EP1878308B1 - Device and method for generation and processing of sound effects in spatial audio reproduction systems using a graphical user interface - Google Patents

Device and method for generation and processing of sound effects in spatial audio reproduction systems using a graphical user interface Download PDF

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EP1878308B1
EP1878308B1 EP06742644A EP06742644A EP1878308B1 EP 1878308 B1 EP1878308 B1 EP 1878308B1 EP 06742644 A EP06742644 A EP 06742644A EP 06742644 A EP06742644 A EP 06742644A EP 1878308 B1 EP1878308 B1 EP 1878308B1
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EP
European Patent Office
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impulse responses
sound
user interface
spatial
graphic user
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EP06742644A
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EP1878308A2 (en
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Frank Melchior
Jan Langhammer
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/40Visual indication of stereophonic sound image
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/305Electronic adaptation of stereophonic audio signals to reverberation of the listening space

Definitions

  • the present invention relates to modern audio technologies, and more particularly to the generation and processing of spatial sound impressions for sound reproduction systems.
  • the use of multiple loudspeakers makes it possible to precisely locate individual sound sources in the room and to give the impression within the playback environment that one would be within a simulated space, such as a sound space. A stage or a cathedral.
  • two different playback concepts can be distinguished.
  • conventional surround sound reproduction which is also customary in the field of home entertainment, the location and room information is already mixed during the sound mixing process into individual channels to be transmitted discretely, a reproduction system comprising several loudspeakers being used to reproduce the individual channels.
  • the reproducing speakers should be in a predetermined position relative to the playback environment in order to achieve the best possible spatial impression.
  • More advanced systems such as the wave-field synthesis-based space simulations, generate the drive signals for the individual speakers only during the reproduction, based on position information of a sound source with respect to the reproduction space and the space information of a reproduction environment to be simulated.
  • position information of a sound source with respect to the reproduction space and the space information of a reproduction environment to be simulated.
  • much more authentic results can be achieved with respect to the location and the spatial impression, since the individual loudspeaker setup is taken into account during playback can be used to create a wavefront in the playback environment that best represents the space impression to be simulated.
  • 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 delayed and Amplitude scaling are fed 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 virtual room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The effort involved in the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the room and the number of loudspeakers.
  • 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 (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. Details can be found in MM Boone, ENG Verheijen, PF.
  • 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 designed in amplitude and phase such that a wave resulting from the superposition of the individual the sound wave present in the loudspeaker array will correspond to the wave that would result from the virtual source at the virtual position if that virtual source at the virtual position were a real source with a real position.
  • multiple virtual sources exist at different virtual locations.
  • the computation of the synthesis signals is performed for each virtual source at each virtual location, typically resulting in one virtual source in multiple speaker synthesis signals. Seen from a loudspeaker, this loudspeaker thus receives several synthesis signals, which go back to different virtual sources. A superimposition of these sources, which is possible due to the linear superposition principle, then gives the reproduced signal actually emitted by the speaker.
  • Spatial sound reproduction systems such as wave field synthesis make it possible to generate the sound in 360 degrees around the audience room with optimal spatial resolution. So far, these systems have been used essentially for positioning discrete sound sources and for direct sound reproduction. In addition, all known linear signal processing can be applied to the signals of the sound sources generated in this way, such. B adding reverberation. In spatial sound reproduction systems such as Wave Field Synthesis (WFS), it is still possible to generate spatial effects based on the direct sound. This happens, for example, in the room simulation, in which, for reasons of efficiency, the reproduction in a limited number of spatial directions (plane waves) can be simplified.
  • WFS Wave Field Synthesis
  • a room to be sounded is irradiated by as many individual loudspeakers as possible in order to allow the reconstruction of wavefronts with the best possible accuracy.
  • For the location of sound signals and the generation of a spatial impression usually a variety of parameters are used, which are to be determined individually for each speaker during the mixing of the sound signal.
  • the multichannel sound reproduction systems are characterized by extremely high complexity, so that the additional generation of spatial information or the location information during the mixing of the sound conditional to generate a variety of parameters, the speaker individually the location information or additional linear Describe signal processing steps (for generating acoustic effects).
  • This description based on a large number of abstract mathematical parameters without directly intuitively meaning is difficult to control, especially in wave field synthesis systems.
  • wave field synthesis offers the possibility of freely positioning sound sources on a two-dimensional listening plane. This is done by synthesizing different wavefronts depending on the position of the sound sources.
  • User interfaces as currently used, use a point in a plan view of the two-dimensional listening plane for positioning the sound source, the point representing the position of the sound source.
  • the spatial position of the sound source is adequately visualized in this approach, the sound impression of depth (spatial impression) can not be represented simultaneously in the visualization, so there are discrepancies between the real world Perception and presentation, so that only in a few exceptional cases, a visual image is provided, which corresponds to the real sound impression or a conclusion on this allows.
  • the international patent application WO 2004/047485 A1 describes an audio reproduction system based on wave field synthesis and deals in particular with a possible modularization of the wave field synthesis system in order to adapt it successively to changing reproduction environments.
  • the object of the present invention is to provide a graphical user interface that allows to more efficiently control a sound reproduction system for generating a spatial sound impression.
  • the present invention is based on the finding that a sound reproduction system which can produce a spatial tone impression in a reproduction environment can be controlled efficiently and intuitively by means of a graphical user interface if an impulse response assigned to a spatial direction with respect to the reproduction environment or a graphic image obtained from the impulse response Representation is graphed, and when the possibility is created that a user can graphically change this representation, so based on the user change input, the changed impulse response can be graphed and the changed graphical representation can be detected to control the sound reproduction system.Da systemically possible is to describe all known linear signal processing by impulse responses, it is possible with the graphical user interface according to the invention, a sound designer via a graphic R to provide intuitive access to directional sound effects, thus increasing the efficiency and quality of control of the sound reproduction system.
  • the signals for plane waves can be generated by convolution with corresponding spatial impulse responses associated with corresponding spatial directions.
  • rooms can also be simulated, wherein the impulse responses used according to the invention in addition to a description by the underlying parameters are also visualized directly.
  • the inventive new tool for sound design consists of a simultaneous visualization of all direction-dependent impulse responses corresponding to a source. The sound design takes place through direct interaction with this visualization. The processing of the visual representation is converted into a parametric description and from this the corresponding impulse responses are generated.
  • the direction information or a spatiality is thus impressed on a sound signal by a mathematical convolution with an impulse response, which will be briefly explained below for a better understanding of the inventive concept.
  • a spatial signal or reflection pattern or location information by convolution with an impulse response g (x) is impressed on a tone signal f (y), so that the combined tone signal F (x) results according to the following folding integral:
  • F x ⁇ - ⁇ ⁇ f y ⁇ G ⁇ x - y ⁇ dy ,
  • Dirac impulse is characterized by an infinitesimal length and additionally by the fact that its integral, as described above, is finite. In the case of a sound signal, this means that a Diracpuls is arbitrarily small, but carries fixed acoustic energy.
  • the simplest impulse response is again a Dirac pulse, which is registered with a propagation delay t for transmitting the test pulse at the place of emission of the test pulse. This is exactly the case if, in the direction in which the test pulse was emitted, there is an ideal reflector which reflects the acoustic test signal without attenuation, the transit time between the location of the emission of the source and the reflector being then exactly t / 2.
  • Diracpulse pulses whose width is finite and whose intensity is A are called Diracpulse.
  • such real pulses can be imagined, for example, from Gaussian curves of small width with area A.
  • the reflector described above would absorb some of the acoustic energy, thus dampening the test signal, then the reflected Dirac pulse received after runtime t would have a smaller area B under the curve than the original pulse (B ⁇ A).
  • impulse response In addition to the so far described, idealized simple cases of an impulse response, it is also possible, arbitrary to get complex impulse responses. If, for example, two reflectors in different distances corresponding to the acoustic propagation times t 1 and t 2 are at the location of the emission of the test signal, the impulse response will consist of two dirac pulses received at the times 2 * t 1 and 2 * t 2 .
  • acoustic scenes are very complex, so that a real impulse response will become a denser pulse sequence beginning with early reflections, and whose components arriving later in time, for example, describe a reverberation.
  • an impulse response in the form of a Dirac pulse describes a delay or an echo.
  • a multiple echo can be represented by a sum of dirac-shaped pulses.
  • the impulse response that is convolved with the sound signal will be continuous, e.g. B. a time t 0 rising sharply and then gently decaying signal that describes a multiple reflection, the signals reflected at later times are more attenuated.
  • sound signals are additionally attenuated in a frequency-selective manner; for example, high sound signals from carpets and wall hangings are more strongly damped than deep sound signals.
  • different impulse responses for example, can be used and visualized separately for several frequency ranges or the visualization of the impulse response must include the time and frequency range.
  • the graphical user interface is used to represent the spatial position of a sound source relative to the sound reproduction system, and the resulting impulse responses, which individually for each loudspeaker of a display system, the spatial orientation represent the sound signal with respect to the reproducing speaker visualize.
  • the user can graphically change the position of the source with respect to the reproduction environment, whereby the loudspeaker-individual impulse response or the parameters for controlling the loudspeakers result automatically from the illustrated wavefront of the punctiform acoustic signal source.
  • a sound engineer thus has the opportunity to intuitively create the complex parameters needed to control the sound reproduction system.
  • An essential aspect here is that the possibility is additionally created of directly changing the impulse responses by graphical interaction with the user interface, wherein it is immediately shown how the current change affects the perception of the position of the sound source.
  • the graphic user interface according to the invention it is thus advantageously possible to choose whether one wants to place the sound source directly from physical reality or whether one wishes to creatively use the possibilities of changing the impulse response.
  • a sound engineer can therefore choose between two possibilities of visual sound processing and pursue the approach that is most advantageous for the desired sound result or the spatial sound impression that is to be achieved.
  • the graphical user interface according to the invention is used to display impulse responses that contain information about a room to be simulated.
  • the display device the impulse responses with respect to a fixed point within the playback environment represented in the spatial directions for which they also carry the spatial information.
  • a user thus has the advantage that he receives all the information concerning the spatial sound impression at the same time or that he can change it simultaneously, whereby at any time the changed spatial sound impression resulting from a change is displayed and can be assessed.
  • the graphical representation also makes it possible to carry out the design process detached from technical conditions.
  • an impulse response function will be stored discreetly, i. H. for discrete periods, there is an associated amplitude value.
  • the intuitive operation of the graphical user interface does not need to take this into account as the relevant parameters are automatically generated based on a graphical change in the displayed impulse response.
  • Another advantage is that the complexity of a system can easily be increased without reducing the intuitiveness of the operation under the increased number of parameters.
  • the impulse responses are allowed to be multiple Spatial directions regarding frequency selective represent or edit. This makes it possible to further increase the naturalness of the spatial impression, for example by assuming different frequency-dependent attenuation profiles for different spatial directions, which on the one hand increases the authenticity of the sound impression achieved, but on the other hand also increases the complexity of generating the parameters.
  • the visual representation it is still possible to predict the achievable sound experience, and to change this creatively, for example, by a strong artificial damping is introduced at a certain frequency for a freely selectable spatial direction. These changes are immediately visible and it is possible to reliably predict the impact on the entire sound scene in the context of the overall system.
  • the same parameters can be used to describe the room for all spatial directions, which corresponds to a diffuse reverberation.
  • Direction-dependent spatial portions are only then attached. This results in a specific room impulse response for each spatial direction, an unwanted deviation of the parameters for a spatial direction can be detected and corrected immediately.
  • a further advantage of the three-dimensional representation according to the invention is that the frequency-selective impulse response representation for each direction can easily be converted into a matrix representation by simple scanning, the further processing of which is extremely efficient.
  • individual delay times are set for a given number of spatial directions, the delay times being represented as dirac-shaped impulse responses. These are relative to a fixed point in the Playback environment are shown in a three-dimensional view. It is particularly advantageous that the graphical manipulation, which allows the shifting of the dirac-shaped impulse responses with respect to a reference point, directly reflects the spatial effect visually.
  • the dirac-shaped impulse responses corresponding to a delay just describe a reflection on an object, wherein increasing the distance of the impulse response with respect to the reference point in the graph corresponds to increasing the propagation time of the reflected signal.
  • the direct correspondence of the graphical representation to the simulated reality can thus be used to simulate in a most efficient manner, for example, spaces within which the reproduction environment is located.
  • a particular advantage of this simplified type of interior design is the high degree of intuitiveness of the presentation and the associated reduced probability of errors in the control of a sound reproduction system.
  • the graphical user interface for a sound reproduction system is operated with a signal generator which generates loudspeaker signals for a plurality of loudspeakers mounted at different spatial positions.
  • the high level of user-friendliness and user-friendliness of the graphical user interface makes it possible to manipulate the reproduction of signal sources in real time in such a way that the acoustic location of a sound signal, for example a singer on the stage, matches the visual impression.
  • only a tracking of the moving sound source within the graphical user interface according to the invention is necessary, which would not be feasible by means of classical parameter input for a loudspeaker system to be controlled.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the operation of a graphical user interface 10 of the present invention having a display means 12 for displaying an impulse response, means for permitting a change in the graphic display 14, means for receiving a user change input 16, and means for detecting the changed impulse response 18 ,
  • the display device 12 graphically presents the impulse responses to the user such that the effects of changing the impulse responses presented can be intuitively interpreted and predicted.
  • the device for enabling the change of the graphic display 14 has access to the display device 12 and the data visualized by it.
  • user input is required, which is received by the device for receiving a user change input 16, which change may be, for example, by means of a computer mouse, a touch pad, or interaction and visualization techniques from virtual reality systems.
  • the display device 12 can now graphically display a changed impulse response.
  • the means 14 for allowing a change 14 and the means for receiving a user change input 16 an iterative change method of user input and subsequent graphical update becomes possible.
  • This has the great advantage that the effect of a user change can be controlled directly graphically or acoustically. Explicitly performing the Changes and subsequent control by test listening within a sound reproduction system can thereby be eliminated, which contributes significantly to the cost and time savings.
  • the modified impulse response is detected and stored for further use, for example.
  • the possibility of storing the impulse response can advantageously be used to reuse an already generated impulse response, which describes a specific space to be simulated, for further projects.
  • Fig. 2 shows schematically how it is based on the in Fig. 3a or 3b shown visualization of the graphical user interface is possible to determine the position of a sound source by means of a graphical user interface according to the invention or to change an existing position so that a desired position impression is created.
  • the position of a sound source relative to the reproduction environment is initially determined graphically.
  • the graphical user interface graphically illustrates, in the second step 22, the impulse responses representing the position of the sound source, which can be changed directly by the user.
  • Fig. 3a or 3b shows an embodiment of a graphical user interface according to the invention for determining the spatial position of a sound source or for changing the impulse responses representing the sound source.
  • the position of the ball describes the position of the sound source 30 in space. Based on the position of the point source 30, the wavefront 34 is shown, which results from the sound radiation of the point-shaped signal source. For example, moving the point source 30 to a point in space farther from the rendering environment 32 will make the wavefront 34 flatter. If the point source 30 is moved closer to the speaker system, then the corresponding wavefront will be more curved.
  • the curvature of the wavefront can also be changed directly with the aid of two graspers 36a and 36b. This directly affects the perceived position of the point source 30, which is automatically displayed by the graphical user interface according to the invention.
  • the graphical user interface in Fig. 3a or 3b also shows a delay radius 38 which serves to avoid acausal states in the reproduction of a wave field synthesis based system where the position of wavefront 34 is determined by the delay radius.
  • the delay radius 38 corresponds to a basic delay, which requires a wave field synthesis system, and which corresponds to the distance of the loudspeaker farthest from the center of the system.
  • the basic delay makes it possible to position sources arbitrarily within and outside the speaker system / reconstruction area or the reproduction environment 32.
  • the position of the wavefront is defined by the intersection of the connecting line between the system center point and the position of the sound source 30 with the delay radius.
  • the thus determined position of the wavefront 34 is thus equivalent to a vanishing delay, since the delay radius 38 determines just the minimum delay time to be observed.
  • a real signal propagation time depends on the distance of the sound source to the listening space. This is determined by the distance between the sound source position and the center of the Playback system. In the creation of imaginary auditory scenes, this runtime is usually not desirable because it restricts the positioning options of the sources, as this, for example, temporal relationships can be changed in a music recording. This delay can therefore be deactivated in wave field synthesis systems, which may be required for an authentic sound impression.
  • This important additional parameter is represented in the graphic user interface according to the invention as a circle 40, the position of the circle 40 on the connecting line between the system center and the sound source 30 visualizing the set delay time.
  • the circle 40 is located directly at the boundary of the delay radius 38, the illustrated transit time has its minimum possible value, which corresponds to the basic delay of the wave field synthesis system. If the case of a real sound propagation time / deceleration is to be simulated, the position of the circle 40 would be directly below the sphere representing the sound source 30, it being understood that all intermediate values can additionally be displayed and adjusted.
  • the important delay time parameters can be set and changed intuitively, which further increases the creative freedom and, moreover, increases the efficiency of the design process in spatial sound reproduction.
  • the graphical user interface according to the invention has the advantage of extremely great flexibility, so that further parameters can be easily added, for example the area of circle 40 could describe a ratio of diffused sound to direct sound, which is considered by a listener to be another feature for the removal of a sound source Listening position is understood, changing this ratio, for example, by a Moving the circle 40 or changing its surface could be implemented.
  • the wave field synthesis algorithm calculates the impulse response IR L1..Ln for each loudspeaker involved (amplitude, delay). If, at a time t, these impulse responses are lined up next to one another, the peaks result in a sampled version of the wavefront emanating from the virtual sound source.
  • a graphical processing step (see Fig. 3a ) from the wavefront can be simplified and displayed with interaction elements. If the user now interacts with these elements, the graphical representation of the wavefront changes. This representation change can be impressed on the individual impulse responses IR L1..Ln in the next step
  • the graphical user interface allows the manipulation of impulse responses, which are preferably to be computed for each individual loudspeaker which illuminates the reproduction volume 32.
  • the graphic user interface makes it possible to manipulate impulse responses which are to be calculated for each individual loudspeaker which illuminates the reproduction volume 32.
  • the representation of the impulse responses results directly from the representation of the graphical user interface, for which purpose a connection line 42 between the sound source 30 and an imaginary loudspeaker at the edge of the reproduction volume 32 is shown by way of example.
  • the impulse response to be calculated is given directly by the shape of the wavefront at the location at which the connecting line 42 intersects the wavefront 34.
  • the spatial position of a sound source 30, as it is in Fig. 3a or 3b can be seen for each individual speaker translated into a time delay and an amplitude.
  • the amplitude results directly from the height of the graphical representation of the wavefront 34, wherein the time delay is also determined by the intersection of the line 42 with the wavefront 34, wherein for the determination of the time delay, the length of the cut sections of the line 42 is relevant.
  • the size of the sound source descriptive ball 30 can be used to represent the volume of a sound source.
  • the above-mentioned manipulation of the direct sound / diffuse sound ratio can also be displayed again here. If the volume of the direct sound corresponds to the size of the ball 30, z. For example, a distant source of sound tends to be quieter and thus corresponds to a small sphere. A link with the distance-dependent calculation of the volume of a sound source is thus easily realized by this representation.
  • Fig. 3a or 3b for positioning a sound source, that is, for determining a sound impression, which reproduces the location of the sound source, is based on the Fig. 4-8 explained that the graphical user interface according to the invention is also suitable to visualize such impulse responses and to allow their change, which cause a sound impression that corresponds to that of a room to be simulated, such as a cathedral.
  • Fig. 4 shows a possibility in which first in a positioning step 50, the sound sources are arranged in space, as for example with reference to Fig. 3a or 3b has been described.
  • the impulses are assigned impulse responses for each sound source.
  • a spatial sound impression of the sound source can be imprinted directly when it is in a spatial direction with respect to the reproduction environment for which a specific spatial sound impression is to be simulated.
  • an impulse response function is generated for each sound source and spatial direction, which is sent to a reproduction system together with the Sound source in a transfer step 54 must be transmitted in order to achieve the desired spatial sound impression during playback.
  • a positioning step 60 in which impulse responses are generated for loudspeakers for each sound source, which describe the position.
  • the impression of space that is to be created in a listening direction can, since the loudspeakers used in the reproduction system are also assigned to fixed spatial directions, also be generated by additionally generating for each loudspeaker in a room simulation step 62 an impulse response which contains the information about the in the auditory system Direction of the relevant speaker contains space.
  • a transfer or storage step 64 the sound source system must then be transmitted to the sound reproduction system and a position impulse response and a room impulse response must be transmitted for each individual loudspeaker. Due to the flexibility of the graphic user interface according to the invention, the allocation of a spatial sound impression either individually to each sound source can be done or it can groups of sound sources, which are arranged in a similar spatial direction with respect to the playback environment, summarized to represent a plurality of discrete spatial directions, whereby in the Playback the required computing capacity is reduced.
  • FIG Fig. 6 An embodiment of the graphical user interface according to the invention showing the manipulation of an impulse response in an impulse response time representation is shown in FIG Fig. 6 shown.
  • the spatial directions with respect to a reproduction environment 70 are subdivided into eight discrete sectors 72a-72h. For each of the sectors 72a-72h, therefore, a common Spatial impression achieved by means of an impulse response time representation.
  • the envelopes of the eight impulse responses used for space simulation are extruded to surfaces. These surfaces are arranged in the form of an octagon and connected to a common surface 74.
  • the height of the area above the area defined by sectors 72a-72i corresponds to the amplitude of the impulse response.
  • the distance from the center of the replay environment 70 represents the time, therefore, events occurring at the end of the impulse response are farther from the center of the replay environment 70.
  • the amplitude curves of the room impulse responses over time can be represented according to their spatial direction.
  • the change takes place interactively by moving interaction elements 76a, b and c exemplified here. It is thus possible to grasp the entire spatial sound situation at a glance and to recognize and eliminate deviations from the desired behavior.
  • the reverberation time from all directions usually be almost the same for a real space.
  • the reverberation time in the direction of the sector 72h is reduced, which can be easily recognized by the asymmetry of the total area 74, so that the difference to the real, evenly reverberant room can be recognized immediately.
  • Fig. 7 describes a representation of spatial impulse responses in a time-frequency representation. Shown is the rendering environment 80 and eight time-frequency representations of impulse responses 82a-82h associated with eight discrete spatial directions relative to the rendering environment 80.
  • both the time and the To visualize frequency components of impulse responses related to their spatial directions and to manipulate them can be changed, for example, by means of interaction elements 86a-86c.
  • the exemplified interaction elements 86a-86c allow the manipulation of the amplitude frequency response at a certain time, in the example shown here at the beginning of the impulse response.
  • low frequencies are located farther left and high frequencies farther to the right, so that it can be seen immediately that in the spatial simulation, the low frequencies begin with a higher amplitude and end longer than the high frequencies.
  • This complex relationship which can be stored in the form of a matrix, for example by describing the areas 82a-82h, can be intuitively recorded and changed here.
  • the type of representation also makes it possible to attach additional effects or to recognize their effect, for example, strong reflections from certain spatial directions would be visible as elevations on the surfaces of the corresponding spatial impulse response in this representation.
  • Fig. 8 shows another example of a graphical user interface according to the invention, in which the impulse responses the individual spatial directions consist of discrete peaks. Shown are a rendering environment 90, eight discrete spatial directions 92a-92i, and five exemplary delta-shaped impulse responses 94a-94e.
  • the wavefronts 94a-94e represent echoes from the spatial directions assigned to them. Their distance to the center of the playback volume indicates the time of the repetition of the original signal.
  • the position of the repetitions can be influenced by radial movements of the impulse responses from or to the center of the system.
  • the amplitude of the repetitions can be influenced by the height of the wavefronts in the vertical direction.
  • a time-frequency representation can also be implemented here in order to additionally impress an individual frequency response on each echo.
  • Fig. 9 describes a system for visualizing and editing spatial sound effects 100, which is composed of a signal processing part 102 and a visualization and interaction part 104.
  • the signal processing consists in that incoming audio signals 106 are folded by means of a mathematical convolution 108 with the impulse responses determined by means of the visualization and interaction part 104 in order to generate therefrom audio signals 110 which carry the sound impression of a room to be simulated.
  • the visualization and interaction part 104 has a display means for displaying calculated impulse responses 112, means for receiving a user change input 114, means for permitting a change of the graphical display 116, and means for detecting the changed impulse response 118.
  • the means for receiving a user change input 114 comprises an interaction device 120 and a means for implementing the interaction 122.
  • the means for permitting a change in the graphical display of the impulse response 116 comprises an output device 124 for displaying the original impulse response and an image calculation unit 126 for visualizing the original impulse response ,
  • a visual model 112 is generated based on parameters describing the impulse responses and thus containing the information about the space to be simulated. If a suitable visual model has been created by repeated interaction and visualization, the means for detecting the changed impulse response 118 extracts the parameters on which the visualization is based, and transmits them as impulse responses to the signal processor 102.
  • the signal processing comprises the convolution of N input signals with n impulse responses to n output signals.
  • N can be of z.
  • B eight signals in the generation from reverb effects for wave field synthesis to a very large number in the generation of a whole wave field. If multiple effects or sources are generated simultaneously, the output signals for each effect or source must be summed up at the end.
  • impulse responses required for the signal processing are thus generated with the aid of the visualization and interaction part of the system. From an impulse response, sound-relevant parameters can be generated. It must be distinguished whether it is room signals or direct signals.
  • parameters can also be obtained from the interface. However, these can only be converted into impulse responses for the loudspeaker channels by the application of the wave field synthesis algorithm. The parameters are thus at a more abstract level. But the structure of the block diagram in Fig. 9 does not change.
  • a significant advantage of the graphical user interface according to the invention is that complex mathematical parameters are made intuitively accessible. This makes it possible to generate or set these parameters, with it being possible in particular to keep an eye on the entire sound event at all times. It is particularly advantageous that in the described embodiments, which are based on 3D visualizations, the direction in which the playback environment is considered, can be varied, so that an emerging sound impression can be even better predicted that this judges from different spatial directions becomes.
  • the graphic user interface has individual discrete function blocks, such a division is only to be understood as an example, in principle any combinations and summaries of the individual function blocks are possible. So z.
  • the display 12 is combined with the means 14 for altering the graphical display, as is partially the case in the illustrated embodiments, where the possibility of modification is already implemented as part of the display, for example in the form of the handles 36a and 36b in Fig. 3a or 3b ,
  • the user input may be by means of a mouse, a touchscreen, or any other means of moving a cursor on a screen.
  • the direct input of discrete change steps by means of a keyboard can also be represented, for example in the case of a discretized representation of an impulse response, where in defined time ranges the value of the impulse response in discrete steps can be adjusted, which is easily possible for example by means of a conventional keyboard.
  • any other suitable representation of impulse response functions is also possible in order to allow setting or generation of a spatial impression according to the invention.
  • a direction-dependent spatial sound character could advantageously be represented by the fact that for each spatial direction only the difference to the common impulse response function is displayed, so that one easily gets an impression of how the observed spatial direction differs in its spatial properties from the overall sound image (middle sound image).
  • An order of processing the impulse response functions that describe the position of a sound source or the spatial impression is not fixed. It is possible to first position all the sound sources in the room and then create a spatial impression, as well as to first define the room to be simulated in order to subsequently position the sound sources within the room.
  • the processing steps for a system for driving a sound reproduction system which comprises a graphic user interface according to the invention and a signal generator for supplying loudspeaker signals differ.
  • the signal processing which is represented individually for each speaker by convolution of a sound signal with an impulse response function, can be implemented both continuously and discretely, although alternative mathematical methods are also possible for imparting the spatial impression which an impulse response describes to a sound signal.
  • the space enclosing the reproduction environment is subdivided into eight discrete spatial directions, wherein a spatial sound character can be determined individually for each spatial direction.
  • a spatial sound character can be determined individually for each spatial direction.
  • the inventive method of using a graphical user interface for using a sound reproduction system may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can be carried out on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable computer system such that the method according to the invention for checking the success of a deconing process is carried out.
  • the invention thus also consists in a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Abstract

