WO1991001616A2 - System zur vorneortung von mittels stereokopfhörern erzeugten hörereignissen - Google Patents

System zur vorneortung von mittels stereokopfhörern erzeugten hörereignissen Download PDF

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    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/305—Electronic adaptation of stereophonic audio signals to reverberation of the listening space

Definitions

  • the invention relates to a system for pre-locating hearing events generated using stereo headphones
  • the invention relates to a system for
  • Unified headphones are considered. There are primarily two today
  • Directional mixer in front of headphones (compatible with the recording system) is directionally adjusted, individually equalized (F. König;
  • Patent application No. P 3922 118.0.
  • This device is an effect processor that builds up room acoustics retrospectively to stereo sound, but does not implement one of the possible sound direction perceptions (deviating from top-in-head location) in the natural three-dimensional location of hearing events.
  • Patent applications are made, which in particular simulate spatial reflection patterns
  • the transducer arrangement must be placed at least approx. Ten centimeters in the front in the direction of view in order to achieve the described effect of horizontal pre-localization of hearing events via stereo headphone sound (patent application: US 3,592,97B; DT 2126677). This is evidenced by elaborately designed stereo headphones, which provide bass and mid / high-frequency transducer systems that are controlled separately for the left and right ear cups (patent application: DT 2541332; Funkschau: issue 10/1977, pages 57 to 58 and 71 to 72).
  • the invention has for its object to provide a device for the pre-location of hearing events generated by stereo headphones. Furthermore, a method for optimizing this device, a suitably designed stereo headphone, and a correspondingly designed method for equalizing conventional ones
  • Realization of a filter circuit can be specified with which a front location of
  • the essence of the invention consists in that a vector line partial sound direction compensation counteracting the top-in-head localization "bottom" as well as an additive
  • 1 dB threshold with individual directional characteristic represents: hearing event sensation in the viewing direction at the front, but approx. 45 degrees upwards or
  • Headphone transducer systems sought.
  • stereo headphones and / or their are preferably wideband equalized
  • a headphone / sound transducer system arrangement opposite to the direction of view
  • GENUIT upper body and head reactions e.g. one third width
  • Claim 13 which in its conception, i.e. here transmission behavior, especially after one
  • the copied digital stereo sound signal is then equalized horizontally in front in favor of the listening event position according to one of claims 15 to 22.
  • the stereo audio signals in digital code form are then used to generate multidimensional room-acoustic conditions using the two channel pairs in favor of the top-of-the-head listening situation and
  • the generated room acoustic conditions are based on a channel-wise different, near-natural, digital simulation of
  • Sound signal volume is a spectral change in the room reflection pattern, including inspired by
  • Stereo headphones and sound signal playback devices e.g. compact disc players, preamplifiers,
  • RAM or E-PROM cards with programmed information (code) for individual equalization in favor of the listening event situation horizontally in front, in front of stereo headphones
  • Sound signal reproducing devices which have digitally programmable filters, for example, are plugged in and are accordingly adapted to the individual (location-enabling)
  • Basic stereo width (perceived stereo panorama, e.g. from 180 degrees with normal stereo headphone sound with top-in-head localization at an opening angle of 120 degrees
  • Headphone type remains largely unaffected, including the frequency response
  • Literature in connection with a directional embossed "front", multi-dimensional, real-spatial acoustic conditions of, for example, concert halls created via headphone sound, regardless of the origin of the sound signal
  • Outer ear reliefs prerequisite: anatomically healthy people
  • front-location-enabling stereo headphones e.g. in the
  • Fig. 3 shows a first frequency-dependent
  • Fig. 4 shows a second frequency-dependent
  • Filter stage results, which leads to a front location and 5 shows a certain spatial reflection pattern with stereophonic time and energy
  • the basic stage is a headphone (1) that is fitted to the manufacturer, whereupon an iterative search method (2) is used to locate a position (3) of the headphone sound transducer systems on the outer ear for the pre-location of stereo sound signals.
  • a special holding device e.g. Headband, headband and headphone capsule ⁇ designed for this so that a constant pre-location of hearing events without manual
  • Stereo sound signal possibly similar "reverberated" and the transducers on the pinna a suitably delayed ⁇ related to the channels or sound transducer, acc. (3a) ⁇ , non-equalized "Hall component” fed in ⁇ ie acoustic
  • Room reflection pattern (6) e.g. a concert hall that can be obtained from the original signal
  • An optionally switchable four-channel operation of a multi-channel headphone is also provided.
  • Headphone outer ear transmission measurement carried out with sound transducer position according to (1) and (3), difference level formation on digital (41) or analog (4II) data processing level.
  • Computer support links data made as it is capturing a
  • Outer ear transfer functions a structure averaging, according to a statistical averaging of relative level values, but selected from the present transfer functions the one that most
  • equalization at the front location contributes ⁇ more on a user-specific hardware version, see point E ⁇ .
  • Stereo headphones (4IIa) or in a device connected in front of the stereo headphones to be controlled ⁇ or Electrical circuit to be developed for pre-equalization (4IIb ⁇ when using non-pre-location-enabling stereo headphones
  • (4I) has developed two-channel
  • EDV-Systems ⁇ as well as digital-to-analog converter (51a), - a circuit for serial data processing with the same elements as in (51a), which is a suitable mixture (data link) from the location-corrected and equalized
  • the equalized signal component which enables localization, is also suitable with stereo room reflections (6)
  • Element (6) corresponds to a room simulator, which is correspondingly related to the application in "head-related multi-channel playback"
  • ⁇ at least two channels ⁇ variably builds the natural acoustic conditions of listening rooms or concert halls. This is through a suitable crosswise or serial data link
  • Tone signal per stereo channel, between the front location equalized and non-equalized
  • Components contain ⁇ relevant for (3b), (5Ib 1 ) and (51b 2 ) ⁇ .
  • Modification of the stereo sound signal to simulate the front location using headphones is planned, including the option to select the unaffected original sound.
  • Miniaturization (7) of the data processing elements (4IIb), (51a), (5Ib 2 ) and (5Ib 2 ) is sought. This applies in particular to the components to be used and the respective overall circuit structure.
  • Stereo headphones are sonicated, the essential effects of a typical for the invention
  • stage effect i.e. the horizontal pre-location
  • Figure 2 shows by means of vectorial representation in the median plane the component (1) of the sound source location with unchanged, i.e.
  • Manufacturer-specific stereo headphone sound transducer systems ⁇ (5); indicates the outline of a headphone capsule ⁇ . It corresponds to the
  • Top-in-head localization (1) of hearing events with stereophonic headphone sound A second vector (2) forms the top COMPENSATIDNS direction "bottom” in the event of a position shift of the stereo headphone sound transducer systems. This eliminates the top-in-head sound source location component (1).
  • Vector (3rd represents the EMBOSSING of the auditory event directional perception "in front”,
  • the headphone sound transducer systems (6) to the outer ear (4) at an angle of, for example 30 degrees for an upgrade of the acoustic
  • Test headphones are particularly suitable for those common models that
  • Wide area heater with e.g. Dimensions of 100 x 100 millimeters are unsuitable for the location tests.
  • the stereo headphones are made according to the
  • the headphone sound transducer systems depending on the front ⁇ in the direction of view ⁇ and down
  • An example of a 30 degree elevation angle is a sufficient front embossing of the
  • the bottom shift just made is halved in its selected millimeter distance, i.e.
  • the "stage effect" sought is optimized by adding or subtracting.
  • a shift of one to two millimeters to the front is selected, then the further, empirical, weighing shift process. If the new location of the
  • both headphone sound transducer systems are arranged at an angle to the auricle ⁇ approx. 20 to 40 degrees azimuth and
  • the headphone capsule has a circular sound transducer
  • the ear canal serves as a reference point, in front of which there is normally a headphone capsule that is placed in the center of the manufacturer. In test subjects, this corresponds to a common ratio of 3: 1 ⁇ comparison of the bottom and front displacement distances ⁇ .
  • the auricle is arranged, starting from the ear canal reference point, to be shifted backwards and downwards against the viewing direction and finally to be placed.
  • the above-mentioned process steps are carried out.
  • a minimum displacement distance becomes a maximum
  • a general rear-under arrangement of sound transducer systems for the rear location of hearing events with stereophonic headphone sound is due to the outer ear shape ⁇ "anatomical" direction-dependent filter ⁇ with larger displacement distances, in relation to the front-bottom arrangement of
  • Data tree possible. This location of stereo headphone sound transducer systems, which enables location at the front, is maintained until the end of the collection of data in the form of the arrangement geometry or an outer ear transmission dimension.
  • Outer ear reliefs ⁇ as well as head, upper body ⁇ can be attributed. This applies equally to all spatially distributed sound sources, including headphone sound
  • Miniature microphone capsules that have a
  • the ⁇ analog ⁇ alternating electrical signal generated by the miniature microphone ⁇ approx. 10 millivolts ⁇ is usually at a voltage level
  • Level values from the second minus the first mentioned graph corresponds e.g. to the curve shown, according to FIG. 3, which was recorded with an outer ear of an individual person ⁇ with a tendency towards the "medium" directional characteristic ⁇ :
  • the outer ear relief ⁇ see Fig. 2 (4) ⁇ can only serve as an acoustic damper and resonator due to its dimensions above a frequency of approximately 1 kHz, and
  • the striking points in the frequency response can spread in frequency by several hundred Hertz. Furthermore, an approximate third-octave relative increase (1 to 3 dB) below 500 hearts can be determined.
  • the frequencies occupy 6 kHz and 11 kHz.
  • Any signal processing processes such as storing, creating digital filters, creating outer ear models, etc., are then via suitable software controls unwindable.
