EP3025514B1 - Klangverräumlichung mit raumwirkung - Google Patents

Claims (13)

1. Verfahren zur Klangverräumlichung, wobei mindestens ein Filtern auf mindestens zwei Eingangssignale (I(1), I(2), ... , I(L)) angewendet wird, um mindestens zwei Ausgangssignale (O(1), O(2), ... , O(K))abzugeben, wobei das Filtern aufweist:

   - Gewichten (M4B1, M4B2, ... , M4BL) der mindestens zwei Eingangssignale durch jeweilige Gewichtungsgewichte (W^k(1), ... , W^k(L)), wobei jedes Gewichtungsgewicht für jedes der Eingangssignale spezifisch ist,

   - für jede Impulsantwort, die eine Raumwirkung enthält, unter mehreren Impulsantworten, die eine Raumwirkung enthalten, wobei die Impulsantwort, die eine Raumwirkung enthält, jeweils einem Eingangssignal unter den mindestens zwei Eingangssignalen (I(1), I(2), ... , I(L)) und einem Ausgangssignal unter den mindestens zwei Ausgangssignalen (O(1), 0(2), ... , 0(K)) zugeordnet wird:

   ∘ Partitionieren (S22) der Impulsantwort in einem Zeitbereich in einen ersten Teil (A) und einen zweiten Teil (B), wobei das Partitionieren derart durchgeführt wird, dass:

   der erste Teil direkte Schallausbreitungen und erste Schallreflexionen der Ausbreitungen darstellt und sich über eine erste Anzahl von Abtastwerten erstreckt und

   der zweite Teil ein diffuses Schallfeld darstellt, das nach den ersten Reflexionen vorhanden ist und sich über eine zweite Anzahl von Abtastwerten erstreckt, wobei die zweite Anzahl von Abtastwerten ein Vielfaches der ersten Anzahl von Abtastwerten ist,

   ∘ Bestimmen von einer ersten Übertragungsfunktion (A^k(1), A^k(2), ..., A^k(L)) ausgehend von dem ersten Teil,

   ∘ Bestimmen von einer zweiten Übertragungsfunktion ausgehend von dem zweiten Teil,

   - für jedes Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) unter den mindestens zwei Ausgangssignalen (O(1), O(2), ... , O(K)):

   ∘ Bestimmen (S23B1) von einer dritten Übertragungsfunktion (B_mean ^k) ausgehend von einem Durchschnittswert der zweiten Übertragungsfunktionen, die dem Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) entspricht,

   ∘ Anwenden (S4A1, S4A2, ... , S4AL) auf jedes Eingangssignal (I(1), I(2), ... , I(L)) der ersten Übertragungsfunktion (A^k(1), A^k(2), ..., A^k(L)), die dem Eingangssignale (I(1), I(2), ... , I(L)) und dem Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) entspricht,

   ∘ Anwenden (S4Bl) auf jedes Eingangssignal der dritten Übertragungsfunktion (B_mean ^k), die dem Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) entspricht,
   wobei das Anwenden der ersten und dritten Übertragungsfunktionen durch FFT-Blöcke erfolgt,

   - Summieren der Signale, die sich aus den Anwendungen der ersten und dritten Übertragungsfunktionen ergeben, um die mindestens zwei Ausgangssignale (O(1), O(2), ... , O(K)) zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energieausgleichsverstärkung (G) auf die Gewichtungsgewichte (W^k(1), ... , W^k(L)) angewendet wird (S4Bll).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Partitionieren der Impulsantwort die Vorgänge aufweist:

   - des Bestimmens (S211) eines Anfangszeitpunkts der Anwesenheit von direkten Schallwellen,

   - des Bestimmens eines Anfangszeitpunkts der Anwesenheit des diffusen Schallfeldes nach den ersten Reflexionen und