The present invention is based on the finding that a sound-reproduction system, which can generate a spatial sound impression in a reproduction environment, can be efficiently and intuitively controlled by means of a graphic user interface when an impulse response associated with a spatial direction with respect to the reproduction environment is graphically represented, and when the possibility is created for a user to change the impulse response graphically so that, based on the user input of a change, the changed impulse response can be graphically represented and the changed graphical representation can be detected, in order to control the sound-reproduction system. Since it is system-theoretically possible to describe all known linear signal processing operations by impulse responses, it is possible, with the inventive graphic user interface, to provide a sound mixer, through a graphical representation, with an intuitive access to sound effects depending on the direction.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf moderne Audiotechnologien und insbesondere auf die Erzeugung und Bearbeitung von räumlichen Toneindrücken für Tonwiedergabesysteme.The present invention relates to modern audio technologies, and more particularly to the generation and processing of spatial sound impressions for sound reproduction systems.

In modernen Tonwiedergabesystemen kann durch den Einsatz von mehreren Lautsprechern erreicht werden, dass einzelne Tonquellen im Raum präzise geortet werden können und dass innerhalb der Wiedergabeumgebung der Eindruck erzeugt wird, man befände sich innerhalb eines simulierten Raumes, wie z. B. einem Stadium oder einer Kathedrale. Dabei kann man prinzipiell zwei unterschiedliche Wiedergabekonzepte unterscheiden. Bei der herkömmlichen auch im Homeentertainmentbereich üblichen Surroundwiedergabe wird die Ortungs- und Rauminformation bereits während des Tonmischvorgangs in einzelne, diskret zu übertragende Kanäle gemischt, wobei ein Wiedergabesystem aus mehreren Lautsprechern dazu verwendet wird, die einzelnen Kanäle wiederzugeben. Dabei sollten sich die wiedergebenden Lautsprecher an einer vorgegebenen Position relativ zur Wiedergabeumgebung befinden, um einen bestmöglichen Raumeindruck zu erzielen.In modern sound reproduction systems, the use of multiple loudspeakers makes it possible to precisely locate individual sound sources in the room and to give the impression within the playback environment that one would be within a simulated space, such as a sound space. A stage or a cathedral. In principle, two different playback concepts can be distinguished. In conventional surround sound reproduction, which is also customary in the field of home entertainment, the location and room information is already mixed during the sound mixing process into individual channels to be transmitted discretely, a reproduction system comprising several loudspeakers being used to reproduce the individual channels. In this case, the reproducing speakers should be in a predetermined position relative to the playback environment in order to achieve the best possible spatial impression.

Fortgeschrittenere Systeme, wie die auf Wellenfeldsynthese basierenden Raumsimulationen, erzeugen die Ansteuersignale für die einzelnen Lautsprecher erst während der Wiedergabe, basierend auf einer Positionsinformation einer Tonquelle bezüglich des Wiedergaberaums und der Rauminformation einer zu simulierenden Wiedergabeumgebung. Dadurch lassen sich bezüglich der Ortung und des räumlichen Eindrucks wesentlich authentischere Ergebnisse erzielen, da hier während der Wiedergabe das individuelle Lautsprechersetup berücksichtigt werden kann, um in der Wiedergabeumgebung eine Wellenfront zu erzeugen, die den zu simulierenden Raumeindruck bestmöglich repräsentiert.More advanced systems, such as the wave-field synthesis-based space simulations, generate the drive signals for the individual speakers only during the reproduction, based on position information of a sound source with respect to the reproduction space and the space information of a reproduction environment to be simulated. As a result, much more authentic results can be achieved with respect to the location and the spatial impression, since the individual loudspeaker setup is taken into account during playback can be used to create a wavefront in the playback environment that best represents the space impression to be simulated.