  • the equalization obtained at the front end which is known ⁇ see above ⁇ to correspond to the difference level letters, is carried out
  • Permanent storage medium ⁇ e.g. on diskette ⁇
  • Stereo headphone sound system (later addition to full-body sound system can be integrated),
  • the extension of the EDP system is useful, for example, as follows:
  • the data in digital code form about the two-sided linear distortions ⁇ for pre-location using headphones ⁇ are sent to an interface that supplies a programmable read-only memory unit. As small as possible,
  • an E-Prom card for example, is then inserted into a slot designed for reading the E-Prom card before the device is actually used.
  • the digital information on the E-Prom card read by the sound signal reproducing device ⁇ full amplifier, compact disc player, etc. ⁇ thereupon generates, among other things, processor-controlled. the localization-relevant equalization
  • a variable stereo wrapping is offered in at least two versions, by means of suitable mixing
  • the unprocessed audio signal is routed into the front-locating sound transducers and the simulated stereo room reflection signals (6) are routed to the sound transducers of the stereo headphones located in front of the auricle.
  • the variants a) and b) of the stereo sound signal influencing presuppose that from a basic state, i.e. unadulterated original signal ⁇ in digital data format ⁇ , as required in a) or b) is switched ⁇ therefore a total of three stereo signal location variants ⁇ .
  • the frequency response is equalized from simple to statistical
  • Channel A / B reverts to channel A / B and / or
  • Channel A / B reverberates on channel B / A ⁇ .
  • Stereo headphone sound system to simulate a maximum spatial listening event width.
  • FIG. 5 shows a room simulation pattern that was designed as an example for case (3b) according to FIG. 1: in the partial graphics, the level or
  • level-front-right level of the right headphone channel, front-bottom;
  • level-front-left level of the left headphone channel, front-bottom ⁇
  • Headphone channel determines, manufacturer-specific or modified position on the ear cup ⁇ .
  • the shark spacing is based on the
  • a diffuse reflection pattern time run passes ⁇ hatched areas ⁇ .
  • time-acoustical characteristics comparable to the first reflection patterns occur, which are time-dense and level-less.

Abstract

System zur Vorneortung von mittels Stereokopfhörern erzeugten Hörereignissen. Es wird durch eine itterativ vorzunehmende Verschiebung beider Schallwandlersysteme eines Stereokopfhörers in Blickrichtung nach überwiegend unten und nach vorne, ausgehend von der Bezugsposition der herkömmlichen Anordnung der Schallwandler an der Ohrmuschel, ein im wesentlichen horizontal vorne zu ortendes Hörereignis geschaffen. Dabei ist eine vektorielladditive, richtungsmäßige Nach-Unten-Kompensations-Verschiebung von Kopfhörer-Schallwandlern gegen die bei kopfbezogener Beschallung meistens auftretende Oben-Im-Kopf-Lokalisation von Hörereignissen der wichtigste Bestandteil des empirischitterativen Verfahrens. Die aus dieser kombinierten Verschiebung der Schallwandlersysteme von Stereokopfhörern resultierenden frequenzabhängigen Pegelunterschiede, welche im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung der Schallwandlersysteme entstehen, werden gleichermaßen für ein getrennt-mehrkanaliges Entzerrungskonzept von herkömmlichen Stereokopfhörern zugunsten einer individuell horizontalvorne simulierten Hörereignislage verwendet. Solche horizontal-vorne lokalisierten Schallreize bestehen unabhängig von der mittels Stereokopfhörer wiederzugebenden Tonkonserve und Aufnahmetechnik. Somit ist eine Aufwertung von mittels Stereokopfhörern erzeugten Hörereignissen bezüglich u.a. einer mehrdimensional-räumlichen Konzertsaalakustik gegeben.

Description

System zur Vorneortung von mittels Stereokopfhörern erzeugten Hörereignissen Die Erfindung betrifft ein System zur
Vorneortung von mittels Stereokopfhörern
erzeugten Hörereignissen.
Es ist bekannt, daß Kopfhörer für eine
Außer-Kopf-Lokalisation von Hörereignissen
freifeld- oder diffusfeidentzerrt oder
richtungsneutral entzerrt werden (K. Genuit: "Warum Freifeld, Mitteilung zur Funkausstellung Berlin 1983; Rundfunktechnische Mitteilungen! Heft
1/1983, Seiten 17 bis 26; Patentanmeldung: Nr.
P3131347.7-35; Fortschritte der Akustik - DAGA 1987, Seiten 477 bis 480).
Grundlage zu diesen bekannten Verfahren ist
eine Nachbildung der statistisch ausreichend gemittelten Richtcharakteristik des menschlichen Ohres, d.h. unter Berücksichtigung von
Oberkörper, Rumpf, Kopf und Außenohrrelief,
die in der Realisierung bzw. Entzerrung
von einem Kunstköpf, Richtungsmischpult und
Kopfhörer vereinheitlicht berücksichtigt werden. Hierzu existieren heute vornehmlich zwei
wesentliche Arten von Kunstkopfentwicklungen, die sich in freifeld- und diffusfeidentzerrte
Versionen gliedern lassen (Brüel&Kjaer-Katalog:
"Kopf- und Rumpfsimulator 4128"; Patentanmeldung: Nr. P3146706.7; Rundfunktechnische Mitteilungen: Heft 1/1981, Seiten 1 bis 6). Es wurden zudem bislang nur zwei Richtungsmischpulte entwickelt, die überwiegend auf der Freifeid-Ubertragung von Schallfeidem basieren (HEAD-ACUSTICS: Informationsbroschüre und Bericht der 13. Tonmeistertagung München 1984, Seiten 103 bis 110; AKUSTISCHE U.
KINO-GERÄTE GmbH: Informationsbroschüre). Auf die besondere Bedeutung der Individualanpassung
des Systems "Kunstkopf-Kopfhörer" wird unter verschiedenen Gesichtspunkten hingewiesen
(J. Blauert: Räumliches Hören, Nachschrift,
neue Ergebnisse und Trends seit 1972,
S. Hirzel Verlag, 1985; Acustica: Vol. 48,
Seiten 272 bis 274). Dabei wird insbesondere auf die 1 dB-genaue Nachbildung der
Richtcharakteristik des menschlichen Ohres
hingewiesen, wie sie in einem Tonsignalübertragungsverfahren zu berücksichtigen ist.
Bei Frequenzgang-Abweichungen größer 1 dB
ist ansonsten eine Im-Kopf-Lokalisation von
Hörereignissen unvermeidbar, da dem Vorgang
der Zuordnung des Hörereignisses zum
Schallquellenursprung im Falle der KopfhörerWiedergabe die visuelle Zusatzinformation zur
Verknüpfung fehlt (G. Plenge: über das Problem der intracranialen Ortung von Schallquellen
bei der akustischen Wahrnehmung des Menschen,
Habilitation, TU-Berlin 1973, Seiten 25 ff.).
Somit ist von wesentlicher Bedeutung, daß das einzige (die Außer-Kopf-Lokalisation ermöglichende) Stereo-Tonsignal eines Kunstkopfes oder
Richtungsmischpultes vor einem (zum Aufnahmesystem kompatiblen) Kopfhörer richtungsabhängig, individuell nachentzerrt wird (F. König;
Patentanmeldung: Nr. P 3922 118.0).
Die Meßmethoden, den Meßaufbau und die damit erzielten Ergebnisse im Zusammenhang mit der
Bestimmung der Außenohr-übertragungsfunktion wurden außerdem in einem überblick beschrieben (siehe oben, Blauert: Räumliches Hören, Nachschrift). Abgewandelt als schneller arbeitendes
und vereinfachtes Verfahren (beispielsweise liegen nach einigen Sekunden Meßzeitaufwand bereits Graphiken vor, die Schlüsse über
frequenzabhängige Verzerrungen ermöglichen), zeigt dies F. König bezüglich der Beschallungsvariante "Kopfhörer" (Patentanmeldung:
Nr. P3903246.9 und P3912582.3).
Zur Aufnahme und Wiedergabe richtungsgetreuer Beschallungen wurden u.a. von Blauert/
Boerger/Laws, Kürer/Plenge/Wilkens, Pleiderer u.s.w. Anstrengungen unternommen, um den
lästigen Nebeneffekt der "Im-Kopf-Lokalisation" bei der Wiedergabe von Tonaufnahmen mittels
Kopfhörerbeschallung zu reduzieren (Patentanmeldung: Nr. P223316.0, 2628053.0-31;
Offenlegungsschriften: Nr. 1927401,
2244162, 2545446, 2557519; Funk Technik,
Heft 6+7/1984, Sonderdruck, Patentanm.-Nr.
P3112874.2-35).
Insbesondere letzteres Verfahren (von P. M.
Pfleiderer) sei herauszuheben, da es im praκisnahen Einsatz, nicht, wie mit "processor for out-ofhead local isation" propagiert, eine mit dem
wissenschaftlichen Terminus entsprechende Hörereignis-Lokalisation bietet (siehe oben G. Plenge, Habilitationsschrift, 1973). Es handelt sich bei diesem Gerät um einen Effekt-Prozessor, der eine Raumakustik nachträglich zum Stereo-Ton aufbaut, nicht aber eine der möglichen Schallrichtungswahrnehmungen (von der Oben-Im-Kopf-Ortung abweichend) bei der natürlichen dreidimensionale Ortung von Hörereignissen realisiert. Dazu trägt erwiesenermaßen die Richtcharakteristik des
Außenohres bei (siehe oben Blauert, Räumliches Hören, Nachschrift). Bezüglich der Effekt-Prozessoren und deren
technische Realisierung sind eine Vielzahl
von Dissertationen, Veröffentlichungen und
Patentanmeldungen erfolgt, welche insbesondere die Simulation von Raumreflexionsmustern
beschreiben. Dementsprechend liegt heute
eine große Angebotspalette solcher variabel programmierbarer Hall- und Echogeräte
(u.a. die Faktoren Raumgröße, -Zusammensetzung und -ausgestaltung) vor.
