

Auf der Eingangsseite steht ein Daten-Erzeuger 54, welcher beispielsweise ein Tonmeister oder ein Audioingenieur sein kann, der eine Audioszene objektorientiert modellieren bzw. beschreiben soll. Hierbei gibt er eine Szenenbeschreibung vor, die entsprechende Ausgabebedingungen 56 umfasst, die dann gegebenenfalls nach einer Transformation 58 zusammen mit Audiodaten in der Datenbank 22 gespeichert werden. Die Audiodaten können mittels eines Insert/Update-Werkzeugs 59 manipuliert und aktualisiert werden.On the input side is a data generator 54, which may be, for example, a sound engineer or an audio engineer who is to model or describe an audio scene in an object-oriented manner. In this case, he provides a scene description that includes corresponding output conditions 56, which are then optionally stored in the database 22 together with audio data after a transformation 58. The audio data may be manipulated and updated using an insert / update tool 59.

Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren 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 zusammenwirken 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 Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.Depending on the circumstances, the method according to the invention can be implemented in hardware or in software. The implementation may be on a digital storage medium, particularly a floppy disk or CD, with electronically readable control signals that may interact with a programmable computer system to perform the method. In general, 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 when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Claims (17)

  1. Apparatus for simulating a wave field synthesis system with respect to a reproduction room, in which one or more loudspeaker arrays, which can be coupled to a wave field synthesis rendering means, are attachable, comprising:
    a means (1) for providing an audio scene description defining a temporal sequence of audio objects, wherein an audio object comprises an audio file for a virtual source or a reference to the audio file and information on a source position of the virtual source, and wherein an output condition is given for the wave field synthesis system;
    a means (3) for simulating the behavior of the wave field synthesis system, using information on the wave field synthesis system and the audio files; and
    a means (4) for checking if the simulated behavior satisfies the output condition.
  2. Apparatus according to claim 1, wherein the output condition defines a behavior of a sound field in the reproduction room,
    wherein the means for simulating is formed to simulate the sound field in the reproduction room, and
    wherein the means (4) for checking is formed to check if the simulated sound field satisfies the output condition in the reproduction room.
  3. Apparatus according to claim 1, wherein the means (3) for simulating comprises:
    a wave field synthesis rendering means (3b) formed to generate synthesis signals from the audio scene description and from information on positions of the loudspeakers in the reproduction room; and
    a loudspeaker simulator (3c) for simulating the sound field generated by the loudspeakers, on the basis of the synthesis signals.
  4. Apparatus according to one of the preceding claims,
    wherein the means (1) for providing is formed to provide an output condition comprising a defined property of a virtual source with respect to another virtual source,
    wherein the means (3) for simulating is formed to simulate a first sound field in the reproduction room due to a first virtual source without the other virtual source and also a second sound field in the reproduction room due to the other virtual source without the one virtual source, and
    wherein the means (4) for checking is formed to check the defined property on the basis of the first sound field and the second sound field.
  5. Apparatus according to one of the preceding claims,
    wherein the means (3) for simulating is formed to simulate the sound field for various positions in the reproduction room, and
    wherein the means (4) for checking is formed to check the output condition for the various positions.
  6. Apparatus according to one of the preceding claims, further comprising:
    a means for indicating (5e) whether and where the output condition is satisfied or not satisfied in the wave field synthesis system.
  7. Apparatus according to one of the preceding claims, further comprising:
    a means for identifying (5f) which of the plurality of output conditions is host satisfied, and due to which virtual source of a plurality of virtual sources the output condition is violated.
  8. Apparatus according to one of the preceding claims, wherein the output condition prescribes that a wave front due to a first virtual source and a wave front due to a second virtual source in the reproduction room must arrive within a predetermined time duration at a point in the reproduction room,
    wherein the means (3) for simulating is formed to calculate a time difference of the impingement of the wave front due to the first virtual source and the impingement of the wave front due to the second virtual source; and
    wherein the means (4) for checking is formed to compare the calculated time difference with the output condition.
  9. Apparatus according to one of the preceding claims, further comprising:
    a means for manipulating an audio object if the audio object violates the output condition.
  10. Apparatus according to claim 9, wherein the means for manipulating is formed to manipulate a virtual position of the audio object, a starting time instant or an end time instant, or mark the audio object in the audio scene as problematic, such that the audio object can be suppressed in the reproduction of the audio scene.
  11. Apparatus according to one of the preceding claims, wherein the output condition defines a loudness difference between two virtual sources,
    wherein the means (3) for simulating is formed to determine a loudness difference of the two virtual sources at a location in the reproduction room, and
    wherein the means (4) for checking is formed to compare the determined loudness difference with the output condition.
  12. Apparatus according to one of the preceding claims,
    wherein the output condition is a maximum number of audio objects to be processed by a wave field synthesis renderer means at the same time,
    wherein the means (3) for simulating is formed to determine a utilization of the wave field synthesis renderer means, and
    wherein the means (4) for checking is formed to compare a calculated utilization with the output condition.
  13. Apparatus according to one of the preceding claims, wherein an audio object in the audio scene description defines a temporal start or a temporal end for an associated virtual source, wherein the audio object of the virtual source comprises a time span in which the start or the end must be, or comprises a location span in which a position of the virtual source must be.
  14. Apparatus according to claim 13, further comprising:
    an audio object manipulation means for varying an actual starting point or end point of an audio object within the time span or an actual position of the virtual source within the location span in response to a violation of an output condition.
  15. Apparatus according to claim 14, further formed to examine if a violation of an output condition can be remedied by the variation of the audio object within the time span or location span.
  16. Method of simulating a wave field synthesis system with respect to the reproduction room, in which one or more loudspeaker arrays, which can be coupled to a wave field synthesis rendering means, are attachable, comprising:
    providing (1) an audio scene description defining a temporal sequence of audio objects, wherein an audio object comprises an audio file for a virtual source or a reference to the audio file and information on a source position of the virtual source, and wherein an output condition is given for the wave field synthesis system;
    simulating (3) the behavior of the wave field synthesis system, using information on the wave field synthesis system and the audio files; and
    checking (4) if the simulated behavior satisfies the output condition.
  17. Computer program with program code for performing the method of simulating a wave field synthesis system according to claim 16, when the program is executed on a computer.
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