Nachfolgend wird zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung auf die Wellenfeldsynthese-Technik näher eingegangen.For a better understanding of the present invention, the wave field synthesis technique will be discussed in more detail below.

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), were researched at the TU Delft and first presented 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.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.

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 virtuellen 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 Raums 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 played and a linear array of speakers, the audio signals of each speaker must be delayed and Amplitude scaling are fed 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 virtual room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The effort involved in the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the room and the number of loudspeakers.

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.

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

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

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

Die Möglichkeiten der Wellenfeldsynthese können um so besser ausgeschöpft werden, je geschlossener die Lautsprecherarrays sind, d. h. um so mehr einzelne Lautsprecher möglichst nah beieinander angeordnet werden können. 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 more closed the loudspeaker arrays are, ie the more individual loudspeakers can be arranged as close to each other as possible. 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 receives a number of synthesis signals , which is equal to the number of virtual sources.

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).

Räumliche Tonwiedergabesysteme wie die Wellenfeldsynthese ermöglichen es also, den Ton in 360 Grad um den Zuhörerraum mit optimaler räumlicher Auflösung zu generieren. Bisher wurden diese Systeme im Wesentlichen zum Positionieren von diskreten Schallquellen und zur Direktschallwiedergabe verwendet. Auf die Signale der so generierten Schallquellen lassen sich zusätzlich alle bekannten linearen Signalverarbeitungen anwenden, wie z. B das Hinzufügen von Nachhall. In räumlichen Tonwiedergabesystemen wie der Wellenfeldsynthese (WFS) ist es weiterhin möglich, räumliche Effekte basierend auf dem Direktschall zu generieren. Dies geschieht beispielsweise bei der Raumsimulation, bei der aus Gründen der Effizienz die Wiedergabe auf eine begrenzte Anzahl von Raumrichtungen (ebene Wellen) vereinfacht werden kann.Spatial sound reproduction systems such as wave field synthesis make it possible to generate the sound in 360 degrees around the audience room with optimal spatial resolution. So far, these systems have been used essentially for positioning discrete sound sources and for direct sound reproduction. In addition, all known linear signal processing can be applied to the signals of the sound sources generated in this way, such. B adding reverberation. In spatial sound reproduction systems such as Wave Field Synthesis (WFS), it is still possible to generate spatial effects based on the direct sound. This happens, for example, in the room simulation, in which, for reasons of efficiency, the reproduction in a limited number of spatial directions (plane waves) can be simplified.

In einem sehr einfachen Fall der Raumsimulation werden gleiche Parameter zur Beschreibung des Raumes für alle Raumrichtungen verwendet (diffuser Nachhall) und richtungsabhängige Raumanteile (frühe Reflexionen) automatisiert generiert. Ein Erzeugen räumlicher Effekte ist nicht nur dann sinnvoll, wenn es um die Nachbildung natürlicher Raumeffekte geht, da die prinzipiellen Möglichkeiten dieser Art der Signalverarbeitung auch anderweitig kreativ genutzt werden können.In a very simple case of room simulation, the same parameters are used to describe the room for all spatial directions (diffuse reverberation) and automatically generate direction-dependent spatial components (early reflections). Generating spatial effects is not only useful when it comes to the reproduction of natural space effects, since the principal possibilities of this Type of signal processing can also be used creatively elsewhere.

Bei der Wellenfeldsynthese wird ein zu beschallender Raum von möglichst vielen individuellen Lautsprechern beschallt, um die Rekonstruktion von Wellenfronten mit bestmöglicher Genauigkeit zu erlauben. Für die Ortbarkeit von Tonsignalen und die Erzeugung eines Raumeindrucks werden üblicherweise eine Vielzahl von Parametern herangezogen, die für jeden Lautsprecher während des Abmischens des Tonsignals individuell zu bestimmen sind.In wave field synthesis, a room to be sounded is irradiated by as many individual loudspeakers as possible in order to allow the reconstruction of wavefronts with the best possible accuracy. For the location of sound signals and the generation of a spatial impression usually a variety of parameters are used, which are to be determined individually for each speaker during the mixing of the sound signal.

Wie im Vorhergehenden beschrieben wurde, zeichnen sich die mehrkanaligen Tonwiedergabesysteme durch außerordentlich hohe Komplexität aus, so dass das zusätzliche Erzeugen einer Rauminformation bzw. der Ortungsinformation während des Abmischens des Tons bedingt, eine Vielzahl von Parametern zu erzeugen, die lautsprecherindividuell die Ortungsinformation bzw. zusätzliche lineare Signalverarbeitungsschritte (zum Erzeugen von akustischen Effekten) beschreiben. Diese Beschreibung anhand einer Vielzahl abstrakter mathematischer Parameter ohne unmittelbar intuitiv erfassbare Bedeutung ist insbesondere bei Wellenfeldsynthesesystemen schwer beherrschbar.As described above, the multichannel sound reproduction systems are characterized by extremely high complexity, so that the additional generation of spatial information or the location information during the mixing of the sound conditional to generate a variety of parameters, the speaker individually the location information or additional linear Describe signal processing steps (for generating acoustic effects). This description based on a large number of abstract mathematical parameters without directly intuitively meaning is difficult to control, especially in wave field synthesis systems.

Beispielsweise bietet die Wellenfeldsynthese die Möglichkeit, Schallquellen auf einer zweidimensionalen Hörebene frei zu positionieren. Dies geschieht durch die Synthetisierung unterschiedlicher Wellenfronten abhängig von der Position der Schallquellen. Benutzeroberflächen, wie sie derzeit verwendet werden, verwenden zur Positionierung der Schallquelle einen Punkt in einer Aufsicht der zweidimensionalen Hörebene, wobei der Punkt die Position der Schallquelle repräsentiert. Da bei diesem Ansatz die räumliche Position der Schallquelle zwar hinreichend visualisiert wird, der klangliche Tiefeneindruck (Raumeindruck) jedoch prinzipiell in der Visualisierung nicht simultan darstellbar ist, kommt es zu Diskrepanzen zwischen der realen Wahrnehmung und der Darstellung, so dass nur in wenigen Ausnahmefällen ein visuelles Bild zur Verfügung gestellt wird, welches dem realen Klangeindruck entspricht oder einen Rückschluss auf diesen zulässt.For example, wave field synthesis offers the possibility of freely positioning sound sources on a two-dimensional listening plane. This is done by synthesizing different wavefronts depending on the position of the sound sources. User interfaces, as currently used, use a point in a plan view of the two-dimensional listening plane for positioning the sound source, the point representing the position of the sound source. Although the spatial position of the sound source is adequately visualized in this approach, the sound impression of depth (spatial impression) can not be represented simultaneously in the visualization, so there are discrepancies between the real world Perception and presentation, so that only in a few exceptional cases, a visual image is provided, which corresponds to the real sound impression or a conclusion on this allows.

Für das Audio-Authoring System Nuendo der Firma Steinberg existiert ein Plug-in, bei dem zeitliche Echoverläufe für ein Signal graphisch dargestellt werden, wenn Echoparameter des Echoverlaufs als Zahlenwerte eingegeben werden. Der E-choverlauf kann dabei teilweise für drei unterschiedliche Frequenzbereiche individuell beeinflusst werden.For the audio authoring system Nuendo Steinberg exists a plug-in, in which temporal echo traces for a signal are displayed graphically when echo parameters of the echo waveform are entered as numerical values. The E-choverlauf can be partially influenced individually for three different frequency ranges.

Die internationale Patentanmeldung WO 2004/047485 A1 beschreibt ein Audiowiedergabesystem, das auf der Wellenfeldsynthese basiert und befasst sich dabei insbesondere mit einer möglichen Modularisierung des Wellenfeldsynthesesystems, um dieses sukzessive an sich verändernde Wiedergabeumgebungen anpassen zu können.The international patent application WO 2004/047485 A1 describes an audio reproduction system based on wave field synthesis and deals in particular with a possible modularization of the wave field synthesis system in order to adapt it successively to changing reproduction environments.

Die Autoren Theile G., Wittek H., Reisinger M. beschreiben in "Potential Wavefield Synthesis Applications in the Multichannel Stereophonic World", Processings of the AES 24th International Conference: Multichannel Audio, 26-28 June 2003 , unterschiedliche Verfahren der Reproduktion von Audiosignalen unter Beibehaltung des räumlichen Höreindrucks. Insbesondere werden das Wellenfeldsyntheseverfahren und die diesem Verfahren zugrunde liegenden Parameter beschrieben. The authors Theile G., Wittek H., Reisinger M. describe in "Potential Wavefield Synthesis Applications in the Multichannel Stereophonic World", Processings of the AES 24th International Conference: Multichannel Audio, 26-28 June 2003 , different methods of reproducing audio signals while maintaining the spatial hearing impression. In particular, the wave field synthesis method and the parameters underlying this method will be described.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine graphische Benutzerschnittstelle zu schaffen, die es erlaubt, ein Tonwiedergabesystem zur Erzeugung eines räumlichen Toneindrucks effizienter zu steuern.The object of the present invention is to provide a graphical user interface that allows to more efficiently control a sound reproduction system for generating a spatial sound impression.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 20 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 25 oder 26 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 or 20 and by a method according to claim 25 or 26.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Tonwiedergabesystem, das in einer Wiedergabeumgebung einen räumlichen Toneindruck erzeugen kann, effizient und intuitiv mittels einer graphischen Benutzerschnittstelle gesteuert werden kann, wenn eine einer Raumrichtung bezüglich der Wiedergabeumgebung zugeordnete Impulsantwort bzw. eine aus der Impulsantwort gewonnene graphische Repräsentation graphisch dargestellt wird, und wenn die Möglichkeit geschaffen wird, dass ein Benutzer diese Darstellung graphisch verändern kann, so dass basierend auf der Benutzeränderungseingabe die geänderte Impulsantwort graphisch dargestellt sowie die geänderte graphische Darstellung erfasst werden kann, um das Tonwiedergabesystem anzusteuern.Da es systemtheoretisch möglich ist, alle bekannten linearen Signalverarbeitungen durch Impulsantworten zu beschreiben, ist es mit der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle möglich, einem Tongestalter über eine graphische Repräsentierung einen intuitiven Zugriff auf richtungsabhängige Klangeffekte zu geben, um somit die Effizienz und die Qualität bei der Steuerung des Tonwiedergabesystems zu erhöhen.The present invention is based on the finding that a sound reproduction system which can produce a spatial tone impression in a reproduction environment can be controlled efficiently and intuitively by means of a graphical user interface if an impulse response assigned to a spatial direction with respect to the reproduction environment or a graphic image obtained from the impulse response Representation is graphed, and when the possibility is created that a user can graphically change this representation, so based on the user change input, the changed impulse response can be graphed and the changed graphical representation can be detected to control the sound reproduction system.Da systemically possible is to describe all known linear signal processing by impulse responses, it is possible with the graphical user interface according to the invention, a sound designer via a graphic R to provide intuitive access to directional sound effects, thus increasing the efficiency and quality of control of the sound reproduction system.

Durch Faltung eines ursprünglichen Signals mit Impulsantworten lassen sich alle linearen Signalverarbeitungsalgorithmen darstellen. Als Beispiel können so bei einer auf Wellenfeldsynthese basierenden Raumsimulation die Signale für ebene Wellen durch Faltung mit entsprechenden Raumimpulsantworten, die korrespondierenden Raumrichtungen zugeordnet sind, erzeugt werden. Damit können auch Räume nachgebildet werden, wobei die verwendeten Impulsantworten erfindungsgemäß neben einer Beschreibung durch die ihnen zugrundeliegenden Parameter auch direkt visualisiert werden. Das erfindungsgemäße neue Werkzeug zur Tongestaltung besteht aus eine simultanen Visualisierung aller richtungsabhängigen Impulsantworten korrespondierend zu einer Quelle. Die Klanggestaltung findet durch direkte Interaktion mit dieser Visualisierung statt. Die Bearbeitung der visuellen Darstellung wird in eine parametrische Beschreibung umgerechnet und aus dieser werden die zugehörigen Impulsantworten generiert.By folding an original signal with impulse responses, all linear signal processing algorithms can be represented. By way of example, in a space simulation based on wave field synthesis, the signals for plane waves can be generated by convolution with corresponding spatial impulse responses associated with corresponding spatial directions. Thus, rooms can also be simulated, wherein the impulse responses used according to the invention in addition to a description by the underlying parameters are also visualized directly. The inventive new tool for sound design consists of a simultaneous visualization of all direction-dependent impulse responses corresponding to a source. The sound design takes place through direct interaction with this visualization. The processing of the visual representation is converted into a parametric description and from this the corresponding impulse responses are generated.

Die Richtungsinformation bzw. eine Räumlichkeit wird einem Tonsignal also durch eine mathematische Faltung mit einer Impulsantwort eingeprägt, was zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens im Folgenden kurz erläutert wird.The direction information or a spatiality is thus impressed on a sound signal by a mathematical convolution with an impulse response, which will be briefly explained below for a better understanding of the inventive concept.

Einem Tonsignal f(y) wird ein Raumeindruck oder Reflexionsmuster bzw. eine Ortungsinformation durch Faltung mit einer Impulsantwort g(x) eingeprägt, so dass sich das kombinierte Tonsignal F(x) gemäß folgendem Faltungsintegral ergibt: F x = - f y g x - y dy .

Figure imgb0001
A spatial signal or reflection pattern or location information by convolution with an impulse response g (x) is impressed on a tone signal f (y), so that the combined tone signal F (x) results according to the following folding integral: F x = - f y G x - y dy ,
Figure imgb0001

Die Impulsantwort g(x) beschreibt allgemein die Antwort eines Systems auf einen Diracimpuls δ(x), also einen Impuls infinitesimaler Länge für den gilt: - δ x dx = A .

Figure imgb0002
The impulse response g (x) generally describes the response of a system to a dirac pulse δ ( x ), that is, a pulse of infinitesimal length for which: - δ x dx = A ,
Figure imgb0002

Das heißt also, ein idealer Diracimpuls zeichnet sich durch eine infinitesimale Länge aus und zusätzlich dadurch, dass sein Integral, wie oben beschrieben, endlich ist. Im Falle eines Tonsignals bedeutet dies, dass ein Diracpuls beliebig klein ist, jedoch feste akustische Energie trägt.This means that an ideal Dirac impulse is characterized by an infinitesimal length and additionally by the fact that its integral, as described above, is finite. In the case of a sound signal, this means that a Diracpuls is arbitrarily small, but carries fixed acoustic energy.

Testet man einen Raum mit einem Diracpuls, so erhält man als einfachste Impulsantwort wiederum einen Diracpuls, der mit einer Laufzeitverzögerung t zum Aussenden des Testpulses am Ort des Aussendens des Testpulses registriert wird. Dies ist genau dann der Fall, wenn in der Richtung, in die der Testpuls emittiert wurde, ein idealer Reflektor befindlich ist, der das akustische Testsignal ohne Dämpfung reflektiert, wobei die Laufzeit zwischen dem Ort des Aussendens der Quelle und dem Reflektor dann genau t/2 beträgt.If one tests a room with a Dirac pulse, the simplest impulse response is again a Dirac pulse, which is registered with a propagation delay t for transmitting the test pulse at the place of emission of the test pulse. This is exactly the case if, in the direction in which the test pulse was emitted, there is an ideal reflector which reflects the acoustic test signal without attenuation, the transit time between the location of the emission of the source and the reflector being then exactly t / 2.