Zudem ist bereits seit 1970 "ein neuartiges
Präsenzfilter" (J. Blauert: Fernsehund Kino-Technik, 1970, Heft 3, Seiten 75
bis 78) sowie "ein Modell zur Beschreibung
von AußenohrÜbertragungseigenschaften"
bekannt, bei dem auf die Differenzentzerrung beim Übergang von der Schalleinfallsrichtung
"vorne", horizontal vor dem Kopf auf
"seitlich" am Ohr, eingegangen wird
(K. Genuit: Dissertation, TH-Aachen 1984,
Seiten 81 bis 82).
Schließlich ist bekannt, daß mittels einer
Verschiebung von Kopfhörer-Schallwandlersystemen in Sichtrichtung nach vorne Hörereignisse mehr oder weniger exakt horizontal vorneortbar sind, welche auf die Erzeugung von richtungsspezifischen linearen Verzerrungen während der Nahbeschallungssituation der Ohrmuschel beruht.
Dabei muß die Schallwandleranordüng mindestens ca. zehn Zentimeter in Sichtrichtung vorne plaziert werden, um den beschriebenen Effekt der horizontalen Vorneortung von Hörereignissen via Stereokopfhörer-Beschallung zu erreichen (Patentanmeldung: US 3,592,97B; DT 2126677). Dies belegen aufwendig realisierte Stereokopfhörer, welche separat für die linke und rechte zu beschallende Ohrmuschel parallel ausgesteuerte Baß- und Mitten/HöhenSchallwandlersysteme vorsehen (Patentanmeldung: DT 2541332; Funkschau: Heft 10/1977, Seiten 57 bis 58 und 71 bis 72).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Vorneortung von mittels Stereokopfhörern erzeugten Hörereignissen zu schaffen. Weiterhin sollen ein Verfahren zur Optimierung dieser Vorrichtung, ein entsprechend aufgebauter Stereokopfhörer, ein entsprechend ausgelegtes Verfahren zur Entzerrung herkömmlicher
Stereokopfhörer sowie ein Verfahren zur
Realisierung einer FilterSchaltung angegeben werden, mit welcher eine Vorne-Ortung von
Hörereignissen mittels herkömmlicher
Stereokopfhörer erreicht wird.
Bezüglich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Demnach besteht der Kern der Erfindung darin, daß eine der Oben-Im-Kopf-Lokalisation entgegenwirkende vektorieile Teilschallrichtungskompensation "unten" sowie eine additiven
Richtungsprägung "vorne" zur Erzeugung einer a) Außer-Kopf-Lokalisation bzw.
b) horizontalen Vorne-Ortung von Hörereignissen (unabhängig vom Tonaufzeichnungsverfahren z.B. einer Tonkonserve) zur Anwendung kommen. Mit anderen Worten wird im Beschallungsnahbereich von Probanden eine Richtungsempfindung "horizontalvorne" bei kopfbezogener stereophoner Wiedergabe von z.B. Kunstkopf-Tonaufzeichnungen nicht
ausschließlich nur von der (1 dB-genauen)
Einhaltung der individuellen, für die
Schalleinfallsrichtung "vorne" spezifischen
Richtcharakteristik des menschlichen anatomischen Gehörs gewährleistet, sondern auch durch
eine Zusammenfügung der Schalleinfallsrichtungskomponenten "unten" und vorne".
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß eine generelle Vernachlässigung der erfindungsgemäßen Kompensationsverschiebung "unten" (von Kopfhörer-Schallwandler-Systemen) die gleiche unerwünschte Hörereignisrichtungsempfindung
zur Folge hat, wie es eine Überschreitung der
1 dB-Schwelle bei individueller Richtcharakteristik darstellt: Hörereignisempfindung in Sichtrichtung vorne, jedoch ca. 45 Grad schräg aufwärts bzw.
nach oben gerichtet (Annäherung der Oben-Im-KopfLokalisation; dies entspricht dem Kennzeichen bekannter köpfbezogener stereophoner Aufnahmeund Wiedergabe-Verfahren).
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Optimierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Ansprüchen
2 bis 12 angegeben. Dabei wird eine Minimierung der sich hier ergebenden vorneortungsermöglichenden Verschiebungsdistanz von
Kopfhörer-Schallwandlersystemen angestrebt.
Hierzu werden vorzugsweise breitbandig diffusfeldentzerrte Stereokopfhörer und/oder deren
Schallwandlersysteme verwendet. Grundsätzlich ist der Kern der Erfindung,
wie es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausdruck kommt, in unterschiedlicher Weise realisierbar. Besonders kostengünstig ist von einem herkömmlichen Kopfhörer auszugehen,
dessen Schallwandler in erfindungsgemäßer Weise nach vorne sowie nach unten verschoben angeordnet sind. Ein solcher Kopfhörer ist in den Ansprüchen 13 und 14 angegeben.
Alternativ hierzu ist es gemäß den Ansprüchen 15 bis 25 vorgesehen, einen Stereokopfhörer mit herkömmlicher Anordnung der Schallwandlersysteme am Außenohrrelief zu verwenden und die
erfindungsgemäße Vorneortung von Hörereignissen durch eine geeignete Entzerrung des
Stereokopfhörers oder Vorschalten einer
geeigneten zweikanaligen Filterschaltung zu
erzeugen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 26 bis 41 angegeben.
Es ist deshalb vorteilhaft, daß nach einer Vielzahl der Ansprüche 2 bis 41 verfahren wird. U.a. ist dies sinnvoll, weil damit eine Vorrichtung
geschaffen wird, welche
a) einen Dauerhörtest und/oder Dauermeßbetrieb
bei Vielfachanwendung des Verfahrens zur
Aufsuche der optimierten Anordnung von
Schallwandlersystemen zugunsten der
Hörereignislage horizontal-vorne
mit verschiedenen Personen ermöglicht, b) aus a) gleichermaßen im Fortlauf des
Verfahrens schneller und vereinfacht zu
den vorneortungsermöglichenden linearen
Verzerrungen {auch als Kammfilterstruktur interpretiert} und hieraus ein dementsprechend ausgebildetes mehrkanaliges
{digitales} Filtersystem liefert,
c) eine Vergleichbarkeit der Verfahrensausführungen nach a) und b) {Anordnung von Schallwandlern zugunsten der Hörereignislage
horizontal-vorne oder Anordnung von
Schallwandlern zugunsten der Hörereignislage oben-im-kopf mit vorgeschalteten Filtern} bietet sowie
d) eine generelle Vergleichbarkeit von
Hörereignissen mittels herkömmlicher,
vorneortungsermöglichender sowie
dreidimensional raumakustik-simulierender
Stereokopfhörer offeriert.
Darüberhinaus ist es von Vorteil, daß mittels ausschließlicher Unten-Kompensatiαnsverschiebung der Stereokopfhörer-Schallwandlersysteme gegen die üblicherweise auftretende Oben-Im-KopfLokalisation von Hörereignissen nach
einem der Ansprüche 2 bis 12 (Jedoch exklusive Vorne-Richtungsprägung) ein "virtuelles
Hörereignis" realisiert wird, das in seiner
Richtung nicht eindeutig festzulegen ist.
Desweiteren ist es vorteilhaft, daß zur
Realisierung eines Hörereignisses in
entgegengesetzt-horizontaler Sichtrichtung - also hinten - eine Kanalvertauschung links
mit rechts des zugunsten der Horizontal-VorneOrtung von Hörereignissen entzerrten
zweikanaligen Schallereignisses vorgenommen wird. Ferner ist es von Vorteil, daß bei der
Verwendung von mehrkanaligen Schallwandlersystemen zur Erzeugung einer besseren Räumlichkeit
bzw. Raumakustik Je beschallter Ohrmuschel, außer den vorne-unten plazierten Kopfhörer-Schallwandlersystemen für die Vorne-Ortung von Hörereignissen, eine Kopfhörer-Schallwandlersystemanordnung entgegen der Sichtrichtung
hinten-unterhalb der Außenohranatomie
nach Anspruch 36 gewählt wird. Alle vier
Schallwandlersysteme werden getrennt nach
Anspruch 35 ausgesteuert.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß das
Wiedergabeverhalten von Stereokopfhörer- Schallwandlersystemen nach einem der Ansprüche 21, 22, 39 und 40 mit den von BLAUERT und
GENUIT ausführlich beschriebenen Oberkörper- und Kopfreaktionen, z.B. einer terzbreiten
Pegelüberhöhung von 3 dB bei ca. 300 Hz, auf akustische Signale ergänzt wird. Ähnliches gilt auch für die Anordnung zugunsten der horizontalen Vorne-Ortung von Hörereignissen mittels Kopfhörer-Schallwandlersysteme (nach
Anspruch 13), die in ihrer Konzeption, d.h. hier übertragungsverhalten, speziell nach einer
theoretischen Signalübertragunsgrundlage (z.B. in reflektierenden Räumen) entzerrt wurden.
Diese wird bei Abweichung von den herkömmlichen Schal lwandlersystem-Positionen nicht mehr
exakt eingehalten, sodaß ein Klangbildabgleich (z.B. Diffusfeldnachentzerrung) nach einem
der Ansprüche 39 und 40 vorgenommen wird.
Dabei werden die durch die Kammfilterstrukturen erzeugten schmalbandigen Verzerrungen
(Bandbreite kleiner eine Terz) über breitbandigere (Bandbreite größer eine Terz) quasi-richtungsneutrale Korrekturen klanglich im gesamten
Hörbereich minimiert (u.a. auch Ausnutzung des Verdeckungseffektes bei der Wahrnehmung von
Schallreizen des Menschen).