   - des Auswählens (S22) in der Impulsantwort eines Teils der Antwort, der sich zeitlich zwischen dem Anfangszeitpunkt der Anwesenheit von direkten Schallwellen bis zum Anfangszeitpunkt der Anwesenheit des diffusen Schallfeldes erstreckt, wobei der ausgewählte Antwortteil der ersten Übertragungsfunktion entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern das Anwenden von mindestens einer Ausgleichsverzögerung (S4B2) aufweist, die einer Zeitdifferenz zwischen dem Anfangszeitpunkt von direkten Schallwellen und dem Anfangszeitpunkt der Anwesenheit des diffusen Schallfeldes entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die dritte Übertragungsfunktion parallel zu den Eingangssignalen angewendet werden und dadurch, dass die mindestens eine Ausgleichsverzögerung durch die dritten Übertragungsfunktionen auf die gefilterten Eingangssignale angewendet wird.
6. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Übertragungsfunktion gegeben ist durch: $${B_{\mathit{mean}}}^k=\frac{1}{L}{\displaystyle \sum _{l=1}^L\left[{B_{\mathit{norm}}}^k\left(l\right)\right]}$$

   

   wobei: k ein Index in Bezug auf ein Ausgangssignal ist,

   l∈[1;L] ein Index in Bezug auf ein Eingangssignal unter den Eingangssignalen ist,

   L eine Anzahl von Eingangssignalen ist,

   B_norm ^k (l) eine normalisierte Übertragungsfunktion ist, die ausgehend von einer zweiten Übertragungsfunktion unter den zweiten Übertragungsfunktionen erhalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgangssignal 0^k des Verfahrens gegeben ist durch: $$O^k={\displaystyle \sum _{l=1}^L\left(I\left(l\right)\ast A^k\left(l\right)\right)}+z^{-\mathit{iDD}}\cdot {\displaystyle \sum _{l=1}^L\left(\frac{1}{W^k\left(l\right)}.I\left(l\right)\right)}\ast B_{\mathit{mean}}^k$$

   

   wobei:

   I(l) ein Eingangssignal unter den Eingangssignalen ist,

   A^k (l) eine erste Übertragungsfunktion unter den ersten Übertragungsfunktionen ist,

   W^k (l) ein Gewichtungsgewicht unter den Gewichtungsgewichten ist,

   z^-iDD einem Anwenden der Ausgleichsverzögerung entspricht,

   wobei . die Multiplikation ist und

   wobei * der Faltungsoperator ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Dekorrelationsschritt der dritten Eingangssignale vor dem Anwenden der zweiten Übertragungsfunktionen aufweist und dadurch, dass mindestens ein Ausgangssignal 0^k des Verfahrens gegeben ist durch: $$O^k={\displaystyle \sum _{l=1}^L\left(I\left(l\right)\ast A^k\left(l\right)\right)}+z^{-\mathit{iDD}}\cdot {\displaystyle \sum _{l=1}^L\left(\frac{1}{W^k\left(l\right)}.I_d\left(l\right)\right)}\ast B_{\mathit{mean}}^k$$

   

   wobei:

   I(l) ein Eingangssignal unter den Eingangssignalen ist,

   I_d(l) ein Eingangssignal unter den Eingangssignalen ist, das einem Dekorrelationsschritt unterworfen worden ist,

   A^k (l) eine erste Übertragungsfunktion unter den ersten Übertragungsfunktionen ist,

   W^k (l) ein Gewichtungsgewicht unter den Gewichtungsgewichten ist,

   z ^-iDD dem Anwenden der Ausgleichsverzögerung entspricht,

   wobei . die Multiplikation ist und

   wobei * der Faltungsoperator ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Bestimmens einer Energieausgleichsverstärkung in Abhängigkeit von den Eingangssignalen aufweist und dadurch, dass mindestens ein Ausgangssignal gegeben ist durch: $$O^k={\displaystyle \sum _{l=1}^L\left(I\left(l\right)\ast A^k\left(l\right)\right)}+z^{-\mathit{iDD}}\cdot {\displaystyle \sum _{l=1}^L\left(G\left(I\left(l\right)\right).\frac{1}{W^k\left(l\right)}.I\left(l\right)\right)}\ast B_{\mathit{mean}}^k$$

   

   wobei:

   I(l) ein Eingangssignal unter den Eingangssignalen ist,

   G(I(l)) die bestimmte Energieausgleichsverstärkung ist,

   A^k (l) eine erste Übertragungsfunktion unter den ersten Übertragungsfunktionen ist,

   W^k (l) ein Gewichtungsgewicht unter den Gewichtungsgewichten ist,

   z ^-iDD dem Anwenden der Ausgleichsverzögerung entspricht,

   wobei . die Multiplikation ist und

   wobei * der Faltungsoperator ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht gegeben ist durch: $$W^k\left(l\right)=\frac{\sqrt{E_{{B_{\mathit{mean}}}^k}}}{\sqrt{E_{B^k\left(l\right)}}}$$