Es sei hier bemerkt, dass es in der Realität unmöglich ist, einen idealen Diracpuls zu erzeugen, stattdessen werden von jetzt an auch Pulse, deren Breite endlich ist und deren Intensität A beträgt, als Diracpulse bezeichnet.It should be noted here that in reality it is impossible to generate an ideal Diracpulse, instead, from now on also pulses whose width is finite and whose intensity is A are called Diracpulse.

Anschaulich kann man sich solche realen Impulse beispielsweise aus gaussförmige Kurven geringer Breite mit Flächeninhalt A vorstellen.Illustratively, such real pulses can be imagined, for example, from Gaussian curves of small width with area A.

Würde der oben beschriebene Reflektor einen Teil der akustischen Energie absorbieren, das Testsignal also dämpfen, so würde der nach Laufzeit t empfangene, reflektierte Diracpuls eine geringere Fläche B unter der Kurve aufweisen als der ursprüngliche Puls (B < A).If the reflector described above would absorb some of the acoustic energy, thus dampening the test signal, then the reflected Dirac pulse received after runtime t would have a smaller area B under the curve than the original pulse (B <A).

Neben den bislang beschriebenen, idealisierten einfachen Fällen einer Impulsantwort ist es ferner möglich, beliebig komplexe Impulsantworten zu erhalten. Befinden sich beispielsweise zwei Reflektoren in voneinander unterschiedlichen Entfernungen, die den akustischen Laufzeiten t1 und t2 entsprechen, zum Ort des Aussendens des Testsignals, so wird die Impulsantwort aus zwei zu den Zeitpunkten 2*t1 und 2*t2 empfangenen Diracpulsen bestehen. Normalerweise sind akustische Szenen sehr komplex, so dass eine reale Impulsantwort eine mit der Zeit dichter werdende Pulsfolge sein wird, die mit frühen Reflexionen beginnt, und deren zeitlich später eintreffenden Komponenten beispielsweise einen Nachhall beschreiben.In addition to the so far described, idealized simple cases of an impulse response, it is also possible, arbitrary to get complex impulse responses. If, for example, two reflectors in different distances corresponding to the acoustic propagation times t 1 and t 2 are at the location of the emission of the test signal, the impulse response will consist of two dirac pulses received at the times 2 * t 1 and 2 * t 2 . Usually, acoustic scenes are very complex, so that a real impulse response will become a denser pulse sequence beginning with early reflections, and whose components arriving later in time, for example, describe a reverberation.

Wie oben erläutert beschreibt eine Impulsantwort in Form eines Diracpulses ein Delay bzw. ein Echo. Ebenso lässt sich beispielsweise ein Mehrfachecho durch eine Summe von diracförmigen Pulsen darstellen. Zur realistischen Raumsimulation wird im Allgemeinen die Impulsantwort, die mit dem Tonsignal gefaltet wird, kontinuierlich sein, z. B. ein zum Zeitpunkt t0 stark ansteigendes und dann sanft ausklingendes Signal, das eine Mehrfachreflexion beschreibt, wobei die zu späteren Zeitpunkten reflektierten Signale stärker gedämpft sind.As explained above, an impulse response in the form of a Dirac pulse describes a delay or an echo. Likewise, for example, a multiple echo can be represented by a sum of dirac-shaped pulses. For realistic space simulation, in general, the impulse response that is convolved with the sound signal will be continuous, e.g. B. a time t 0 rising sharply and then gently decaying signal that describes a multiple reflection, the signals reflected at later times are more attenuated.

In realen Szenarien werden Tonsignale zusätzlich frequenzselektiv gedämpft, beispielsweise werden hohe Tonsignale von Teppichen und Wandbehängen stärker gedämpft als tiefe Tonsignale. Um diesem Sachverhalt gerecht zu werden, können beispielsweise für mehrere Frequenzbereiche getrennt unterschiedliche Impulsantworten verwendet und visualisiert werden oder muss die Visualisierung der Impulsantwort den Zeit- und Frequenzbereich umfassen.In real scenarios, sound signals are additionally attenuated in a frequency-selective manner; for example, high sound signals from carpets and wall hangings are more strongly damped than deep sound signals. In order to cope with this situation, different impulse responses, for example, can be used and visualized separately for several frequency ranges or the visualization of the impulse response must include the time and frequency range.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die graphische Benutzerschnittstelle dazu verwendet, die räumliche Position einer Tonquelle relativ zum Tonwiedergabesystem darzustellen, und die daraus resultierenden Impulsantworten, die für jeden Lautsprecher eines Wiedergabesystems individuell die räumliche Orientierung des Tonsignals bezüglich des wiedergebenden Lautsprechers darstellen, zu visualisieren.In another embodiment of the present invention, the graphical user interface is used to represent the spatial position of a sound source relative to the sound reproduction system, and the resulting impulse responses, which individually for each loudspeaker of a display system, the spatial orientation represent the sound signal with respect to the reproducing speaker visualize.

Dabei kann der Benutzer auf anschauliche Art und Weise die Position der Quelle bezüglich der Wiedergabeumgebung graphisch verändern, wobei sich aus der dargestellten Wellenfront der punktförmigen akustischen Signalquelle automatisch die lautsprecherindividuelle Impulsantwort bzw. die Parameter zur Ansteuerung der Lautsprecher ergeben. Ein Toningenieur hat somit die Möglichkeit, auf intuitive Art und Weise die komplexen Parameter, die zur Steuerung des Tonwiedergabesystems von Nöten sind, zu erzeugen.In this case, the user can graphically change the position of the source with respect to the reproduction environment, whereby the loudspeaker-individual impulse response or the parameters for controlling the loudspeakers result automatically from the illustrated wavefront of the punctiform acoustic signal source. A sound engineer thus has the opportunity to intuitively create the complex parameters needed to control the sound reproduction system.

Dabei ist ein wesentlicher Aspekt, dass zusätzlich die Möglichkeit geschaffen wird, durch graphische Interaktion mit der Benutzerschnittstelle die Impulsantworten direkt zu verändern, wobei unmittelbar dargestellt wird, wie sich die aktuelle Änderung auf die Wahrnehmung der Position der Tonquelle auswirkt. Mit der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle hat man also vorteilhafterweise die Wahl, ob man von der physikalischen Realität ausgehend die Tonquelle direkt platzieren will oder ob man die Möglichkeiten der Veränderung der Impulsantwort kreativ nutzen möchte. Im letzteren Fall erhält man dabei zusätzlich eine Abschätzung, wie die manuelle Änderung der Impulsantworten in der Wahrnehmung eines Zuhörers interpretiert wird. Ein Toningenieur kann also zwischen zwei Möglichkeiten der visuellen Klangbearbeitung wählen und dabei den Ansatz verfolgen, der für das gewünschte klangliche Ergebnis bzw. den räumlichen Toneindruck, den es zu erzielen gilt, am vorteilhaftesten ist.An essential aspect here is that the possibility is additionally created of directly changing the impulse responses by graphical interaction with the user interface, wherein it is immediately shown how the current change affects the perception of the position of the sound source. With the graphic user interface according to the invention, it is thus advantageously possible to choose whether one wants to place the sound source directly from physical reality or whether one wishes to creatively use the possibilities of changing the impulse response. In the latter case, one additionally obtains an estimate of how the manual change of the impulse responses in the perception of a listener is interpreted. A sound engineer can therefore choose between two possibilities of visual sound processing and pursue the approach that is most advantageous for the desired sound result or the spatial sound impression that is to be achieved.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemäße graphische Benutzerschnittstelle genutzt, um Impulsantworten, die Informationen über einen zu simulierenden Raum beinhalten, darzustellen. Dabei werden von der Anzeigeeinrichtung die Impulsantworten bezüglich eines festen Punktes innerhalb der Wiedergabeumgebung in den Raumrichtungen dargestellt, für die sie auch die Rauminformationen tragen.In a further embodiment of the present invention, the graphical user interface according to the invention is used to display impulse responses that contain information about a room to be simulated. In this case, the display device, the impulse responses with respect to a fixed point within the playback environment represented in the spatial directions for which they also carry the spatial information.

Von der Anzeigeeinrichtung werden also simultan alle für den räumlichen Gesamteindruck relevanten Daten (Impulsantworten) dargestellt, wobei sie als dreidimensionales Abbild der Umgebung visualisiert werden. Ein Benutzer hat also den Vorteil, dass er sämtliche Informationen, die den räumlichen Klangeindruck betreffen, zeitgleich dargestellt bekommt bzw. dass er diese simultan verändern kann, wobei zu jedem Zeitpunkt der durch eine Veränderung entstandene veränderte räumliche Klangeindruck dargestellt wird und beurteilt werden kann.From the display device so all relevant for the overall spatial impression data (impulse responses) are simultaneously displayed, where they are visualized as a three-dimensional image of the environment. A user thus has the advantage that he receives all the information concerning the spatial sound impression at the same time or that he can change it simultaneously, whereby at any time the changed spatial sound impression resulting from a change is displayed and can be assessed.

Dadurch wird es ermöglicht, auf intuitive Art und Weise einen Klangeindruck mit Nachhall bzw. gewünschten Dämpfungen und anderen Signalmanipulationen zu erzielen, ohne die den Impulsantworten zugrundeliegenden Parameter manuell verändern zu müssen, was ein erhebliches Maß an Abstraktion erfordert.This makes it possible to achieve a sound impression with reverberation or desired attenuation and other signal manipulations in an intuitive manner, without having to manually change the parameters underlying the impulse responses, which requires a considerable amount of abstraction.

Die graphische Darstellung erlaubt es ferner, den Designprozess losgelöst von technischen Rahmenbedingungen durchzuführen. So wird im Allgemeinen eine Impulsantwortfunktion diskret abgespeichert sein, d. h. für diskrete Zeitabschnitte existiert ein zugeordneter Amplitudenwert. Bei der intuitiven Bedienung der graphischen Benutzerschnittstelle muss darauf keine Rücksicht genommen werden, da die relevanten Parameter basierend auf einer graphischen Änderung der angezeigten Impulsantwort automatisch erzeugt werden.The graphical representation also makes it possible to carry out the design process detached from technical conditions. Thus, in general, an impulse response function will be stored discreetly, i. H. for discrete periods, there is an associated amplitude value. The intuitive operation of the graphical user interface does not need to take this into account as the relevant parameters are automatically generated based on a graphical change in the displayed impulse response.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Komplexität eines Systems leicht erhöht werden kann, ohne dass die Intuitivität der Bedienung unter der erhöhten Anzahl von Parametern verringert wird.Another advantage is that the complexity of a system can easily be increased without reducing the intuitiveness of the operation under the increased number of parameters.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird es ermöglicht, die Impulsantworten mehrere Raumrichtungen betreffend frequenzselektiv darzustellen bzw. zu bearbeiten. Dadurch wird es möglich, die Natürlichkeit des Raumeindrucks weiter zu erhöhen, indem man beispielsweise für unterschiedliche Raumrichtungen verschiedene frequenzabhängige Dämpfungsprofile annimmt, was die Authentizität des erzielten Klangeindrucks einerseits erhöht, andererseits jedoch die Komplexität der Erzeugung der Parameter ebenfalls ansteigen lässt. In der visuellen Darstellung ist es dabei dennoch möglich, das erzielbare Klangerlebnis vorherzusagen, und dieses darüber hinaus kreativ zu verändern, indem beispielsweise bei einer bestimmten Frequenz für eine frei wählbare Raumrichtung eine starke künstliche Dämpfung eingeführt wird. Diese Änderungen sind sofort sichtbar und es ist möglich, im Kontext des Gesamtsystems den Einfluss auf das gesamte Klanggeschehen zuverlässig vorauszusagen.In a further embodiment of the present invention, the impulse responses are allowed to be multiple Spatial directions regarding frequency selective represent or edit. This makes it possible to further increase the naturalness of the spatial impression, for example by assuming different frequency-dependent attenuation profiles for different spatial directions, which on the one hand increases the authenticity of the sound impression achieved, but on the other hand also increases the complexity of generating the parameters. In the visual representation, it is still possible to predict the achievable sound experience, and to change this creatively, for example, by a strong artificial damping is introduced at a certain frequency for a freely selectable spatial direction. These changes are immediately visible and it is possible to reliably predict the impact on the entire sound scene in the context of the overall system.

In einem einfachen Beispiel können gleiche Parameter zur Beschreibung des Raumes für alle Raumrichtungen verwendet werden, was einem diffusen Nachhall entspricht. Richtungsabhängige Raumanteile (frühe Reflexionen) werden erst im Anschluss daran angebracht. Daraus entsteht für jede Raumrichtung eine spezifische Raumimpulsantwort, eine ungewünschte Abweichung der Parameter für eine Raumrichtung kann sofort erkannt und korrigiert werden.In a simple example, the same parameters can be used to describe the room for all spatial directions, which corresponds to a diffuse reverberation. Direction-dependent spatial portions (early reflections) are only then attached. This results in a specific room impulse response for each spatial direction, an unwanted deviation of the parameters for a spatial direction can be detected and corrected immediately.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen dreidimensionalen Darstellung ist, dass die frequenzselektive Impulsantwortdarstellung für jede Richtung durch einfaches Abtasten leicht in eine Matrixdarstellung überführt werden kann, deren weitere Verarbeitung außerordentlich effizient möglich ist.A further advantage of the three-dimensional representation according to the invention is that the frequency-selective impulse response representation for each direction can easily be converted into a matrix representation by simple scanning, the further processing of which is extremely efficient.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden für eine vorgegebene Anzahl von Raumrichtungen individuell Delayzeiten eingestellt, wobei die Delayzeiten als diracförmige Impulsantworten dargestellt werden. Diese sind bezüglich eines festen Punktes in der Wiedergabeumgebung in einer dreidimensionalen Ansicht dargestellt sind. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die graphische Manipulation, die das Verschieben der diracförmigen Impulsantworten bezüglich eines Referenzpunktes erlaubt, unmittelbar den räumlichen Effekt visuell widerspiegelt. Die einem Delay entsprechenden diracförmigen Impulsantworten beschreiben gerade eine Reflexion an einem Gegenstand, wobei das Vergrößern des Abstands der Impulsantwort bezüglich des Referenzpunktes in der graphischen Darstellung einem Vergrößern der Laufzeit des reflektierten Signals entspricht. Durch die unmittelbare Entsprechung der graphischen Darstellung zur simulierten Realität können somit auf effizienteste Art und Weise beispielsweise Räume simuliert werden, innerhalb derer sich die Wiedergabeumgebung befindet.In a further embodiment of the present invention, individual delay times are set for a given number of spatial directions, the delay times being represented as dirac-shaped impulse responses. These are relative to a fixed point in the Playback environment are shown in a three-dimensional view. It is particularly advantageous that the graphical manipulation, which allows the shifting of the dirac-shaped impulse responses with respect to a reference point, directly reflects the spatial effect visually. The dirac-shaped impulse responses corresponding to a delay just describe a reflection on an object, wherein increasing the distance of the impulse response with respect to the reference point in the graph corresponds to increasing the propagation time of the reflected signal. The direct correspondence of the graphical representation to the simulated reality can thus be used to simulate in a most efficient manner, for example, spaces within which the reproduction environment is located.