Zudem ist es von Vorteil, daß die Anordnungen zur Erzeugung einer horizontalen Vorne-Ortung von Hörereignissen nach einem der Ansprüche
13, 15 oder 16 zu adequaten Außenohrübertragungsfunktionen führen. Dies bedeutet bei Idealentzerrung von Schallwandlernsystemen eine Übereinstimmung der im Gehörgang gemessenen frequenzabhängigen Pegelverlaufe, Je mittels Anordnung gemäß Anspruch 13, 15 oder 16. Weiter ist es vorteilhaft, daß die Aussteuerung der Kopfhörer-Schallwandlersysteme mittels eines Verstärkers nach Anspruch 41 bezüglich der Güte des elektrischen Übertragungsverhaltens mindestens die Anforderungen wie folgt einhält:
- Nutzsignal-Störpegelabstand größer 96 dB,
- Dynamik größer 60 dB,
- lineare Verzerrungen (max. Abweichung)
kleiner 0,5 dB und
- nichtlineare Verzerrungen kleiner 0,1 % .
Vorzugsweise gilt dies auch für alle digitalen Tonsignalverarbeitungen nach den Ansprüchen 26 bis 40. Darüberhinaus ist es von Vorteil, daß die
Datenmanipulation gemäß Anspruch 26 durch eine rechnergestützte, getrennt-mehrkanalige, digitale Simulation von Filtern und Tonsignalverzögerungen zur Erzeugung von mehrdimensional-raumakustischen Verhältnissen mittels eines Stereokopfhörers mit herkömmlicher Anordnung der Schallwandlersysteme am Außenohrrelief Verwendung findet. Dabei wird zunächst das in digitaler Code-Form befindliche unbearbeitete Stereotonsignal z.B. kopiert.
Hierauf wird das kopierte digitale Stereotonsignal zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne nach einem der Ansprüche 15 bis 22 entzerrt.
Danach erfolgt aus den in digitaler Code-Form befindlichen Stereotonsignalen die Erzeugung von mehrdimensional-raumakustischen Verhältnissen unter Ausnutzung der zwei Kanalpaare zugunsten der Hörereignislage oben-im-kopf und
horizontal-vorne, welche dann schließlich
zusammengemischt werden (vgl. mit Anspruch 36). Diese erzeugten raumakustischen Verhältnisse beruhen auf einer kanalweise unterschiedlichen, naturnahen, digitalen Simulation von
Raumref1exionsmustern.
Dabei ist es vorteilhaft, daß mittels
Hörversuche mehrere Hall- bzw. Raumsimulationen ermittelt werden, welche frei wählbar in die verschiedenen Kopfhörer-Schallwandlersysteme (vorverstärkt) gespeist und/oder variabel
zum Stereotonsignal zugemischt werden.
Vorzugsweise werden diese Raumsimulationen so ausgelegt, daß sich in Abhängigkeit der
Tonsignallautstarke eine spektrale Veränderung der Raumref1exionsmustes, u.a. angelehnt an
Freiraumdämpfung bei einer generellen
Schallausbreitung, ergibt.
Hinsichtlich einer mittels herkömmlicher
Stereokopfhörer und Tonsignal-Wiedergabegeräten (z.B. Compact-Disc-Player, Vorverstärker,
Fernseher, u.s.w.) erzeugten Hörereignislage horizontal-vorne ist es zudem von Vorteil, daß nach den Ansprüchen 30 bis 32 ein
auswechselbarer Datenspeicherbaustein
(praxisbezogen entspricht dies vorzugsweise
RAM- oder E-PROM-Karten), mit einprogrammierter Information (Code) einer individuellen Entzerrung zugunsten der Hörereignislage horizontalvorne, in vor Stereokopfhörer geschaltete
Tonsignal-Wiedergabegeräte, welche digital programmierbare Filter aufweisen, beispielsweise gesteckt wird und zur dementsprechend individuell angepaßten (vorneortungsermöglichenden)
Entzerrung dieser Geräte sowie des herkömmlichen Stereokopfhörers führt. Die mit Hilfe der Erfindung erzielbaren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bestehen
insbesondere darin, daß
a) unabhängig vom Tonaufnahmeverfahren (sei es
mono- oder stereophon, wie beispielsweise
AB-, XY-, Stützpunkt- sowie Kunstkopftechnik) eine horizontale Vorne-Ortung (Bühneneffekt) von Hörereignissen realisiert wird,
b) die bei der bisherigen Erzeugung einer
Vorneortung auftretende Reduzierung der
Stereobasisbreite (empfundenes Stereopanorama z.B. von 180 Grad bei normaler Stereokopfhörer- Beschallung mit Oben-Im-Kopf-Lokalisation auf 120 Grad Öffnungswinkel bei
vorneortungsermöglichender Kopfhörer- Schallwandlersystemanordnung, ca. zehn
Zentimeter in Sichtrichtung vorne,
gemäß dem Stand der Technik) erheblich
geringer ausffällt (hier größer 160 Grad, da geringere Verschiebungsdistanz),
c) der Wirkungsgrad der individuellen
ortungsverschiebenden Entzerrung vom
Kopfhörer-Typ größtenteils unbeeintrachtigt bleibt, wobei u.a. der Frequenzgang und
das Schallwandlersystem zu berücksichtigen sind,
d) Art und Zeitpunkt einer gewünschten
Ortungsverschiebung von köpfbezogenen
Signalen beliebig bestimmt werden,
e) aufgrund des mangelnden Wissens bzw.
wissenschaftlicher Erörterungen über die
Existenz einer der Oben- (-Im-Kopf-)
Lokalisation entgegenwirkenden
Kompensationsschallwandler- (-Schallereignis-) Verschiebungsrichtung "unten" (siehe oben
Literatur), im Zusammenhang mit einer Richtungs prägung "vorne", via Kopfhörer-Beschallung mehrdimensionale, real-räumliche akustische Verhältnisse von z.B. Konzertsälen, unabhängig vom Ursprung des Tonsignals geschaffen
werden können, (vgl. Kopfhörer-Quadrophonie: überwiegend Oben-Im-Kopf-Lokalisation, geringer Anteil der Vorne-Ortung von
"vorne-gedachten" Signalen),
f) mittels einer im Vergleich zur VorneVerschiebung bezüglich Verschiebungsdistanz wesentlich überwiegenden Unten-Verschiebung von Kopfhörer-Schallwandlersystemen weit über die Hälfte der bislang für adequate Hörereignisse nötigen Gesamt-Verschiebungsdistanz eingespart wird,
g) somit sonst übliche erhebliche Baßverluste bei vorne-ortungsermöglichenden Schallwandleranordnungen vor der Ohrmuschel auf einen geringen Wert reduziert werden und nicht zusätzliche u.a. Baß-Schallwandlersysteme direkt an der Ohrmuschel (neben
Mitten/Hochton-Schallwandlern) fordern, h) eine auf die mittlere Richtcharakteristik
des Ohres beruhende Kunstkopf- und/oder
Richtungmischpult-Aufnahmetechnik eher zur richtungsgetreuen Abbildung von
Schallen führt, da mittels der Wiedergabe- Kompensationsentzerrung "unten" die
Im-Kopf-Oben-Lokalisation individuell, aber auch merklich bei einer mittleren
Entzerrung, reduziert wird,
i) somit die von Kunstkopfaufnahmen
aufgebaute Richtungsinformation zur
Unterscheidung von u.a. "vorne" und "hinten" verstärkt, J) deshalb auch die Einführung eines
"mittleren" Filters zur gewünschten
Beeinflussung der Kopfhörer-SchallortungsPosition Erfolge verspricht (die "mittlere
Kompensationsentzerrung liefert im
Vergleich eine bessere Vorne-Ortung
als eine ausschließlich vom Kunstkopf
"vorne" empfangene sowie über Kopfhörer
unentzerrt wiedergegebene Schallquelle), k) eine erfaßte, geometrische, "mittlere" Anordnung von Schallwandlern eines Stereokopfhörers zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne immer, aufgrund des individuell wirkenden
Außenohrreliefs (Vorrausetzung: gehöranatomisch gesunde Personen), eine Wahrnehmung von Schallreizen in Sichtrichtung
horizontal-vorne auslöst,
1) der meßtechnische Aufwand, der für eine
elektrische, filtergebundene, köpfbezogene, individuelle Vorne-Entzerrung bislang
betrieben wurde (u.a. auch ein teuerer
schalltoter bzw. reflexionsarmer Meßraum
nötig), nun kostengünstiger ausfällt und
m) eine außerhalb der üblichen HiFi-Anwendung
mögliche Nutzung von vorne-ortungsermöglichenden Stereokopfhörern, z.B. im
Zusammenhang mit der Telekommunikation
{Hör- (Sprecher) und Sehereignis eines vorne befindlichen Monitorbildes stimmen überein}, geboten wird. Nachfolgend soll die Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden; in diesen zeigen: Fig. 1 einen "Datenflußbaum" zur
Darstellung aller möglichen
Teilschritte, die ausgehend von der herkömmlichen Schallwandleranordnung zu der
Anordnung führt, mit welcher die erfindungsgemäße
horizontale Vorneortung von
Schallereignissen ermittelt wird,
Fig. 2 die Vektoren von in einer
vertikalen Ebene befindlichen Schallrichtungskomponenten, welche während des erfindungsgemäßen Verschiebungsvorganges der
Kopfhörer-Schal lwandler
auftreten,
Fig. 3 einen ersten frequenzabhängigen
Differenz-Pegelschrieb
{für Proband Nr. 1}, wie er sich bei der Verwendung einer individuell angepaßten
Filterstufe ergibt, welche zu einer Vorne-Ortung führt,
Fig. 4 einen zweiten frequenzabhängigen
Differenz-Pegelschrieb
{für Proband Nr. 2}, wie er sich bei der Verwendung einer individuell angepaßten
Filterstufe ergibt, welche zu einer Vorne-Ortung führt und Fig. 5 ein bestimmtes Raumreflexionsmuster mit stereophonzeitlich und -energetisch
unterschiedlicher Wand- Erstreflexionsverteilung.