    

    wobei k ein Index in Bezug auf ein Ausgangssignal ist,

    l ∈ [1;L] der relative Index eines Eingangssignals unter den Eingangssignalen ist,

    L die Anzahl von Eingangssignalen ist,

    wobei E_Bmean ^k eine Energie in Bezug auf $B_{\mathit{mean}}^k$

    

    ist,

    E_Bk _(l) eine Energie in Bezug auf eine zweite Übertragungsfunktion unter den zweiten Übertragungsfunktionen ist.
11. Computerprogramm, umfassend Anweisungen für das Umsetzen der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn diese Anweisungen von einem Prozessor ausgeführt werden.
12. Vorrichtung zur Klangverräumlichung, umfassend mindestens einen Filter, der auf mindestens zwei Eingangssignale (I(1), I(2), ... , I(L)) angewendet ist, wobei die Vorrichtung geeignet ist, mindestens zwei Ausgangssignale (O(1), O(2), ... , O(K)) abzugeben,
    wobei die Vorrichtung Module zum Gewichten (M4B1, M4B2, ... , M4BL) aufweist, um die mindestens zwei Eingangssignale durch jeweilige Gewichtungsgewichte (W^k(1), ... , W^k(L)) zu gewichten, wobei jedes Gewichtungsgewicht für jedes der Eingangssignale spezifisch ist,
    wobei die Vorrichtung ferner konfiguriert ist, um:

    - für jede Impulsantwort, die eine Raumwirkung enthält, unter mehreren Impulsantworten, die eine Raumwirkung enthalten, wobei die Impulsantwort, die eine Raumwirkung enthält, jeweils einem Eingangssignal unter den mindestens zwei Eingangssignalen (I(1), I(2), ... , I(L)) und einem Ausgangssignal unter den mindestens zwei Ausgangssignalen (O(1), O(2), ... , O(K)) zugeordnet ist:

    ∘ die Impulsantwort in einem Zeitbereich in einen ersten Teil (A) und einen zweiten Teil (B) zu partitionieren (S22) der, wobei das Partitionieren derart durchgeführt wird, dass:

    der erste Teil direkte Schallausbreitungen und erste Schallreflexionen der Ausbreitungen darstellt und sich über eine erste Anzahl von Abtastwerten erstreckt und

    der zweite Teil ein diffuses Schallfeld darstellt, das nach den ersten Reflexionen vorhanden ist und sich über eine zweite Anzahl von Abtastwerten erstreckt, wobei die zweite Anzahl von Abtastwerten ein Vielfaches der ersten Anzahl von Abtastwerten ist,

    ∘ eine erste Übertragungsfunktion (A^k(1), A^k(2), ..., A^k(L)) ausgehend von dem ersten Teil zu bestimmen,

    ∘ eine zweite Übertragungsfunktion ausgehend von dem zweiten Teil zu bestimmen,

    wobei der Filter aufweist:

    - für jedes Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) unter den mindestens zwei Ausgangssignalen (O(1), O(2), ... , O(K)):

    ∘ Bestimmen (S23B1) von einer dritten Übertragungsfunktion (B_mean ^k) ausgehend von einem Durchschnittswert der zweiten Übertragungsfunktionen, die dem Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) entspricht,

    ∘ Anwenden (S4A1, S4A2, ..., S4AL) auf jedes Eingangssignal der ersten Übertragungsfunktionen, die dem Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) entsprechen,

    ∘ Anwenden (S4Bl) auf jedes Eingangssignal der dritten Übertragungsfunktion (B_mean ^k), die dem Ausgangssignal (O(1), O(2), ... , O(K)) entspricht,

    wobei das Anwenden der ersten und dritten Übertragungsfunktionen durch FFT-Blöcke erfolgt,
    wobei Signale, die sich aus den Anwendungen der ersten und dritten Übertragungsfunktionen ergeben, summiert werden, um die mindestens zwei Ausgangssignale (O(1), O(2), ... , O(K)) zu erhalten.
13. Modul zum Decodieren der Schallsignale, umfassend eine Vorrichtung zur Klangverräumlichung nach Anspruch 12 der Schallsignale als Eingangssignale.

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