Ein besonderer Vorteil dieser vereinfachten Art der Raumgestaltung ist die hohe Intuitivität der Darstellung und die damit verbundene reduzierte Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Steuerung eines Tonwiedergabesystems.A particular advantage of this simplified type of interior design is the high degree of intuitiveness of the presentation and the associated reduced probability of errors in the control of a sound reproduction system.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die graphische Benutzerschnittstelle für ein Tonwiedergabesystem mit einem Signalgenerator betrieben, der Lautsprechersignale für eine Mehrzahl von an unterschiedlichen räumlichen Positionen angebrachte Lautsprecher erzeugt. Die hohe Intuitivität und Benutzerfreundlichkeit der graphischen Benutzerschnittstelle macht es dabei möglich, die Wiedergabe von Signalquellen auch in Echtzeit so zu manipulieren, dass die akustische Ortbarkeit eines Tonsignals, beispielsweise eines Sängers auf der Bühne, mit dem optischen Eindruck übereinstimmt. In diesem Fall ist lediglich ein Nachführen der bewegten Tonquelle innerhalb der erfindungsgemäßen graphischen Benutzeroberfläche notwendig, was mittels klassischer Parametereingabe für ein zu steuerndes Lautsprechersystem nicht realisierbar wäre.In another embodiment of the present invention, the graphical user interface for a sound reproduction system is operated with a signal generator which generates loudspeaker signals for a plurality of loudspeakers mounted at different spatial positions. The high level of user-friendliness and user-friendliness of the graphical user interface makes it possible to manipulate the reproduction of signal sources in real time in such a way that the acoustic location of a sound signal, for example a singer on the stage, matches the visual impression. In this case, only a tracking of the moving sound source within the graphical user interface according to the invention is necessary, which would not be feasible by means of classical parameter input for a loudspeaker system to be controlled.

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

Fig. 1
ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Funkti- onsweise der graphischen Benutzerschnittstelle;
Fig. 2
Blockschaltbild zum Festlegen und Bearbeiten der Position von Schallquellen;
Fig. 3a
ein Beispiel für eine graphische Benutzerschnitt- stelle zum Bearbeiten von Impulsantworten der Pa- rameter, die den Ort einer Schallquelle beschrei- ben;
Fig. 3b
ein weiteres Beispiel für eine graphische Benut- zerschnittstelle
Fig. 4
Hinzufügen eines räumlichen Klangeindrucks für zu einer Tonquelle;
Fig. 5
Hinzufügen eines räumlichen Klangeindrucks zu einzelnen Lautsprechersignalen;
Fig. 6
eine graphische Benutzerschnittstelle zum Anzei- gen und Ändern von Impulsantworten;
Fig. 7
eine graphische Benutzerschnittstelle zum Anzei- gen und Verändern von frequenzselektiven Impuls- antworten;
Fig. 8
eine graphische Benutzerschnittstelle zum Anzei- gen und Ändern von Zeitverzögerungen für ver- schiedene Raumrichtungen; und
Fig. 9
ein System zum Ansteuern eines Tonwiedergabesys- tems mit einer graphischen Benutzeroberfläche.
Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1
a block diagram for explaining the mode of operation of the graphical user interface;
Fig. 2
Block diagram for setting and editing the position of sound sources;
Fig. 3a
an example of a graphical user interface for processing impulse responses of the parameters describing the location of a sound source;
Fig. 3b
another example of a graphical user interface
Fig. 4
Adding a spatial sound impression to a sound source;
Fig. 5
Adding a spatial sound impression to individual loudspeaker signals;
Fig. 6
a graphical user interface for displaying and changing impulse responses;
Fig. 7
a graphical user interface for displaying and modifying frequency-selective impulse responses;
Fig. 8
a graphical user interface for displaying and changing time delays for different spatial directions; and
Fig. 9
a system for driving a sound reproduction system with a graphical user interface.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle 10, die eine Anzeigeeinrichtung 12 zum graphischen Anzeigen einer Impulsantwort, eine Einrichtung zum Ermöglichen einer Änderung der graphischen Anzeige 14, eine Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe 16 und eine Einrichtung zum Erfassen der geänderten Impulsantwort 18 aufweist. Fig. 1 FIG. 2 is a block diagram illustrating the operation of a graphical user interface 10 of the present invention having a display means 12 for displaying an impulse response, means for permitting a change in the graphic display 14, means for receiving a user change input 16, and means for detecting the changed impulse response 18 ,

Die Anzeigeeinrichtung 12 stellt die Impulsantworten für den Benutzer graphisch aufbereitet so dar, dass die Auswirkungen einer Veränderung der dargestellten Impulsantworten intuitiv interpretiert und vorhergesagt werden können.The display device 12 graphically presents the impulse responses to the user such that the effects of changing the impulse responses presented can be intuitively interpreted and predicted.

Die Einrichtung zum Ermöglichen der Änderung der graphischen Anzeige 14 hat dabei Zugriff auf die Anzeigeeinrichtung 12 und die von ihr visualisierten Daten.The device for enabling the change of the graphic display 14 has access to the display device 12 and the data visualized by it.

Um eine Änderung der Impulsantworten zu ermöglichen, ist eine Benutzereingabe erforderlich, die von der Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe 16 empfangen wird, wobei die Änderung beispielsweise mittels einer Computer-Maus, eines Touchpads oder Interaktions- und Visualisierungstechniken aus Systemen für virtuelle Realität geschehen kann.In order to allow for a change in the impulse responses, user input is required, which is received by the device for receiving a user change input 16, which change may be, for example, by means of a computer mouse, a touch pad, or interaction and visualization techniques from virtual reality systems.

Basierend auf der Benutzeränderungseingabe kann nun von der Anzeigeeinrichtung 12 eine geänderte Impulsantwort graphisch dargestellt.Based on the user change input, the display device 12 can now graphically display a changed impulse response.

Durch das Zusammenspiel der Anzeigeeinrichtung 12, der Einrichtung zum Ermöglichen einer Änderung 14 und der Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe 16 wird ein iteratives Änderungsverfahren aus Benutzereingabe und darauf folgender graphischer Aktualisierung möglich. Dies hat den großen Vorteil, dass die Auswirkung einer Benutzeränderung unmittelbar graphisch oder akustisch kontrolliert werden kann. Ein explizites Durchführen der Änderungen und eine anschließende Kontrolle durch Testhören innerhalb eines Tonwiedergabesystems kann dadurch entfallen, was erheblich zur Kosten- und Zeitersparnis beiträgt.Through the interaction of the display device 12, the means 14 for allowing a change 14 and the means for receiving a user change input 16, an iterative change method of user input and subsequent graphical update becomes possible. This has the great advantage that the effect of a user change can be controlled directly graphically or acoustically. Explicitly performing the Changes and subsequent control by test listening within a sound reproduction system can thereby be eliminated, which contributes significantly to the cost and time savings.

Von der Einrichtung zum Erfassen der geänderten Impulsantwort 18 wird die modifizierte Impulsantwort erfasst und beispielsweise zur weiteren Verwendung gespeichert. Die Möglichkeit, die Impulsantwort zu speichern, kann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, eine bereits einmal erzeugte Impulsantwort, die einen speziellen zu simulierenden Raum beschreibt, für weitere Projekte wieder zu verwenden.From the means for detecting the changed impulse response 18, the modified impulse response is detected and stored for further use, for example. The possibility of storing the impulse response can advantageously be used to reuse an already generated impulse response, which describes a specific space to be simulated, for further projects.

Es ist zu bemerken, dass verschiedene Möglichkeiten denkbar sind, Impulsantworten zu visualisieren. Die einfachste Möglichkeit ist, die Impulsantworten entsprechend ihrer Richtung um den Mittelpunkt eines Wiedergabesystems anzuordnen. In dem daraus entstehenden, dargestellten "Gebirge" können frequenzunabhängige Bearbeitungen der Amplitudenverläufe der Impulsantworten vorgenommen werden. Für Beispiele von Visualisierungsmethoden wird auf die folgenden Figuren verwiesen, in denen die folgenden vier Varianten der Visualisierung beschrieben werden:

  • Wellenfeldsynthese Punktquelle
  • Impulsantwort-Zeit Darstellung
  • Impulsantwort-Zeit-Frequenz Darstellung
  • Multitapdelay
It should be noted that various possibilities are conceivable to visualize impulse responses. The simplest way is to arrange the impulse responses according to their direction around the center of a rendering system. Frequency-independent processing of the amplitude profiles of the impulse responses can be carried out in the resulting "mountain range". For examples of visualization methods, reference is made to the following figures, which describe the following four variants of the visualization:
  • Wave field synthesis point source
  • Impulse response time representation
  • Impulse response time-frequency representation
  • Multitapdelay

Fig. 2 zeigt schematisch, wie es anhand der in Fig. 3a oder 3b gezeigten Visualisierung der graphischen Benutzerschnittstelle möglich ist, die Position einer Tonquelle mittels einer erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle festzulegen oder eine bestehende Position so zu verändern, dass ein gewünschter Positionseindruck entsteht. Fig. 2 shows schematically how it is based on the in Fig. 3a or 3b shown visualization of the graphical user interface is possible to determine the position of a sound source by means of a graphical user interface according to the invention or to change an existing position so that a desired position impression is created.

Im Positionierungsschritt 20 wird dabei zunächst die Position einer Tonquelle relativ zur Wiedergabeumgebung graphisch festgelegt.In the positioning step 20, the position of a sound source relative to the reproduction environment is initially determined graphically.

Die graphische Benutzerschnittstelle stellt im zweiten Schritt 22 die die Position der Tonquelle repräsentierenden Impulsantworten graphisch dar, welche vom Benutzer direkt verändert werden können.The graphical user interface graphically illustrates, in the second step 22, the impulse responses representing the position of the sound source, which can be changed directly by the user.

Dabei ist zu bemerken, dass, wie es im Folgenden anhand von Fig. 3a oder 3b zu sehen sein wird, sowohl die Position der Quelle variiert, als auch der Verlauf der errechneten Impulsantworten direkt manipuliert werden kann. Dies ermöglicht es zusätzlich, kreative Toneffekte zu implementieren, welche nicht unmittelbar mit einer "realen" Ortsinformation verknüpft sein müssen.It should be noted that, as in the following by means of Fig. 3a or 3b can be seen, both the position of the source varies, and the course of the calculated impulse responses can be manipulated directly. This additionally makes it possible to implement creative sound effects which need not be directly linked to "real" location information.

Fig. 3a oder 3b zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle zum Festlegen der räumlichen Position einer Tonquelle bzw. zum Ändern der die Tonquelle repräsentierenden Impulsantworten. Fig. 3a or 3b shows an embodiment of a graphical user interface according to the invention for determining the spatial position of a sound source or for changing the impulse responses representing the sound source.

Dargestellt ist eine punktförmige Schallquelle 30 in Form einer Kugel, eine Wiedergabeumgebung 32 und eine zur Punktquelle korrespondierende Wellenfront 34.Shown is a point-shaped sound source 30 in the form of a sphere, a reproduction environment 32 and a wavefront 34 corresponding to the point source.

Die Position der Kugel beschreibt die Position der Schallquelle 30 im Raum. Basierend auf der Position der Punktquelle 30 wird die Wellenfront 34 dargestellt, die sich aus der Schallabstrahlung der punktförmigen Signalquelle ergibt. Wird beispielsweise die Punktquelle 30 zu einem Punkt im Raum bewegt, der weiter von der Wiedergabeumgebung 32 entfernt ist, so wird die Wellenfront 34 flacher. Wird die Punktquelle 30 näher an das Lautsprechersystem heran bewegt, dann wird die entsprechende Wellenfront stärker gekrümmt sein.The position of the ball describes the position of the sound source 30 in space. Based on the position of the point source 30, the wavefront 34 is shown, which results from the sound radiation of the point-shaped signal source. For example, moving the point source 30 to a point in space farther from the rendering environment 32 will make the wavefront 34 flatter. If the point source 30 is moved closer to the speaker system, then the corresponding wavefront will be more curved.

Erfindungsgemäß lässt sich die Krümmung der Wellenfront auch direkt mit Hilfe von zwei Anfassern 36a und 36b verändern. Dies wirkt sich unmittelbar auf die wahrgenommene Position der Punktquelle 30 aus, was von der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle automatisch dargestellt wird.According to the invention, the curvature of the wavefront can also be changed directly with the aid of two graspers 36a and 36b. This directly affects the perceived position of the point source 30, which is automatically displayed by the graphical user interface according to the invention.

Die graphische Benutzerschnittstelle in Fig. 3a oder 3b zeigt ferner einen Verzögerungsradius 38, der dazu dient, akausale Zustände bei der Wiedergabe eines auf Wellenfeldsynthese basierenden Systems zu vermeiden wobei die Position der Wellenfront 34 durch den Verzögerungsradius bestimmt wird. Der Verzögerungsradius 38 entspricht dabei einer Grundverzögerung, die ein Wellenfeldsynthesesystem benötigt, und die der Entfernung des am weitesten vom Mittelpunkt des Systems entfernten Lautsprechers entspricht. Durch die Grundverzögerung wird es möglich, Quellen beliebig innerhalb und außerhalb des Lautsprechersystems/Rekonstruktions-gebiets bzw. der Wiedergabeumgebung 32 zu positionieren.The graphical user interface in Fig. 3a or 3b also shows a delay radius 38 which serves to avoid acausal states in the reproduction of a wave field synthesis based system where the position of wavefront 34 is determined by the delay radius. The delay radius 38 corresponds to a basic delay, which requires a wave field synthesis system, and which corresponds to the distance of the loudspeaker farthest from the center of the system. The basic delay makes it possible to position sources arbitrarily within and outside the speaker system / reconstruction area or the reproduction environment 32.

Wie es Fig. 3a oder 3b zeigt, wird die Position der Wellenfront durch den Schnittpunkt der Verbindungslinie zwischen Systemmittelpunkt und Position der Schallquelle 30 mit dem Verzögerungsradius definiert. Die so bestimmte Position der Wellenfront 34 ist somit gleichbedeutend mit einer verschwindenden Verzögerung, da der Verzögerungsradius 38 ja gerade die minimal einzuhaltende Verzögerungszeit bestimmt. Mit der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle ist es möglich, eine Schallquelle beliebig zu positionieren und deren Wellenfront bzw. die die Wellenfront repräsentierende Impulsantwort zu verändern.Like it Fig. 3a or 3b shows, the position of the wavefront is defined by the intersection of the connecting line between the system center point and the position of the sound source 30 with the delay radius. The thus determined position of the wavefront 34 is thus equivalent to a vanishing delay, since the delay radius 38 determines just the minimum delay time to be observed. With the graphical user interface according to the invention, it is possible to arbitrarily position a sound source and to change its wavefront or the impulse response representing the wavefront.

Bezüglich der Laufzeitverzögerungen ist zu bemerken, dass es bei der eines realen Schallfeldes abhängig von der Entfernung der Schallquelle zum Abhörraum zu einer realen Signallaufzeit kommt. Diese bestimmt sich durch den Abstand zwischen der Schallquellenposition und dem Mittelpunkt des Wiedergabesystems. Bei der Erstellung von imaginären auditiven Szenen ist diese Laufzeit in der Regel nicht erwünscht, da sie die Positionierungsmöglichkeiten der Quellen einschränkt, da dadurch beispielsweise zeitliche Zusammenhänge bei einer Musikaufnahme verändert werden können. Diese Verzögerung kann daher in Wellenfeldsynthesesystemen deaktiviert werden, was für einen authentischen Klangeindruck erforderlich sein kann. Dieser wichtige zusätzliche Parameter wird in der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle als Kreis 40 dargestellt, wobei die Position des Kreises 40 auf der Verbindungslinie zwischen dem Systemmittelpunkt und der Schallquelle 30 die eingestellte Verzögerungszeit visualisiert.With regard to the propagation delays, it should be noted that, in the case of a real sound field, a real signal propagation time depends on the distance of the sound source to the listening space. This is determined by the distance between the sound source position and the center of the Playback system. In the creation of imaginary auditory scenes, this runtime is usually not desirable because it restricts the positioning options of the sources, as this, for example, temporal relationships can be changed in a music recording. This delay can therefore be deactivated in wave field synthesis systems, which may be required for an authentic sound impression. This important additional parameter is represented in the graphic user interface according to the invention as a circle 40, the position of the circle 40 on the connecting line between the system center and the sound source 30 visualizing the set delay time.