Für einen Gesamtüberblick des mit der Erfindung erzielbaren Anwendungsspielraumes soll
ein "Daten-Baum" dienen, der über mögliche
Signalflüsse und Konsequenzen der nacheinander zu verrichtenden Teilschritte Aufschluß gibt {siehe
Figur 1}. Grundstadium bildet ein herstellergerecht aufgesetzter Kopfhörer (1), worauf basierend mittels eines itterativen Suchverfahrens (2) eine Position (3) der Kopfhörer-Schallwandlersysteme am Außenohr zur Vorneortung von Stereotonsignalen ausfindig gemacht wird.
Unter Anwendung der dabei gewonnenen Daten über die neue Lage der zwei Kopfhörer-Schallwandlersysteme ist einmal eine spezielle Halteeinrichtung {z.B. Kopfband, Kopfbügel und Kopfhörer-Kapsel} für diese so konzipiert, daß damit eine konstante Vorneortung von Hörereignissen, ohne manuelle
Hilfsmittel {festhalten mit zwei Händen},
gegeben ist (3a).
Zur Bildung einer räumlichen Akustik {z.B. eines Konzertsaales mit Raumreflexionsmustern} ist die vorherige Kopfhörer-Schallwandler-Halteeinrichtung {zu (3a) oder Ähnl i ches} mit adequaten Schallwandlern, Je Stereokanal, vor der Ohrmuschel
{vergleichbar mit (1)} ergänzt, um eine Art
köpfbezogene ambiophone Tonsignalwiedergäbe (3b), aufzubauen. In diesem Zusammenhang wird den beiden vorneortungsermöglichenden Schallwandlersystemen {gemäß (3a)} das damit vorneortungsverzerrte
Stereotonsignal (evtl. ähnlich "verhallt") und den an der Ohrmuschel befindlichen Wandlern eine geeignet verzögerte {bezogen auf die Kanäle bzw. Schallwandler, gem. (3a)}, nicht vorneentzerrte "Hallkomponente" zugeleitet {also akustische
Raumreflexionsmuster (6) z.B. eines Konzertsaales, die aus dem Originalsignal zu gewinnen sind;
siehe dementsprechend auch unten: Erörterungen zu (5Ib1), (5Ib2) und (6)}.
Ein wahlweise schaltbarer Vierkanalbetrieb eines mehrkanaligen Kopfhörers ist außerdem vorgesehen.
Alternativ hierzu werden mittels zweier
Kopfhörer-Außenohr-übertragungsmaßbestimmungen, bei Schallwandlerpαsition gemäß (1) und (3), Differenzpegelbildungen auf digitaler (41) oder analoger (4II) Datenverarbeitungsebene durchgeführt.
In (41) werden außerdem mittels dieser
Rechnerunterstützung Verknüpfungen von Daten vorgenommen, wie es die Erfassung einer
individuellen, beidohrigen, "mittleren"
{mindestens über 4 Wiederholungsmessungen} und vorneortungsermöglichende Entzerrung
darstellt. Im Fall einer echten mittleren
Entzerrung wird dies wiederum anhand
einer Personengruppe {je Persαnengruppe
mindestens acht Probanden} getätigt.
Dabei wird nicht über z.B. 4 bzw. 4 * 8
Außenohr-Übertragungsfunktionen eine Strukturmittelung, gemäß einer statistischen Mittelwertsbildung von relativen Pegelwerten, sondern aus den vorliegenden Übertragungsfunktionen diejenige ausgewählt, die die meisten
Charakteristika der anderen aufweist
{ähnlich einer empirischen Korrelation}.
Aus einer Erweiterung dieser statischen Sicherung von frequenzabhängigen Pegeldaten mittels einer sehr großen Personengruppe sind für in sich ähnliche Außenohr-übertragunsfunktionen mehrere Teilgruppen zusammenzustellen, für die jeweils eine zweikanalige horizontalvorneortungsermögl ichende Entzerrung genügt.
Das heißt, daß diese ausgesuchte Entzerrung für eine der Teilgruppen nahezu vollständig auf die individuelle Richtcharakteristik eines beliebigen Teilgruppen-Probanden eingeht. Somit wird die bei Verwendung einer ausgesuchten "mittleren" Horizontal-Vorneortungsentzerrung vermehrt zu erwartenden Oben-Im-Kopf-Lokalisation, gegenüber der z.B. hier erfindungsgemäß angewandten vier "mittleren" Entzerrungen, gesichert reduziert.
Hierzu ergänzend ist darauf hinzuweisen, daß zur weiteren Reduzierung der Oben-Im-Kopf-Lokalisation ohnehin die Nutzung einer "individuellen"
vorneortungsermöglichenden Entzerrung beiträgt {näheres zu einer anwenderbezogenen HardwareAusführung, siehe Punkt E}.
Die Daten von (41) sind gleichermaßen auch über alternative Eingabeverfahren (2a) ermöglicht.
Dies wird i.a. alfa-nummerisch {per Tastatur
Eingabe der Pegelwerte z.B. Viertelterz-Frequenzschritt}, via BildschirmGraphikeinzeichnung {Frequenzgang} oder über eine Abtastung der menschliche Anatomie verwirklicht. Für (2a) müssen dabei die Daten von (2) bzw.
daraus folgend (3) und die Beschallungscharakteristik von dem Versuchskopfhörer
vorliegen. Die bei (4I) oder (4II) entstandenen vorneortungstypischen frequenzabhängigen Pegelverzerrungen sind entweder in das Übertragungsmaß eines
Stereo-Kopfhörers (4IIa) oder in ein vor den anzusteuernden Stereokopfhörer geschaltetes Gerät {bzw. zu entwickelnde, elektrische Schaltung) zur Vorentzerrung (4IIb} bei verwendeter nichtvorneortungsermöglichender Stereokopfhörer
integriert. Es wird (4IIb) analog oder digital aufgebaut.
Al ternativ zu oben ist aus (4I) zweikanalig entwickelt
- eine vorne-ortungsermöglichende Entzerrungsschaltung {ähnlich (4IIb)}, je nach Art des nachzubearbeitenden Tonsignals {hier z.B.
analog} mittels serieller Datenverarbeitung über einen Analog-Digital-Wandler,
Prozessor {und andere Elemente eines
EDV-Systems} sowie Digital-Analog-Wandler (51a), - eine Schaltung zur seriellen Datenverarbeitung mit gleichen Elementen wie bei (51a), die eine geeignete Mischung (Datenverknüpfung) von vorneortungsermöglichend entzerrtem und
nicht-vorneortungsermöglichend entzerrtem, aber sinnvoll verzögertem sowie
raumreflexionsorientiertem (6) bzw.
verhalltem Stereotonsignal (5Ib1) oder,
- eine, gemäß (5Ib1), abgeänderte Schaltung,
so daß zusätzlich auch der vorneortungsermöglichend entzerrte Signalanteil geeignet mit Stereo-Raumreflexionen (6)
{in der Hallstruktur jedoch von (5Ib1)
abweichend}, lautheitsmäßig jedoch geringer {leiser}, versehen wird (5Ib2) sowie - Modelle zum Gebiet der Sinneswahrnehmung
Hören und deren daraus zu schließende
Konsequenzen auf die köpfbezogene
Stereophonie (5Ic), die beispielsweise einen direkten Einfluß auf die linearen vorneortungsermögl ichenden Verzerrungen unterhalb von ca. 2 kHz Einfluß nehmen {Relevanz der akustischen Wirkungsweise von Kopf und
Oberkörper bei der Vorneortung von
Schallereignissen}. Dabei werden aus den
Erkenntnissen von (51c) auch je (4IIb), (5Ia), (5Ib1) und (5Ib2) entwickelt, welche
i.a. individuell {oder auf einem gemittelten Datensatz} entzerrte Stereoton-Wiedergabe- Vorrichtungen darstellen.
Das Element (6) entspricht einem Raumsimulator, der entsprechend bezogen auf den Anwendungsfall bei "kopfbezogener Mehrkanal-Wiedergabe"
{mindestens zwei Kanäle} natürliche akustische Verhältnisse von Abhörräumen oder Konzertsälen variabel aufbaut. Dies ist durch eine geeignete kreuzweise oder serielle Datenverknüpfung
{i.a. mit Entzerrung}, je Stereo-Kanal
{auch -Paar, siehe Fall (51b2)}, realisiert.
Zudem ist eine geeignete Verzögerung des
Tonsignals, je Stereokanal, zwischen der vorneortungsentzerrten und -nicht-entzerrten
Komponente enthalten {für (3b), (5Ib1) und (51b2) relevant}. Eine wahlfreie Umschaltung zwischen bestenfalls mehreren Versionen der elektrischen
Modifikation des Stereo-Tonsignales zur Simulation der Vorne-Ortung mittels Kopfhörer ist, incl. der Anwahlmöglichkeit des unbeeinflußten Originaltons, vorgesehen. Es wird eine Miniaturisierung (7) der die Daten verarbeitenden Elemente (4IIb), (51a), (5Ib2) und (5Ib2) angestrebt. Dies betrifft insbesondere die zu verwendenden Bauteile und den jeweiligen gesamten Schaltungsaufbau.
A) Lokal isationserkennang
Als erstes werden dem Probanden, der von einem
Stereokopfhörer beschallt wird, die wesentlichen Effekte eines für die Erfindung typischen
Hörereignisortungstests erklärt. Insbesondere gehört dazu die von dem versuchsleitenden Personal zu demonstrierende exakte Unterscheid- und
Einstufbarkeit von i.a.
a) oben-im-kopf-lokalisierten {d.h. 90 Grad
senkrecht bzw. lotrecht "auf der Kopfdecke" befindlichen} sowie
b) vorne-außer-köpf-lokalisierten {d.h. Null Grad horizontal in Blickrichtung vorne befindlichen} Hörereignissen.
Nachdem ein fließender Übergang zwischen a) und b), insbesondere bei dem bevorstehenden Versuch zur Auffindung des neuen vorneortungsermöglichenden Kopfhörer-Schallwandleraufenthaltsortes, existiert, beispielsweise ein empfundenes Schallereignis in Blickrichtung, 45 Grad Elevationswinkel
{in der Medianebene} vor der Stirn, erhält diese zu trainierende Ortungsfähigkeit eine besondere Wichtigkeit. Ziel ist es, daß sich der Proband selbstständig jederzeit mittels der Verschiebung von Kopfhörer-Schallwandlersystemen,
üblicherweise während einer angenehm
empfundenen musikalischen Beschallung, eine horizontale Vorneortung {nach b)}, realisieren kann. Dies wird als "Bühneneffekt" bezeichnet, da die subjektiv empfundene Schallereignislage "vorne" simuliert wird; real existiert dort z.B. kein
Orchester.
Hierzu empfehlen sich beliebige Tonkonserven, die mittels intensitätsstereophoner Technik
aufgenommen wurden. Kunstköpf-Musikproduktion sind ungeeignet, weil u.U. keine eindeutige
Oben-Im-Kopf-Lokalisation via Stereokopfhörer vorgefunden wird.
Bevor sich der Proband den "BühnenEffekt", d.h. die horizontale Vorneortung,
aufbaut, soll vorab ein schematischer
überblick zur Vorgehensweise dargelegt werden:
Figur 2 zeigt mittels vektorieller Darstellung in der Medianebene einmal die Komponente (1) der Schallquellen-Ortung bei unverändert, d.h.
herstellergerecht aufgesetzten Stereokopfhörer-Schallwandlersystemen {(5); deutet die Umrisse einer Kopfhörer-Kapsel an}. Sie entspricht der
Oben-Im-Kopf-Lokalisation (1) von Hörereignissen bei stereophoner Kopfhörer-Beschallung. Ein zweiter Vektor (2) bildet die Oben-KOMPENSATIDNS-Richtung "unten" bei einer Positionsverschiebung der Stereo-Kopfhörer-Schallwandlersysteme. Hiermit wird der Oben-Im-Kopf-Schallquellenortungsanteil (1) elimiert. Vektor (3. stellt die PRÄGUNG der Hörereignis-Richtungswahrnehmung "vorne",
also des "Bühneneffekts", dar. Dabei wird der herstellergerecht am Außenohr (4) befindliche
Stereokopfhörer {in Umrißdarstellung (5)},
nach den Bewegungsvektoren (2) und (3) in eine hörereignis-vorneortungsermöglichende Lage
gebracht {siehe Element (6) von Fig. 2}. Zudem sind die Kopfhörer-Schallwandlersysteme (6) zum Außenohr (4) hin in einem Winkel von z.B. 30 Grad für eine Aufwertung des akustischen
Wirkungsgrades geneigt {gem. der
perspektivisch-isometrischen Darstellung der
Umrisse eines Kopfhörer-Schallwandlersystems von Element (6)}. Die Schallausbreitungsrichtung wird hierbei durch die Vektoren (7) dargestellt.
B) Ortunastest
Diese in der Theorie schematisch abgehandelten Vorgänge, gemäß Figur 2, gilt es daraufhin in die Praxis umzusetzen. Wichtig ist dabei,
daß die Versuchsperson wieder, z.B. musikalisch "stereo" per Kopfhörer beschallt wird. Als
Test-Kopfhörer eignen sich besonders jene gängigen Modelle, die
a) nach dem "offenen" Prinzip sowie
b) ohrumschließend arbeiten,
c) über einen verstellbaren Kopfbügel sowie d) über mehrachsig verstellbare Schallwandler
verfügen und
e) deren Schallwandlersysteme {je Kanal} eher
einer Punktschallquelle entsprechen.
Breitflächenstrahler mit z.B. Abmessungen von 100 X 100 Millimeter sind {ausschließlich} im Rahmen der Ortungstests ungeeignet.
Für das gesteckte Ziel "horizontale
Vorneortung" von Hörereignissen wird folgender itterativer Arbeitsgang bestritten:
Zunächst wird der Stereokopfhörer gemäß der
Herstellerangaben aufgesetzt und dann die
Signalaussteuerung der akustischen Wandler getätigt. Daraufhin werden beide KopfhörerSchal lwandlersysteme mit beiden Händen ungefähr soweit von der Kopfdecke/Schläfenseite abgehoben {ca. 5 bis 10 Millimeter}, daß die KopfhörerAuflagepolster geradeso über die Ohrmuscheln streifbar sind. Danach werden, achtend auf
die räumliche Lage des Hörereignisses,
in Verschiebungsschritten kleiner 5 Millimeter, die Kopfhörer-Schallwandlersysteme, je nach vorne {in Sichtrichtung} und nach unten
{lotrecht in Schulterrichtung}, bewegt.
Nach i.a. gut 15 Millimeter zweidimensionaler Verschiebungsdistanz liegt eine markante
Hörereignis-OrtungsverSchiebung vor {Elivationswinkel in der Medianebene von z.B. 30 Grad vorne}, die veranlaßt, daß nun nicht mehr abwechselnd, sondern vom Einzelfall der HörereignisOrtungsveränderung abhängig zu machen, ein
bestimmter Stereokopfhörer-Verschiebungsvorgang realisiert wird. Im dem gerade genannten
Beispielsfall von 30 Grad Elevationswinkel ist bereits eine ausreichende Vorne-Prägung des
Hörereignisses anzunehmen, weshalb sich
eine wenige Millimeter umfassende zusätzliche Kompensationsverschiebung nach unten {gegen den Oben-Im-Kopf-Lokalisationsanteil gerichtet} empfielt. Bewirkt diese Verschiebung
eine noch nicht der horizontalen Vorneortung entsprechende Hörereignislage, so wird die
gerade vorgenommene Unten-Verschiebung in ihrer gewählten Millimeter-Distanz halbiert, d.h.
auf die Hälfte reduziert. Dann wird mittels nochmals verringerter Verschiebungsschritte, gleichermaßen auf empirische Weise, addierend oder subtrahierend der gesuchte "Bühneneffekt" optimiert. In diesem Beispiel wird zunächst eine Verschiebung von ein bis zwei Millimeter nach Vorne, danach erst der weitere, empirische, abwägende Verschiebungsvorgang gewählt. Wenn die vorneortungsermöglichende, neue Lage des
Stereokopfhörers aufgefunden ist, wird schließlich a) eine geringfügige Sicherungsverschiebung
nach unten um ca. einen Millimeter angefügt und
b) zur Verbesserung des GehörgangsbeschallungsWirkungsgrades beide Kopfhörer-Schallwandlersysteme winkelig zur Ohrmuschel hin angeordnet {ca. 20 bis 40 Grad Azimut- und
Elevationswinkel in der Horizontal- und
Medianebene}. Falls sich dabei die empfundene Hörereignislage ungünstig verändert,
wird bei winkelig gehaltenen Kopfhörer- Schallwandlersystemen nochmals eine korrigierende Fein-Nachverschiebung {siehe oben ab
"empirischer, abwägender VerschiebungsVorgang"} getätigt.
Beispielsweise ergibt sich mit einem handelsüblichen Kopfhörer-Modell, der, je Kopfhörer-Kapsel, über einen kreisrunden Schallwandler
{Durchmesser ca. 40 Millimeter} verfügt, eine
Endverschiebungsdistanz lotrecht nach unten
von 45 Millimeter und in Sichtrichtung nach
vorne von 15 Millimeter. Als Referenzpunkt dient hier der Ohrkanal, vor dem sich mittig angeordnet normalerweise eine herstellergerecht aufgesetzte Kopfhörer-Kapsel befindet. Dies entspricht bei Probandenversuchen einem gängigen Verhältnis von 3:1 {Gegenüberstellung der Unten- mit VorneVerschiebungsdistanz}.
Im Bezug auf eine anvisierte mehrkanal ige Außenohr- Beschallung {gemäß Fig. 1 (3b)} ist, neben dem vorne-unten {je Ohrmuschel} plazierten, vorneortungsermöglichenden Schal lwandlersystem
{Austeuerung mit direktem bzw. unbearbeitem
Tonsignal}, ein sekundäres Schallwandlersystem {Austeuerung mit Raumreflexionsmustern},
das im Normalfall herstellergerecht vor der Ohrmuschel angeornet wird, ausgehend vom Referenzpunkt Ohrkanal, gegen die Sichtrichtung nach hinten-unten zu verschieben und schließlich zu plazieren. Hinsichtlich der Auffindung des hierfür geeigneten Schallwandleraufenthaltsortes werden die oben genannten Verfahrenschritte vollzogen. In diesem Zusammenhang wird eine minimale Verschiebungsdistanz mit maximalem
Effekt gesucht, welche bei Austeuerung solcher hinten-unten plazierter Schallwandlersysteme mit stereophonen Tonsignal "virtuelle"
{Begriff: siehe Seite 1 ff.} Hörereignisse mit leichter hinten-antei liger Ortung erzeugen.
Hinweis: Eine generelle Hinten-Unter -Anordnung von Schallwandlersystemen zur Hintenortung von Hörereignissen bei stereophoner Kopfhörer-Beschallung ist aufgrund der Außenohr- Formgebung {"anatomisches" richtungsabhängiges Filter} mit größeren Verschiebungsdistanzen, im Verhältnis zu Vorne-Unten-Anordnung von
Schal lwandlersystemen, zu aufwendig und somit weniger praktikabel.
Werden schließlich die vorne-unten [I] und hinten-unten [II] plazierten Schallwandlersysteme mit den ursprünglich vorgesehenen Tonsignalen
{direktes Tonsignal für [I] und Raumreflexionsmuster für [II]} Aussteuerung, dann wird,
im Vergleich zur Anordnung, gemäß Figur 1 (3b), ein nochmals verbreitertes, dreidimensionalräumlich aufgewertetes Hörereignis geboten.