Im in Fig. 3a oder 3b gezeigten Fall befindet sich der Kreis 40 direkt an der Grenze des Verzögerungsradius 38, die dargestellte Laufzeit hat ihren minimal möglichen Wert, welcher der Grundverzögerung des Wellenfeldsynthesesystems entspricht. Soll der Fall einer realen Schalllaufzeit/Verzögerung nachgebildet werden, würde die Position des Kreises 40 direkt unterhalb der die Schallquelle 30 repräsentierenden Kugel befindlich sein, wobei selbstverständlich sämtliche Zwischenwerte zusätzlich dar- und einstellbar sind. Mittels der erfindungsgemäßen graphischen Benutzeroberfläche lassen sich also auch die wichtigen Delayzeitparameter intuitiv einstellen und verändern, was die gestalterische Freiheit weiter erhöht und darüber hinaus die Effizienz des Designvorganges bei der räumliche Tonwiedergabe steigert.Im in Fig. 3a or 3b In the case shown, the circle 40 is located directly at the boundary of the delay radius 38, the illustrated transit time has its minimum possible value, which corresponds to the basic delay of the wave field synthesis system. If the case of a real sound propagation time / deceleration is to be simulated, the position of the circle 40 would be directly below the sphere representing the sound source 30, it being understood that all intermediate values can additionally be displayed and adjusted. By means of the graphical user interface according to the invention, therefore, the important delay time parameters can be set and changed intuitively, which further increases the creative freedom and, moreover, increases the efficiency of the design process in spatial sound reproduction.

Die erfindungsgemäße graphische Benutzerschnittstelle hat zusätzlich den Vorteil einer äußerst großen Flexibilität, so dass weitere Parameter leicht hinzugefügt werden können, beispielsweise könnte die Fläche des Kreises 40 ein Verhältnis von Diffusschall zu Direktschall beschreiben, was von einem Zuhörer als weiteres Merkmal für die Entfernung einer Schallquelle zur Abhörposition aufgefasst wird, wobei das Ändern dieses Verhältnisses beispielsweise durch ein Verschieben des Kreises 40 bzw. das Ändern seiner Fläche implementiert werden könnte.In addition, the graphical user interface according to the invention has the advantage of extremely great flexibility, so that further parameters can be easily added, for example the area of circle 40 could describe a ratio of diffused sound to direct sound, which is considered by a listener to be another feature for the removal of a sound source Listening position is understood, changing this ratio, for example, by a Moving the circle 40 or changing its surface could be implemented.

Entsprechend der Position einer virtuellen Schallquelle S gegenüber den einzelnen Lautsprecherpositionen L1..n berechnet der Wellenfeldsynthesealgorithmus die Impulsantwort IRL1..Ln für jeden beteiligten Lautsprecher (Amplitude, Verzögerung). Betrachtet man zu einem Zeitpunkt t diese Impulsantworten nebeneinander aufgereiht, so ergeben die Peaks eine abgetastete Version der von der virtuellen Schallquelle ausgehenden Wellenfront. In einem weiteren graphischen Verarbeitungsschritt (siehe Fig. 3a) kann daraus die Wellenfront vereinfacht dargestellt und mit Interaktionselementen dargestellt werden. Interagiert der Nutzer nun mit diesen Elementen, so verändert sich die graphische Darstellung der Wellenfront. Diese Darstellungsänderung kann im nächsten Schritt auf die einzelnen Impulsantworten IRL1..Ln aufgeprägt werdenIn accordance with the position of a virtual sound source S relative to the individual loudspeaker positions L 1..n , the wave field synthesis algorithm calculates the impulse response IR L1..Ln for each loudspeaker involved (amplitude, delay). If, at a time t, these impulse responses are lined up next to one another, the peaks result in a sampled version of the wavefront emanating from the virtual sound source. In another graphical processing step (see Fig. 3a ) from the wavefront can be simplified and displayed with interaction elements. If the user now interacts with these elements, the graphical representation of the wavefront changes. This representation change can be impressed on the individual impulse responses IR L1..Ln in the next step

Allgemein gesagt wird durch das graphische Benutzerinterface die Manipulation von Impulsantworten ermöglicht, die für jeden einzelnen Lautsprecher, der das Wiedergabevolumen 32 beschallt, vorzugsweise zu berechnen sind.Generally speaking, the graphical user interface allows the manipulation of impulse responses, which are preferably to be computed for each individual loudspeaker which illuminates the reproduction volume 32.

Bei dem in Fig. 3b gezeigten Ausführungsbeispiel wird durch das graphische Benutzerinterface die Manipulation von Impulsantworten ermöglicht, die für jeden einzelnen Lautsprecher, der das Wiedergabevolumen 32 beschallt, zu berechnen sind. Die Darstellung der Impulsantworten ergibt sich dabei direkt aus der Darstellung der graphischen Benutzerschnittstelle, wozu exemplarisch eine Verbindungslinie 42 zwischen der Tonquelle 30 und einem gedachten Lautsprecher am Rand des Wiedergabevolumens 32 dargestellt ist. Die zu berechnende Impulsantwort ist dabei unmittelbar durch die Form der Wellenfront an dem Ort gegeben, an dem die Verbindungslinie 42 die Wellenfront 34 schneidet. Die räumliche Position einer Tonquelle 30 wird, wie es in Fig. 3a oder 3b zu sehen ist, für jeden einzelnen Lautsprecher in eine Zeitverzögerung und eine Amplitude übersetzt. Die Amplitude ergibt sich dabei unmittelbar aus der Höhe der graphischen Repräsentierung der Wellenfront 34, wobei die Zeitverzögerung ebenfalls durch den Schnittpunkt der Geraden 42 mit der Wellenfront 34 bestimmt ist, wobei für die Bestimmung der Zeitverzögerung die Länge der geschnittenen Teilstücke der Geraden 42 maßgeblich ist.At the in Fig. 3b In the exemplary embodiment shown, the graphic user interface makes it possible to manipulate impulse responses which are to be calculated for each individual loudspeaker which illuminates the reproduction volume 32. The representation of the impulse responses results directly from the representation of the graphical user interface, for which purpose a connection line 42 between the sound source 30 and an imaginary loudspeaker at the edge of the reproduction volume 32 is shown by way of example. The impulse response to be calculated is given directly by the shape of the wavefront at the location at which the connecting line 42 intersects the wavefront 34. The spatial position of a sound source 30, as it is in Fig. 3a or 3b can be seen for each individual speaker translated into a time delay and an amplitude. The amplitude results directly from the height of the graphical representation of the wavefront 34, wherein the time delay is also determined by the intersection of the line 42 with the wavefront 34, wherein for the determination of the time delay, the length of the cut sections of the line 42 is relevant.

Alternativ zu den bereits beschriebenen Manipulationsformen, die in der graphischen Benutzerschnittstelle implementiert sind, ist eine Reihe weiterer alternativer Szenarien leicht implementierbar.As an alternative to the previously described manipulation forms implemented in the graphical user interface, a number of other alternative scenarios are easily implementable.

So wird z. B. die Wellenfrontdarstellung 34 in der Abbildung durch zwei Kugeln bzw. Anfasser 36a und 36b begrenzt. Die Manipulation der Wellenfront an diesen Punkten wirkt sich letztendlich auf die Delays bzw. die Zeitverzögerungen der an der Synthese beteiligten Lautsprecher des Wellenfeldsynthesesystems aus. Weitere Anfasser auf der dargestellten Wellenfront 34 könnten beispielsweise zur Veränderung der Lautsprecheramplituden benutzt werden. Damit wird die einfache Justierung einer Fensterung zur Vermeidung von Randeffekten genauso möglich wie die Definition eines Punktes mit maximaler Amplitude. Dieser Punkt kann dann der Schallquelle, zumindest bezogen auf die Intensität, eine frequenzunabhängige Richtcharakteristik geben.So z. B. the wavefront representation 34 in the figure by two balls or handles 36a and 36b limited. The manipulation of the wave front at these points ultimately affects the delays or the time delays of the speakers of the wave field synthesis system involved in the synthesis. Other handles on the illustrated wavefront 34 could be used, for example, to change the loudspeaker amplitudes. Thus, the simple adjustment of a window to avoid edge effects as well as the definition of a point with maximum amplitude. This point can then give the sound source, at least with respect to the intensity, a frequency-independent directional characteristic.

Für die Darstellung der Lautstärke einer Schallquelle kann beispielsweise die Größe der die Tonquelle beschreibenden Kugel 30 benutzt werden. Die oben erwähnte Manipulation des Direktschall/Diffusschall-Verhältnisses kann auch hier noch einmal angezeigt werden. Wenn die Lautstärke des Direktschalls der Größe der Kugel 30 entspricht, ist z. B. eine entfernte Schallquelle eher leiser und entspricht somit einer kleinen Kugel. Eine Verknüpfung mit der entfernungsabhängigen Berechnung der Lautstärke einer Schallquelle ist durch diese Darstellung somit einfachst realisierbar.For example, the size of the sound source descriptive ball 30 can be used to represent the volume of a sound source. The above-mentioned manipulation of the direct sound / diffuse sound ratio can also be displayed again here. If the volume of the direct sound corresponds to the size of the ball 30, z. For example, a distant source of sound tends to be quieter and thus corresponds to a small sphere. A link with the distance-dependent calculation of the volume of a sound source is thus easily realized by this representation.

Mit der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle in Fig. 3a oder 3b gelingt es also, die mathematische Funktion, die die Impulsantwort verkörpert, intuitiv und allgemein verständlich so darzustellen, dass die Impulsantwort zielgerichtet dahingehend manipuliert werden kann, dass ein gewünschter Richtungseindruck entsteht.With the graphic user interface according to the invention in FIG Fig. 3a or 3b Thus, it is possible to intuitively and generally understand the mathematical function that embodies the impulse response in such a way that the impulse response can be purposefully manipulated so that a desired directional impression is created.

Während sich die Möglichkeiten der graphischen Benutzeroberfläche aus Fig. 3a oder 3b zur Positionierung einer Tonquelle, also zum Bestimmen eines Klangeindrucks, der den Ort der Tonquelle wiedergibt, bezogen haben, wird anhand der Fig. 4 - 8 erläutert werden, dass die erfindungsgemäße graphische Benutzerschnittstelle auch dazu geeignet ist, solche Impulsantworten zu visualisieren und deren Änderung zu ermöglichen, die einen Klangeindruck bewirken, der dem eines zu simulierenden Raums, wie beispielsweise einer Kathedrale, entspricht.While the possibilities of the graphical user interface are out Fig. 3a or 3b for positioning a sound source, that is, for determining a sound impression, which reproduces the location of the sound source, is based on the Fig. 4-8 explained that the graphical user interface according to the invention is also suitable to visualize such impulse responses and to allow their change, which cause a sound impression that corresponds to that of a room to be simulated, such as a cathedral.

Um dies zu ermöglichen, gibt es zwei prinzipielle Möglichkeiten, die anhand der Fig. 4 und 5 im Folgenden erläutert werden sollen.In order to make this possible, there are two principal possibilities, which are based on the Fig. 4 and 5 will be explained below.

Fig. 4 zeigt dabei eine Möglichkeit, bei der zunächst in einem Positionierungsschritt 50 die Tonquellen im Raum angeordnet werden, wie es beispielsweise anhand von Fig. 3a oder 3b beschrieben wurde. Dabei werden den Lautsprechen für jede Tonquelle Impulsantworten zugeordnet. Fig. 4 shows a possibility in which first in a positioning step 50, the sound sources are arranged in space, as for example with reference to Fig. 3a or 3b has been described. The impulses are assigned impulse responses for each sound source.

Da sich die Tonquelle in definierter räumlicher Position bezüglich der Wiedergabeumgebung befindet, kann ein räumlicher Klangeindruck der Tonquelle direkt aufgeprägt werden, wenn sich diese in einer Raumrichtung bezüglich der Wiedergabeumgebung befindet, für die ein bestimmter räumlicher Klangeindruck zu simulieren ist.Since the sound source is in a defined spatial position with respect to the reproduction environment, a spatial sound impression of the sound source can be imprinted directly when it is in a spatial direction with respect to the reproduction environment for which a specific spatial sound impression is to be simulated.

In diesem Fall wird in einem Raumsimulationsschritt 52 für jede Tonquelle und Raumrichtung eine Impulsantwortfunktion erzeugt, die an ein Wiedergabesystem zusammen mit der Tonquelle in einem Transferschritt 54 übertragen werden muss, um bei der Wiedergabe den gewünschten räumlichen Klangeindruck zu erzielen.In this case, in a space simulation step 52, an impulse response function is generated for each sound source and spatial direction, which is sent to a reproduction system together with the Sound source in a transfer step 54 must be transmitted in order to achieve the desired spatial sound impression during playback.

Wie es Fig. 5 zeigt, ist es alternativ auch möglich, zunächst die Position der Tonquellen in einem Positionierungsschritt 60 festzulegen, in dem für Lautsprecher für jede Tonquelle Impulsantworten erzeugt werden, die die Position beschreiben. Der Raumeindruck, der in einer Hörrichtung entstehen soll, kann, da die im Wiedergabesystem verwendeten Lautsprecher ebenfalls festen Raumrichtungen zugeordnet sind, auch dadurch erzeugt werden, dass für jeden Lautsprecher in einem Raumsimulationsschritt 62 zusätzlich eine Impulsantwort erzeugt wird, die die Information über den in der Richtung des betreffenden Lautsprechers befindlichen Raum enthält.Like it Fig. 5 Alternatively, it is also possible to first determine the position of the sound sources in a positioning step 60, in which impulse responses are generated for loudspeakers for each sound source, which describe the position. The impression of space that is to be created in a listening direction can, since the loudspeakers used in the reproduction system are also assigned to fixed spatial directions, also be generated by additionally generating for each loudspeaker in a room simulation step 62 an impulse response which contains the information about the in the auditory system Direction of the relevant speaker contains space.

In einem Transfer- bzw. Speicherschritt 64 muss an das Tonwiedergabesystem dann die Tonquelle und für jeden einzelnen Lautsprecher eine Positionsimpulsantwort und eine Raumimpulsantwort übertragen werden. Durch die Flexibilität der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle kann die Zuordnung eines räumlichen Klangeindrucks also entweder zu jeder Tonquelle individuell erfolgen oder es können Gruppen von Tonquellen, die in einer ähnlichen Raumrichtung bezüglich der Wiedergabeumgebung angeordnet sind, zusammengefasst werden, um mehrere diskrete Raumrichtungen darzustellen, wodurch bei der Wiedergabe die erforderliche Rechenkapazität verringert wird.In a transfer or storage step 64, the sound source system must then be transmitted to the sound reproduction system and a position impulse response and a room impulse response must be transmitted for each individual loudspeaker. Due to the flexibility of the graphic user interface according to the invention, the allocation of a spatial sound impression either individually to each sound source can be done or it can groups of sound sources, which are arranged in a similar spatial direction with respect to the playback environment, summarized to represent a plurality of discrete spatial directions, whereby in the Playback the required computing capacity is reduced.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle, die die Manipulation einer Impulsantwort in einer Impulsantwort-Zeitdarstellung zeigt, ist in Fig. 6 gezeigt.An embodiment of the graphical user interface according to the invention showing the manipulation of an impulse response in an impulse response time representation is shown in FIG Fig. 6 shown.