In Figur 1 ist demnach eine Erweiterung des
"Daten-Baums" möglich. Diese u.a. vorneortungsermöglichende Lage von Stereokopfhörer-Schallwandlersystemen wird bis nach Beendigung der Erhebung von Daten in Gestalt der Anordnungsgeometrie oder eines Außenohr-Übertragungsmaßes konstant eingehalten.
C) Hardware-Konzept
Die hiermit erfaßten und damit vorliegenden meßtechnisch-konstruktiven Daten über die
erfindungsgemäße Realisierung einer horizontalen Vorneortung von Hörereignissen mittels der
Verschiebung von Stereokopfhörer-Schallwandlersystemen werden nun in einem der drei möglichen Praxisanwendungsfalle vertieft:
Wesentliche Grundlage bilden
a) mehrere elektrische Datenverarbeitungssysteme {EDV-Systeme}, welche aus diversen analogen, breitbandigen Signalen auf digitaler Ebene eine zweikanalige analoge Korrekturinformation {z.B. in Gestalt eines vorneortungsermöglichenden Filters} erstellen sowie
b) die Erkenntnis, daß Prozesse der menschlichen Richtungsunterscheidung von akustischen
Signalen auf lineare Verzerrungen des
Außenohrreliefs {sowie Kopf, Oberkörper} zurückzuführen sind. Dies gilt gleichermaßen bei allen räumlich verteilten Schallquellen, also auch bei Kopfhörer-Beschallung des
Außenohres.
Somit werden am Außenohr auch bei beliebigen
Aufenthaltsorten der Kopfhörer-Schallwandlersysteme variierende, {vorne-} richtungstypische lineare Verzerrungen erzeugt, die nun für
c1) normal, herstellergerecht aufgesetzte und c2) verschobene, "vorneortungsermöglichende"
Stereokopfhörer-Positionen aufgenommen werdee. D) Messung von linearen Verzerrungen bei der
Kopfhörer-Verschiebung
Um eine von der Richtungsverschiebung unabhängige Vorneortung zu simulieren, wird eine frequenzabhängige Differenzpegelbildung angesetzt, woraus erfindungsungsgemäß die nötige vorne-richtungsspezifische, additive nachträgliche Vorentzerrung von Stereokopfhörer-Schal lwandlerSystemen
wie folgt ermittelt wird: Zunächst werden
geeignete , d.h. die Gesamtmessung nicht
verfälschende {Dynamik größer 58 dB, Klirrfaktor kleiner 0,1 %, Frequenzgang von 20 Hz
bis 20 kHz} oder Probanden nicht verletzende, frequenzgang-nachkorrigierte Sonden
{Miniaturmikrofonkapseln, die über eine
schlauchartige SchallZuführung akustische
Signalproben aus dem Gehörgang oder Ohrkanal entnehmen} ca. 4 Millimeter innerhalb des
Gehörgangs implantiert.
Für eine spätere digitale SignalWeiterverarbeitung wären im übrigen sogenannte "digitale Mikrofone" {in der Tonstudioebene bekannt} sinnvoller.
Geeignete Typen sind zur Zeit noch nicht
verfügbar.
Das von dem Miniaturmikrofon erzeugte {analoge} elektrische Wechselsignal {ca. 10 Millivolt} wird üblicherweise auf ein Spannungniveau
größer 0,5 Volt verstärkt {technische Daten zur Verstärkergüte, gemäß Mikrofon}, damit später eingesetzte, dieses Signal weiterverarbeitende Analog-Digital-Wandler, vor den eigentlichen
EDV-Systemen, nicht in einem Quantisierungsbereich arbeiten und deshalb eine unzureichende Auflösung bzw. Tonsignal-Abtastqualität aufweisen würden. Es wird aus der Vielzahl von Meßmethoden
{siehe Seiten 1 ff.} der Sinus-Sweep von 20 Hz bis 20 kHz ausgewählt, da eine sofortige Offenlegung der Außenohr-Kopfhörer-Schallwandler-Reaktion, in Form von frequenzabhängigen Pegelschwankungen, für das Verfahren zugrundeliegt. Es wird ein
Schallpegel von üblicherweise kleiner 75 dBSPL gewählt.
Eine nachfolgende Differenzpegelbildung, von den {repräsentativen} Frequenzganggraphiken "Kopfhörer normal" {herstellergerecht an der Ohrmuschel} und "positionsvariiert" aufgesetzt, d.h.
Pegelwerte von der als zweites minus der zuerst genannten Graphik, entspricht z.B. der gezeigten Kurve, gemäß Figur 3, die mit einem Außenohr einer individuellen Person {mit Tendenz zur "mittleren" Richtcharakteristik} aufgenommen wurde:
Es fallen primär zwei breitbandige 4 dB-Anhebungen um 1,8 kHz, 3,6 kHz sowie eine breitbandige IS dB- tiefe Senke zwischen 5 kHz und 8 kHz auf.
Sekundär sind schmalbandige Resonanzen um 4,8 kHz {max. Pegel 5,5 dB}, um 8,5 kHz {max. Pegel 3 dB} und ein Einbruch bei 11 kHz {min. Pegel
minus 7 dB} zu erkennen. Ab ca. 12 kHz wechseln sich kammfilterartig, im Rhythmus von ungefähr 2 kHz, Resonanzen und Senken ab.
Der gezeigte, bei einer individuellen Person {Nr. 1} gemessene Differenzpegel-FrequenzgangVerlauf beinhaltet unterhalb der Frequenz
von 1 kHz keine für die kopfhörer-erzeugte
Vorne-Ortung relevanten Pegelunebenheiten
mehr. Dies ist korrekt und besitzt
Allgemeingültigkeit, denn a) vermag das Außenohrrelief {siehe Fig. 2 (4)} aufgrund seiner Abmessungen nur oberhalb einer Frequenz von ca. 1 kHz als akustischer Dämpfer und Resonator zu dienen, und
b) zeigt der kontinuierliche Frequenzgangabfall zu Baßpartien hin den reduzierten
Wirkungsgrad von "offenen"
Schallwandlersystemen bei nicht am
Außenohr herstellergerecht befindlichen
{aufgesetzten} Stereokopfhörern.
Deshalb wird speziell im Kapitel E dieser untere Frequenzgangbereich mittels Hörtests zur
Verbesserung einer tonsignal-breitbandigen horizontalen Vorneortung von Hörereignissen nochmals dahingehend untersucht, ob dieser durch additive Pegelanhebungen {z.B. terzbreit + 3 dB bei 300 Hz} und/oder -absenkungen effektiv ergänzt werden soll.
Im Vergleich zu anderen Differenzpegelschrieben kristallisierte sich hier insbesondere der relative Frequenzgangabfall unterhalb 1,8 kHz, die Senke im Bereich von 5 bis 8 kHz, die
Anhebungen zwischen 1,5 und 5 kHz, um 8,5 kHz sowie gemittelt. oberhalb von 12 kHz heraus.
Die markanten Punkte im Frequenzgang können um einige hundert Hertz frequenzmäßig streuen. Desweiteren ist vereinzelt eine ca. terzbreite relative Anhebung (1 bis 3 dB) unter 500 Herz festzustellen.
Der markante Baßeinbruch von minus 10 dB
gegenüber dem kontinuierlichen Frequenzgangabfall zu tiefen Frequenzen hin {ca. 5 dB im Vergleich zum 1 kHz-Pegelwert} wurde durch einen Fehler bei der Messungsdurchführung erzeugt. Dies belegt Figur 4, welche eine weitere Erfassung von linearen Verzerrungen bei vorliegender
vorneortungsermoglichendem Schallwandleranordnung eines Stereokopfhörers darstellt. Für die
Messungen gemäß Figuren 4 stand ein weiterer, willkürlich ausgesuchter {zweiter} Proband zur Verfügung. Trotz der unterschiedlichen AußenohrAnatomie von Proband I und II tritt eine
hohe Korrelation im wesentlichen Frequenzbereich zwischen den beiden Differenzpegel-Graphiken auf {vgl. Fig. 3 mit Fig. 4}, was die Pegelüberhöhung bei den Frequenzen kleiner 2 kHz, 4 kHz und 8 kHz sowie die Dämpfungseinbrüche um
die Frequenzen 6 kHz und 11 kHz belegen.
Desgleichen ist in Figur 4 ein aus Figur 3 bekannter, ähnlich kontinuierlich verlaufender Frequenzgangabfall zu tiefen Frequenzen hin feststellbar. E) Rechnergestützte Ωatenbearbeitung
Nachdem Arbeiten, wie das Erstellen von
Frequenzgangschrieben und ineinander zu
verrechnende Pegel, angewendet für ein breites Publikum, vielfach zu tätigen sind, wird die Erfassung dieser Daten rechnergestützt
vereinfacht. Dabei wird die als elektrische
Wechselsignale vorliegende, akustische
Information eines Schallfeldes {für Kopfhörer- Außenohr-Übertragungsmaße} mittels eines vor eine EDV-Anlage geschaltenen Analog-Digital- Wandlers in einen für EDV-Systeme
weiterverarbeitbaren Code gewandelt.
Beliebige Signal-Weiterverarbeitungsprozesse, wie Abspeichern, Erzeugen von digitalen Filtern, Erstellung von Außenohr-Modellen usw., sind dann über geeignete Software-Steuerungen abwickelbar. Desweitern werden die erhaltenen vorneortungermöglichenden Entzerrungen, die bekanntlich {siehe oben} den DifferenzpegelSchrieben entsprechen {nach durchgeführten
köpfhörer-gestützten Hörtests entstanden},
durch ergänzende Pegelanhebungen und -absenkungen, gemäß typischer Reflexionen, Dämpfungen und
Beugungen an der Anatomie des Menschen {inklusive Kopf und Oberkörper}, ergänzt.