Dazu werden die Raumrichtungen bezüglich einer Wiedergabeumgebung 70 in acht diskrete Sektoren 72a - 72h unterteilt. Für jeden der Sektoren 72a - 72h wird also ein gemeinsamer Raumeindruck mittels einer Impulsantwort-Zeitdarstellung erzielt. Zur Visualisierung werden dabei die Einhüllenden der zur Raumsimulation verwendeten acht Impulsantworten zu Flächen extruiert. Diese Flächen werden in Form eines Achtecks angeordnet und zu einer gemeinsamen Fläche 74 verbunden. Dabei entspricht die Höhe der Fläche über der durch die Sektoren 72a - 72i definierten Fläche der Amplitude der Impulsantwort. Die Entfernung vom Mittelpunkt der Wiedergabeumgebung 70 stellt die Zeit dar, zeitlich am Ende der Impulsantwort auftretende Ereignisse sind daher weiter entfernt vom Mittelpunkt der Wiedergabeumgebung 70.For this purpose, the spatial directions with respect to a reproduction environment 70 are subdivided into eight discrete sectors 72a-72h. For each of the sectors 72a-72h, therefore, a common Spatial impression achieved by means of an impulse response time representation. For visualization, the envelopes of the eight impulse responses used for space simulation are extruded to surfaces. These surfaces are arranged in the form of an octagon and connected to a common surface 74. The height of the area above the area defined by sectors 72a-72i corresponds to the amplitude of the impulse response. The distance from the center of the replay environment 70 represents the time, therefore, events occurring at the end of the impulse response are farther from the center of the replay environment 70.

Mit dieser Darstellung können die Amplitudenverläufe der Raumimpulsantworten über die Zeit entsprechend ihrer Raumrichtung dargestellt werden. Die Veränderung erfolgt interaktiv durch Bewegen von hier beispielhaft dargestellten Interaktionselementen 76a, b und c. Es wird also ermöglicht, mit einem Blick die gesamte räumliche Klangsituation zu erfassen und Abweichungen von dem gewünschten Verhalten zu erkennen und zu beseitigen.With this representation, the amplitude curves of the room impulse responses over time can be represented according to their spatial direction. The change takes place interactively by moving interaction elements 76a, b and c exemplified here. It is thus possible to grasp the entire spatial sound situation at a glance and to recognize and eliminate deviations from the desired behavior.

Beispielsweise soll für einen realen Raum die Nachhallzeit aus allen Richtungen in der Regel nahezu gleich sein. In dem aufgezeigten Beispiel von Fig. 6 ist die Nachhallzeit in Richtung des Sektors 72h jedoch reduziert, was sich durch die Unsymmetrie der Gesamtfläche 74 leicht erkennen lässt, so dass der Unterschied zum realen, gleichmäßig nachhallenden Raum sofort erkannt werden kann.For example, should the reverberation time from all directions usually be almost the same for a real space. In the example of Fig. 6 However, the reverberation time in the direction of the sector 72h is reduced, which can be easily recognized by the asymmetry of the total area 74, so that the difference to the real, evenly reverberant room can be recognized immediately.

Fig. 7 beschreibt eine Darstellung von räumlichen Impulsantworten in einer Zeit-Frequenz-Darstellung. Dargestellt ist die Wiedergabeumgebung 80 und acht Zeit-Frequenz-Darstellungen von Impulsantworten 82a - 82h, die acht diskreten Raumrichtungen bezüglich der Wiedergabeumgebung 80 zugeordnet sind. Fig. 7 describes a representation of spatial impulse responses in a time-frequency representation. Shown is the rendering environment 80 and eight time-frequency representations of impulse responses 82a-82h associated with eight discrete spatial directions relative to the rendering environment 80.

Allgemein ist es mit dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in Fig. 7 möglich, sowohl die Zeit- als auch die Frequenzkomponenten von Impulsantworten bezogen auf ihre Raumrichtungen zu visualisieren und manipulierbar zu machen. Die Zeitachse der Visualisierung läuft dabei ausgehend vom Mittelpunkt der Wiedergabeumgebung 80 nach außen, so dass weiter entfernte Punkte spätere Ereignisse beschreiben. Die acht Flächen 82a - 82h, die die Impulsantworten in Form eines Wasserfalldiagramms darstellen, können beispielsweise anhand von Interaktionselementen 86a - 86c verändert werden. Die beispielhaft dargestellten Interaktionselemente 86a - 86c erlauben die Manipulation des Amplitudenfrequenzgangs zu einer bestimmten Zeit, im hier dargestellten Beispiel also am Anfang der Impulsantwort. In dem hier dargestellten Fall sind tiefe Frequenzen weiter links und hohe Frequenzen weiter rechts angeordnet, so dass sofort zu erkennen ist, dass in der räumlichen Simulation die tiefen Frequenzen mit höherer Amplitude beginnen und länger ausklingen als die hohen Frequenzen. Dieser komplexe Zusammenhang, der beispielsweise durch Beschreibung der Flächen 82a - 82h in Form einer Matrix gespeichert werden kann, ist hier intuitiv zu erfassen und zu verändern.It is generally with the embodiment according to the invention in Fig. 7 possible, both the time and the To visualize frequency components of impulse responses related to their spatial directions and to manipulate them. The timeline of the visualization runs outward from the center of the rendering environment 80 so that more distant points describe later events. The eight areas 82a-82h, which represent the impulse responses in the form of a waterfall diagram, can be changed, for example, by means of interaction elements 86a-86c. The exemplified interaction elements 86a-86c allow the manipulation of the amplitude frequency response at a certain time, in the example shown here at the beginning of the impulse response. In the case shown here, low frequencies are located farther left and high frequencies farther to the right, so that it can be seen immediately that in the spatial simulation, the low frequencies begin with a higher amplitude and end longer than the high frequencies. This complex relationship, which can be stored in the form of a matrix, for example by describing the areas 82a-82h, can be intuitively recorded and changed here.

Die Art der Darstellung erlaubt es weiterhin, zusätzliche Effekte anzubringen bzw. deren Wirkung zu erkennen, beispielsweise würden in dieser Darstellung starke Reflexionen aus bestimmten Raumrichtungen als Erhebungen auf den Flächen der entsprechenden Raumimpulsantwort sichtbar werden.The type of representation also makes it possible to attach additional effects or to recognize their effect, for example, strong reflections from certain spatial directions would be visible as elevations on the surfaces of the corresponding spatial impulse response in this representation.

Es ist also durch die gleichzeitige Ansicht der Zeit- und Frequenzkomponente ersichtlich, welche Frequenzanteile reflektiert werden. Mit einer Verschiebung der Interaktionselemente 86a - 86c an eine entsprechende Stelle in der Impulsantwort kann diese Reflexion sowohl zeitlich als auch frequenzbezogen bearbeitet werden, so dass die große Anzahl von der Visualisierung zugrundeliegenden Parameter günstig und effizient abgetastet und gespeichert werden können.It is thus apparent from the simultaneous view of the time and frequency component, which frequency components are reflected. With a shift of the interaction elements 86a-86c to a corresponding point in the impulse response, this reflection can be processed both in terms of time and frequency, so that the large number of parameters underlying the visualization can be conveniently and efficiently sampled and stored.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle, bei dem die Impulsantworten der einzelnen Raumrichtungen aus diskreten Peaks bestehen. Dargestellt sind eine Wiedergabeumgebung 90, acht diskrete Raumrichtungen 92a - 92i und fünf exemplarische, deltaförmige Impulsantworten 94a - 94e. Fig. 8 shows another example of a graphical user interface according to the invention, in which the impulse responses the individual spatial directions consist of discrete peaks. Shown are a rendering environment 90, eight discrete spatial directions 92a-92i, and five exemplary delta-shaped impulse responses 94a-94e.

Da peak- oder deltaförmige Impulsantworten Zeitverzögerungen eines Tonsignals entsprechen, können somit richtungsabhängige Multi-Tap-Delays realisiert werden. Dabei repräsentieren die Wellenfronten 94a - 94e Echos aus den ihnen zugeordneten Raumrichtungen. Ihr Abstand zum Mittelpunkt des Wiedergabevolumens gibt den Zeitpunkt der Wiederholung des Ursprungssignals an. Erfindungsgemäß kann beispielsweise mittels eines Interaktionselementes 96 in Form einer Kugel die Position der Wiederholungen durch radiale Bewegungen der Impulsantworten von oder zum Mittelpunkt des Systems beeinflusst werden. Dabei kann gleichzeitig die Amplitude der Wiederholungen durch die Höhe der Wellenfronten in der vertikalen Richtung beeinflusst werden.Since peak- or delta-shaped impulse responses correspond to time delays of a sound signal, direction-dependent multi-tap delays can thus be realized. The wavefronts 94a-94e represent echoes from the spatial directions assigned to them. Their distance to the center of the playback volume indicates the time of the repetition of the original signal. According to the invention, for example, by means of an interaction element 96 in the form of a sphere, the position of the repetitions can be influenced by radial movements of the impulse responses from or to the center of the system. At the same time, the amplitude of the repetitions can be influenced by the height of the wavefronts in the vertical direction.

Der Vorteil der hohen Intuitivität der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle wird hier besonders deutlich, da die Position der deltaförmigen Peaks die Verzögerungszeit eines Echos beschreibt, was akustisch gleichbedeutend ist mit einer reflektierenden Wand mit vorgegebener Dämpfung, die sich an der Position der Impulsantworten befindet.The advantage of the high level of intuitiveness of the graphical user interface according to the invention becomes particularly clear here, since the position of the delta-shaped peaks describes the delay time of an echo, which is acoustically equivalent to a reflective wall with predetermined attenuation, which is located at the position of the impulse responses.

In einer erweiterten Variante der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle ist hier auch eine Zeit-Frequenz-Darstellung realisierbar, um jedem Echo zusätzlich einen individuellen Frequenzgang einzuprägen.In an expanded variant of the graphic user interface according to the invention, a time-frequency representation can also be implemented here in order to additionally impress an individual frequency response on each echo.

Fig. 9 beschreibt ein System zum Visualisieren und Bearbeiten von räumlichen Toneffekten 100, das sich aus einem Signalverarbeitungsteil 102 und einem Visualisierungs- und Interaktionsteil 104 zusammensetzt. Fig. 9 describes a system for visualizing and editing spatial sound effects 100, which is composed of a signal processing part 102 and a visualization and interaction part 104.

Erfindungsgemäß besteht die Signalverarbeitung darin, dass eingehende Audiosignale 106 mittels einer mathematischen Faltung 108 mit denen mittels des Visualisierungs- und Interaktionsteils 104 bestimmten Impulsantworten gefaltet werden, um daraus Audiosignale 110 zu erzeugen, die den Klangeindruck eines zu simulierenden Raumes tragen. Der Visualisierungs- und Interaktionsteil 104 weist eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von berechneten Impulsantworten 112, eine Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe 114, eine Einrichtung zum Ermöglichen einer Änderung der graphischen Anzeige 116 sowie eine Einrichtung zum Erfassen der geänderten Impulsantwort 118 auf. Die Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe 114 umfasst ein Interaktionsgerät 120 sowie eine Einrichtung zum Umsetzen der Interaktion 122. Die Einrichtung zum Ermöglichen einer Änderung der graphischen Anzeige der Impulsantwort 116 umfasst eine Ausgabeeinrichtung 124 zum Darstellen der ursprünglichen Impulsantwort sowie eine Bildberechnungseinheit 126 zum Visualisieren der ursprünglichen Impulsantwort.According to the invention, the signal processing consists in that incoming audio signals 106 are folded by means of a mathematical convolution 108 with the impulse responses determined by means of the visualization and interaction part 104 in order to generate therefrom audio signals 110 which carry the sound impression of a room to be simulated. The visualization and interaction part 104 has a display means for displaying calculated impulse responses 112, means for receiving a user change input 114, means for permitting a change of the graphical display 116, and means for detecting the changed impulse response 118. The means for receiving a user change input 114 comprises an interaction device 120 and a means for implementing the interaction 122. The means for permitting a change in the graphical display of the impulse response 116 comprises an output device 124 for displaying the original impulse response and an image calculation unit 126 for visualizing the original impulse response ,

Von der Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe und der Einrichtung zum Ermöglichen einer Änderung der graphischen Anzeige der Impulsantwort 116 wird ein visuelles Modell 112 erzeugt, das auf Parametern basiert, die die Impulsantworten beschreiben und somit die Information über den zu simulierenden Raum beinhalten. Wenn durch mehrmalige Interaktion und Visualisierung ein geeignetes visuelles Modell erstellt wurde, wird von der Einrichtung zum Erfassen der geänderten Impulsantwort 118 die Parameter, die der Visualisierung zugrunde liegen, extrahiert und als Impulsantworten an die Signalverarbeitung 102 übermittelt.From the means for receiving a user change input and the means for permitting a change in the graphical display of the impulse response 116, a visual model 112 is generated based on parameters describing the impulse responses and thus containing the information about the space to be simulated. If a suitable visual model has been created by repeated interaction and visualization, the means for detecting the changed impulse response 118 extracts the parameters on which the visualization is based, and transmits them as impulse responses to the signal processor 102.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Signalverarbeitung die Faltung von N Eingangssignalen mit n Impulsantworten zu n Ausgangssignalen. N kann dabei von z. B. acht Signalen bei der Generierung von Halleffekten für die Wellenfeldsynthesewiedergabe bis hin zu einer sehr großen Zahl bei der Generierung eines ganzen Wellenfeldes schwanken. Werden mehrere Effekte oder Quellen gleichzeitig erzeugt, so müssen die Ausgangssignale für jeden Effekt oder jede Quelle am Ende aufsummiert werden.In a preferred embodiment of the present invention, the signal processing comprises the convolution of N input signals with n impulse responses to n output signals. N can be of z. B. eight signals in the generation from reverb effects for wave field synthesis to a very large number in the generation of a whole wave field. If multiple effects or sources are generated simultaneously, the output signals for each effect or source must be summed up at the end.

Die für die Signalverarbeitung benötigten Impulsantworten werden also mit Hilfe des Visualisierungs- und Interaktionsteils des Systems generiert. Aus einer Impulsantwort können klangrelevante Parameter generiert werden. Dabei ist zu unterscheiden, ob es sich um Raumsignale oder Direktsignale handelt.The impulse responses required for the signal processing are thus generated with the aid of the visualization and interaction part of the system. From an impulse response, sound-relevant parameters can be generated. It must be distinguished whether it is room signals or direct signals.

Bei Raumsignalen können unterschiedliche Methoden nach angewendet werden. Die gewonnenen Werte lassen sich dann wie im Abschnitt zur Visualisierung beschrieben grafisch darstellen. Mit Hilfe der Graphiken und den eingebauten Interaktionselementen können die Parameter verändert und zu einer neuen Impulsantwort verarbeitet werden.For room signals, different methods can be applied. The values obtained can then be graphically displayed as described in the section on visualization. Using the graphics and the built-in interaction elements, the parameters can be changed and processed into a new impulse response.

Im Falle der Positionierung von Direktschall können aus dem Interface ebenfalls Parameter gewonnen werden. Allerdings können diese erst durch die Anwendung des Wellenfeldsynthese-Algorithmus in Impulsantworten für die Lautsprecherkanäle umgewandelt werden. Die Parameter sind damit auf einer abstrakteren Ebene. Doch der Aufbau des Blockschaltbildes in Fig. 9 ändert sich dadurch nicht.In the case of direct sound positioning, parameters can also be obtained from the interface. However, these can only be converted into impulse responses for the loudspeaker channels by the application of the wave field synthesis algorithm. The parameters are thus at a more abstract level. But the structure of the block diagram in Fig. 9 does not change.

Mit Hilfe dieses Systems können also alle räumlichen Toneffekte von Raumsimulation bis hin zu Multi-Tap-Delays visualisiert und editiert werden. Dieses Konzept kann in allen herkömmlichen Mehrkanalsystemen bis hin zur Wellenfeldsynthese eingesetzt werden. Es bietet einen universellen Lösungsweg für räumliche Klangeffekte und deren intuitive Nutzbarmachung für den Benutzer.With the help of this system, all spatial sound effects from room simulation to multi-tap delays can be visualized and edited. This concept can be used in all conventional multi-channel systems up to wave field synthesis. It offers a universal solution for spatial sound effects and their intuitive use for the user.

Wie es durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele verdeutlicht wird, besteht ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle darin, dass komplexe mathematische Parameter intuitiv zugänglich gemacht werden. Dadurch wird das Erzeugen bzw. Einstellen dieser Parameter ermöglicht, wobei insbesondere das gesamte Klanggeschehen jederzeit im Auge behalten werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen, die auf 3D-Visualisierungen basieren, die Richtung, in der die Wiedergabeumgebung betrachtet wird, variiert werden kann, so dass ein entstehender Klangeindruck dadurch noch besser vorhergesagt werden kann, dass dieser aus verschiedenen Raumrichtungen beurteilt wird.As is illustrated by the described embodiments, a significant advantage of the graphical user interface according to the invention is that complex mathematical parameters are made intuitively accessible. This makes it possible to generate or set these parameters, with it being possible in particular to keep an eye on the entire sound event at all times. It is particularly advantageous that in the described embodiments, which are based on 3D visualizations, the direction in which the playback environment is considered, can be varied, so that an emerging sound impression can be even better predicted that this judges from different spatial directions becomes.

Obwohl in der Darstellung in Fig. 1 die graphische Benutzerschnittstelle einzelne diskrete Funktionsblöcke aufweist, ist eine derartige Aufteilung nur als beispielhaft zu verstehen, es sind prinzipiell beliebige Kombinationen und Zusammenfassungen der einzelnen Funktionsblöcke möglich. So kann z. B. in naheliegender Weise die Anzeigeeinrichtung 12 mit der Einrichtung zum Ermöglichen einer Änderung 14 der graphischen Anzeige kombiniert werden, wie es in den dargestellten Ausführungsbeispielen teilweise der Fall ist, wo die Änderungsmöglichkeit als Teil der Anzeige bereits implementiert ist, beispielsweise in Form der Anfasser 36a und 36b in Fig. 3a oder 3b.Although in the presentation in Fig. 1 the graphic user interface has individual discrete function blocks, such a division is only to be understood as an example, in principle any combinations and summaries of the individual function blocks are possible. So z. For example, it will be understood that the display 12 is combined with the means 14 for altering the graphical display, as is partially the case in the illustrated embodiments, where the possibility of modification is already implemented as part of the display, for example in the form of the handles 36a and 36b in Fig. 3a or 3b ,

Bei der Einrichtung zum Empfangen einer Benutzeränderungseingabe sind prinzipiell auch andere Verfahren als die in den Ausführungsbeispielen gezeigten denkbar. Die Benutzereingabe kann mittels einer Maus, eines Touchscreens oder jedweden anderen Möglichkeit der Bewegung eines Cursors auf einem Bildschirm erfolgen. Auch die direkte Eingabe von diskreten Änderungsschritten mittels einer Tastatur ist darstellbar, beispielsweise bei einer diskretisierten Darstellung einer Impulsantwort, wo in definierten Zeitbereichen der Wert der Impulsantwort in diskreten Schritten eingestellt werden kann, was beispielsweise mittels einer herkömmlichen Tastatur leicht möglich ist.In the device for receiving a user change input, methods other than those shown in the exemplary embodiments are also conceivable in principle. The user input may be by means of a mouse, a touchscreen, or any other means of moving a cursor on a screen. The direct input of discrete change steps by means of a keyboard can also be represented, for example in the case of a discretized representation of an impulse response, where in defined time ranges the value of the impulse response in discrete steps can be adjusted, which is easily possible for example by means of a conventional keyboard.

Die Darstellung der Wellenfronten bzw. Impulsantworten und die Möglichkeit zur Manipulation derselben sind nur als Beispiele zu verstehen, es ist jedwede andere geeignete Darstellung von Impulsantwortfunktionen ebenfalls möglich, um erfindungsgemäß das Einstellen bzw. das Erzeugen eines Raumeindrucks zu ermöglichen. Beispielsweise wäre es denkbar, bei der Betrachtung verschiedener Raumrichtungen eine gemeinsame Impulsantwortfunktion darzustellen, die gewissermaßen den räumlichen Grundcharakter vorgibt, die also für alle Raumrichtungen dieselbe ist. Einen richtungsabhängigen Raumklangcharakter könnte man vorteilhafterweise dadurch darstellen, dass für jede Raumrichtung lediglich die Differenz zur gemeinsamen Impulsantwortfunktion dargestellt wird, so dass man leicht einen Eindruck davon erhält, wie sich die betrachtete Raumrichtung in ihren räumlichen Eigenschaften von dem Gesamtklangbild (mittleres Klangbild) unterscheidet.The representation of the wavefronts or impulse responses and the possibility of manipulating the same are to be understood as examples only, any other suitable representation of impulse response functions is also possible in order to allow setting or generation of a spatial impression according to the invention. For example, it would be conceivable to represent a common impulse response function when considering different spatial directions, which to some extent prescribes the fundamental spatial character, which is therefore the same for all spatial directions. A direction-dependent spatial sound character could advantageously be represented by the fact that for each spatial direction only the difference to the common impulse response function is displayed, so that one easily gets an impression of how the observed spatial direction differs in its spatial properties from the overall sound image (middle sound image).

Eine Reihenfolge der Bearbeitung der Impulsantwortfunktionen, die die Position einer Tonquelle bzw. den Raumeindruck beschreiben, ist nicht fest vorgegeben. Es ist sowohl möglich, zuerst alle Tonquellen im Raum zu positionieren und danach einen Raumeindruck zu erzeugen, als auch zuerst den zu simulierenden Raum zu definieren, um darauffolgend die Tonquellen innerhalb des Raums zu positionieren.An order of processing the impulse response functions that describe the position of a sound source or the spatial impression is not fixed. It is possible to first position all the sound sources in the room and then create a spatial impression, as well as to first define the room to be simulated in order to subsequently position the sound sources within the room.

Demzufolge unterscheiden sich die Bearbeitungsschritte für ein System zur Ansteuerung eines Tonwiedergabesystems, das eine erfindungsgemäße graphische Benutzerschnittstelle sowie einen Signalgenerator zum Liefern von Lautsprechersignalen aufweist. Zum einen ist es möglich, jeder Tonquelle, die in einer definierten Raumrichtung befindlich ist, eine Rauminformation durch Falten mit einer räumlichen Impulsantwortfunktion einzuprägen, um dann in einem weiteren Schritt lautsprecherindividuell eine Faltung mit Impulsantworten vorzunehmen, welche die Position der Tonquellen relativ zum Wiedergabevolumen beschreiben.Accordingly, the processing steps for a system for driving a sound reproduction system which comprises a graphic user interface according to the invention and a signal generator for supplying loudspeaker signals differ. On the one hand, it is possible to impress on each sound source, which is located in a defined spatial direction, spatial information by folding with a spatial impulse response function, and then in a further step speaker-individually a convolution with impulse responses which describe the position of the sound sources relative to the playback volume.

Alternativ ist es möglich, zunächst die Tonquelle lautsprecherindividuell zu bearbeiten, d. h. individuelle Lautsprechersignale durch Faltung des Tonsignals mit den die Position der Tonquelle beschreibenden Impulsantworten zu erzeugen, um danach Lautsprecher individuell eine weitere Faltung durchzuführen, die den Raumeindruck erzeugt, wobei die Lautsprecher, die in fester geometrischer Richtung zur Wiedergabeumgebung angeordnet sind, mit einer räumlichen Impulsantwort gefaltet werden, die dem zu simulierenden Raumeindruck in der Richtung der Lautsprecher entsprechen.Alternatively, it is possible first to edit the sound source speaker individually, d. H. to generate individual loudspeaker signals by convolution of the sound signal with the impulse responses describing the position of the sound source, and then loudspeaker individually perform another convolution that creates the spatial impression, wherein the speakers, which are arranged in a fixed geometric direction to the playback environment, folded with a spatial impulse response which correspond to the room impression to be simulated in the direction of the loudspeakers.

Die Form der graphischen Elemente, die in den Ausführungsbeispielen zur Visualisierung der einzelnen wesentlichen Komponenten, wie der Position der Tonquelle oder der Form einer Impulsantwort, dargestellt sind, sind als bevorzugte Ausführungsbeispiele zu verstehen, jedoch ist die erfindungsgemäße Funktionsweise ebenso sichergestellt, wenn sich die Art der geometrischen Darstellung bezüglich der Form unterscheidet, je nach Anwendungszweck könnte eine unterschiedliche Form sogar funktionalen Charakter haben, d. h. verschiedene Eigenschaften beispielsweise einer Tonquelle beschreiben.The form of the graphic elements shown in the embodiments for visualizing the individual essential components, such as the position of the sound source or the form of an impulse response, are to be understood as preferred embodiments, but the operation according to the invention is also ensured if the art the geometric representation differs with respect to the shape, depending on the purpose, a different shape could even have a functional character, i. H. describe different properties of a sound source, for example.

Die Signalbearbeitung, die lautsprecherindividuell durch Faltung eines Tonsignals mit einer Impulsantwortfunktion dargestellt ist, kann sowohl kontinuierlich als auch diskret implementiert sein, wobei auch alternative mathematische Methoden, den Raumeindruck, den eine Impulsantwort beschreibt, einem Tonsignal aufzuprägen, möglich sind.The signal processing, which is represented individually for each speaker by convolution of a sound signal with an impulse response function, can be implemented both continuously and discretely, although alternative mathematical methods are also possible for imparting the spatial impression which an impulse response describes to a sound signal.

In den Ausführungsbeispielen, die im Vorhergehenden gezeigt sind, ist zur Erzeugung eines Raumeindrucks der die Wiedergabeumgebung umschließende Raum in acht diskrete Raumrichtungen unterteilt, wobei für jede Raumrichtung individuell ein räumlicher Klangcharakter festgelegt werden kann. Dies ist nur als Beispiel zu verstehen, es sind selbstverständlich beliebige andere Anzahlen von Raumrichtungen möglich, prinzipiell ist die Zahl der Richtungen nach oben nicht begrenzt, so dass es erfindungsgemäß leicht möglich ist, den gesamten Klangeindruck noch weiter zu verbessern.In the embodiments shown above, in order to create a spatial impression, the space enclosing the reproduction environment is subdivided into eight discrete spatial directions, wherein a spatial sound character can be determined individually for each spatial direction. This is to be understood only as an example, of course, any other numbers of spatial directions are possible, in principle, the number of upward directions is not limited, so that it is easily possible according to the invention to improve the overall sound impression even further.

Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Verwenden einer graphischen Benutzerschnittstelle zum Benutzen eines Tonwiedergabesystems in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen des Erfolges eines Entkernvorganges ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.Depending on the circumstances, the inventive method of using a graphical user interface for using a sound reproduction system may be implemented in hardware or in software. The implementation can be carried out on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable computer system such that the method according to the invention for checking the success of a deconing process is carried out. 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 according to the invention, when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Claims (20)

  1. Graphic user interface (10) for a sound-reproduction system, which is formed so as to generate in a reproduction environment (32; 70; 80; 90) a spatial sound impression, comprising:
    display means (12) for graphically displaying impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e), which are associated with spatial directions of the reproduction environment (32; 70; 80; 90), the impulse responses, relative to the reproduction environment, being represented in the spatial directions they are allocated to;
    means for allowing changing (14) the graphical display of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) by the user, a change of the graphical display of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) being enabled at predetermined points;
    means for receiving (16) a user input of a change, in order to graphically represent changed impulse responses by the display means (12); and
    means for detecting the changed impulse responses (18).
  2. Graphic user interface according to claim 1, wherein the display means (12) is formed so as to represent the impulse responses (74; 82a - 82h; 94a - 94e) as time-dependent evolutions of an intensity value.
  3. Graphic user interface according to claim 2, wherein the display means (12) is formed so as to represent the time-dependent evolutions of the impulse responses (74; 82a - 82h; 94a - 94e) such that same are divided into discrete time periods, an intensity value being associated with each time period.
  4. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the display means (.12) is formed so as to represent the impulse responses (82a - 82h) as a function of the frequency.
  5. Graphic user interface according to claim 4, wherein the display means (12) is formed so as to represent the frequency evolutions of the impulse responses (74; 82a - 82h; 94a - 94e) such that same are divided into discrete frequency segments, an intensity value being associated with each frequency segment.
  6. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the display means (12) is formed so as to graphically represent the impulse responses (82a - 82h) as functions of the time and as functions of the frequency in a three-dimensional representation, the function values being represented as a height over a two-dimensional surface, one side of which has the time as a measure and a second side of which following the first side has the frequency as a measure.
  7. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the display means (12) is formed so as to display in addition a graphical representation of the reproduction environment (32; 70; 80; 90) in a three-dimensional representation, the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) regarding the reproduction environment (32; 70; 80; 90) being represented in the spatial directions, which the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) are associated with.
  8. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the means for allowing changing (14) the graphical display of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) is formed so as to allow changing the graphical representation of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) at any arbitrary point of the graphical representation of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e).
  9. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the means for allowing changing (14) the graphical display of the impulse responses (94a - 94e) is formed so as to allow shifting the impulse responses (94a - 94e) in the time as a change of the graphical display of the impulse responses (94a - 94e).
  10. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the means for receiving a user input of a change (16) is formed so as to receive signals of a computer mouse, a touch pad, a touch screen, a track ball or a keyboard.
  11. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the means for detecting (18) the changed impulse responses is formed so as to scan, for detecting, the changed impulse responses graphically represented and to store the scanned values in a memory.
  12. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the display means (12) is formed so as to graphically display impulse responses (74; 82a - 82h; 94a - 94e), which contain information about a space to be simulated.
  13. Graphic user interface according to one of the previous claims, wherein the display means (12) is formed so as to graphically display impulse responses (34), which contain information about the position of a sound source (30) with respect to the reproduction environment (32).
  14. Controlling apparatus for a sound-reproduction system, which is formed so as to generate a spatial sound impression in a reproduction environment, comprising:
    a graphic user interface (10) according to any one of claims 1 to 13; and
    a signal generator (102) for providing loudspeaker signals (110) for loudspeakers of a plurality of loudspeakers that can be placed at different spatial positions.
  15. Controlling apparatus according to claim 14, wherein the signal generator (102) has combination means (108) for combining sound signals (106) with the changed impulse responses, the sound signals (106) being intended for loudspeakers arranged at spatial positions corresponding to the spatial directions, which the impulse responses are associated with, in order to obtain loudspeaker signals (110), the combination means (108) being formed so as to combine such that the loudspeaker signals (110) contain the information about the space to be simulated.
  16. Controlling apparatus according to claim 15, wherein the signal generator (102) has combination means (108) for combining the sound signals (106) with the changed impulse responses, in order to obtain a loudspeaker signal (110), the combination means (108) being formed so as to combine such that the loudspeaker signals (110) contain the information about the relative positions of a sound source associated with the sound signals (106).
  17. Controlling apparatus according to one of claims 15 or 16, wherein the combination means (108) is formed so as to alias, during the combination, the sound signals (106) with the changed impulse responses.
  18. Method for using a sound-reproduction system, which is formed so as to generate a spatial sound impression in a reproduction environment (32; 70; 80; 90), comprising:
    graphically displaying impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) associated with spatial directions of the reproduction environment (32; 70; 80; 90), the impulse responses, relative to the reproduction environment, being represented in the spatial directions they are allocated to;
    allowing changing the graphical display of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) by the user, a change of the graphical display of the impulse responses (34; 74; 82a - 82h; 94a - 94e) being enabled at predetermined points;
    receiving a user input of a change, in order to graphically represent changed impulse responses; and
    detecting the changed impulse responses.
  19. Method for controlling a sound-reproduction system, comprising the steps of the method according to claim 18 and additionally comprising:
    providing loudspeaker signals for a plurality of loudspeakers, which can be placed at different spatial positions based on the changed impulse responses.
  20. Computer program with a program code for performing the method according to claim 18 or 19 when the computer program is executed on a computer.
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