In diesem Zusammenhang wird, wenn ausreichende praktische und theoretische Grundlagen bezüglich der akustischen Wirkungsweise der menschlichen Anatomie in EDV-Anlagen gesammelt oder
erarbeitet wurden, eine von den Bestimmungen des Kopfhörer-Außenohr-Übertragungsmaßes befreite, individuelle dreidimensionale "Ohr-Simulation" angestrebt. Das bedeutet, daß von den hier als Basisvorschlag angewendeten Sinus-Frequenzgangmessungen im Ohrkanal in naher Zukunft Abstand genommen wird. Die Erhebung der bei Kopfhörer-Schallwandler-Verschiebung erzielbaren, für die Vorneortung von Schallereignissen relevanten individuellen linearen Verzerrungen wird dann wesentlich über dreidimensional-räumliche
Abtastvorgänge am Körper des Menschen
vorgenommen. Diese AbtastVorgänge werden
u.a. mittels Ultraschall {-Durchleuchtung:
Abbildung der Ohrmuschel-Anatomie} homogener oder inhomogener Lichtbestrahlung realisiert
{mittels Laser: Reflexion an der Hautoberfläche}. Unter rechnergestützter Verknüpfung von Daten über
a) die Beschallungsrichtcharakteristik der
Kopfhörer-Schal lwandlersysteme
{beidkanalig}, b) die für die Vorne-Ortung erfaßte KopfhörerSchallwandler-Verschiebungsdistanz und
c) die Schallausbreitung an der Anatomie
des Menschen {Reflexionen, Beugungen und
Dämpfung an der Ohrmuschel etc.}
werden die individuellen vorneortungsspezifischen linearen Verzerrungen errechnet und auf ein
Permanentspeichermedium {z.B. auf Diskette}
zur eventuellen späteren Weiterverarbeitung
der Daten festgehalten. Eine {u.a. empirische}
"Mittelwertsbildung" aus vier Versuchsdurchläufen, wie es bei der Sinus-Frequenzgangmessung
vorgenommen wird, ist aufgrund der hier vorliegenden verfälschungsarmen, rechnergestützten Datenerfassung {Laser-Abtastung} und/oder
Simulation unbedeutend. Außerdem wird parallel zu dieser Datenverarbeitung die Möglichkeit
der Eingabe von Kopfhörer-Außenohr-Übertragungsmaßen via
a) nummerische Tastatureingabe frequenzabhängiger Pegelwerte und
b) graphische Einzeichnung des frequenzabhängigen Pegelverlaufes am Bildschirm z.B. per schnittstellengekoppelten (Richtungssensor) Griffel bzw. Stift gewährleistet.
Somit ist eine komplette und/oder getrennte
Simulation aller beteiligter Elemente bei
Stereokopfhörer-Beschallung {spätere Ergänzung auf Ganzkörperbeschallung integrierbar},
sei es die Wirkungsweise der Ohrmuschel separat zu oder mit der Kopfhörer-Schallabstahlungscharakteristik, möglich. Die Erweiterung des EDV-Systems ist beispielweise wie folgt noch sinnvoll: Die in Digital-Code-Form vorliegenden Daten über die beidσhrigen linearen Verzerrungen {zur Vorneortung mittels Kopfhörer} werden zu einer Schnittstelle gesendet, die eine programmierbare Festwertspeicher-Einheit versorgt. Dabei werden möglichst kleine,
auswechselbare Speichermedien, wie Disketten, E-Prom-Karten {E = electric, Prom = programmable read-only-memory} u.s.w. v wendet.
Diese auswechselbaren, steckbaren Datenspeicher werden dann für eine beliebige Anpassung, d.h. binaurale Vorneortungsentzerrung, beliebiger Konsumer-Elektronikgeräte benützt. Solche
Geräte {Vollverstärker, Compact-Disc-Player, Fernseher etc.} verfügen über einen StereoKopfhörer-Ausgang und u.U. {d.h. heute zunehmend integriert} über einen geeigneten stereo
ausgelegten Analog-Digital- und/oder DigitalAnalog-Wandlerteil . Zur Individualanpassung des Gerätes wird vor der eigentlichen Nutzung der Vorrichtung dann beispielsweise eine E-Prom-Karte in einen dafür konzipierten Schacht zum Lesen der E-Prom-Karte gesteckt. Die von dem Tonsignal-Wiedergabegerät {VollVerstärker, Compact-Disc-Player etc.} gelesene digitale Information der E-Prom-Karte erzeugt daraufhin prozessorgesteuert u.a. die vorneortungsrelevante Entzerrung
der die beiden Kopfhörer-Schallwandler speisenden Tonsignalausgänge.
Ferner ist eine Erweiterung des Aufgabengebietes von digitalen, prozessorgesteuerten Geräten zur Tonsignalwiedergäbe vorgesehen:
Durch Datenmanipulationen, wie Bit-Verschiebung und Zwischenspeicherung, wird unter Kenntnis der Reflexionsmuster von akustischen Räumen z.B.
eine variable Stereoverhailung in mindestens zwei Ausführungen angeboten, und zwar mittels geeigneter Vermischung
a) des vorne-entzerrten Stereo-Tonsignales
mit der Stereo-Hallkomponente {hier jedoch lautheitsmäßig im Vergleich zum Stereo-TonSignal geringer/leiser als bei b); vgl. mit Fig. 1: (3a), (51b1)} und
b) so, daß im Fall a) das vor der
Vorneentzerrung dem Stereotonsignal
zusätzlich eine, von der nicht vorneentzerrten Hallkomponente
{Raumreflexionsmuster von a)} abweichende, Stereo-Verhallung erzeugt und zugemischt wird {vgl. mit Fig. 1: (3b), (5IbII)}.
Nach Figur 1 werden beispielsweise im Fall (3b) das unbearbeitete Tonsignal in die vorneortungsermöglichende Schallwandler und die simulierten Stereoraumreflexionssignale (6) in jene vor der Ohrmuschel befindlichen Schallwandler des Stereokopfhörers {vielfach nachverstärkt} geleitet.
Die Varianten a) und b) der Stereo-Tonsignalbeeinflussung setzen voraus, daß von einem Grundzustand, d.h. unverfälschten Originalsignal {im digitalen Datenformat}, nach Bedarf in a) oder b) umgeschalten wird {insgesamt deshalb drei Stereo-Signalortungsvarianten}. Bei der Berücksichtigung zu variierender akustischer Räume wird hier von frequenzgangentzerrten Einfach- bis zu statistisch
"natürlich" verteilten Mehrfach-Reflexionen unterschiedlicher Raumgrößen ausgegangen. Die Art der Tonsignal-Vermischung für die
Erzeugung von Raumreflexionsmustern
wird z.B. je Kanal einzeln bzw. separat
und/oder überkreuz realisiert {Signal von
Kanal A/B verhallt auf Kanal A/B und/oder
Kanal A/B verhallt auf Kanal B/A}.
Dabei wird auf zeitlich- und pegelabhängige links-rechts-unterschiedliche ErstRaumreflexionsmuster Wert gelegt, um bei
Stereokopfhörer-Beschallung eine maximale räumliche Hörereignis-Breite zu simulieren.
Hierzu zeigt Figur 5 ein Raumsimulationsmuster, das für den Fall (3b) nach Figur 1 beispielhaft ausgelegt wurde: In den Teilgraphiken werden als Funktion von der Zeit t die Pegel- bzw.
Aussteuerungsmomente mittels Impulsanregung von Schallwandlersystemen eines erfindungsgemäß konzipierten Stereokopfhörers demonstriert, welcher über eine stereophone
a) TonsignalSpeisung der linken und rechten
vσrneortungsermöglichenden Schallwandler {LFR: level-front-right = Pegel des rechten Kopfhörer-Kanales, vorne-unten;
LF L: level-front-left = Pegel des linken Kopfhörer-Kanales, vorne-unten}
sowie
b) Speisung der an der Ohrmuschel befindlichen Schallwandler durch Raumref1exionsmusterTonsignale {LBR: level-reverb-canal- B-right = Pegel des Hall kanals B für den rechten Kopfhörer-Kanal bestimmt;
LAL: level-reverb-canal-B-left =
Pegel des Hallkanals A für den linken
Kopfhörer-Kanal bestimmt, hestellergerechte oder modifizierte Position an der Ohrmuschel} verfügt. Der Hailabstand beträgt bezogen auf die
unbearbeiteten Tonsignale {LFR, LFL} jeweils, d.h. für die stereophone Simulation von
Raumref1exionsmuster {LBR, LAL}, 30 dB, woraus übersichtlichere Teilgraphiken mit den OrdinatenLBR-30 und LAL-30 entstehen. Die einzelnen
Erstrefleκionen der Hallkanäle A und B sind zeit- und pegelversetzt simuliert dargestellt. Ab einer bestimmten Zeit sind graphisch keine übersichtlichen Demonstrationen mehr möglich, weshalb die Erst-Reflexionsmuster in
einen Diffus-Reflexionsmuster-Zeitfortlauf übergeht {schraffierte Flächen}. In diesem treten zeitverdichtet und pegelschwächer mit den Erst-Reflexionsmustern vergleichbare raumakustische Merkmale auf.
Die in Figur 5 erörterten Grundlagen der
Erstellung von Raumreflexionsmustern gelten gleichermaßen für die alternativen
köpfbezogenen Schallereignis-Realisierungen {gemäß Fig. 1 (5bI) und (5bII)}.
Um eine Kompatibilität der Schallereignis- Realisierungen zu gewährleisten, ist als
Ergänzung zu (3b) {vergleichbar mit (5bI)}, adequat zu (5bII) ein weiterer "Ast" im
"Daten-Baum" von Figur 1 mit (3c) anzufügen. Hierbei werden, außer den an der Ohrmuschel befindlichen Kopfhörer-Schallwandlersystemen, auch die vorne-unten angeordneten,
vorneortungsermöglichenden KopfhörerSchallwandlersysteme mit Raumreflexionsmustern tei1ausgesteuert {d.h. Zumischung des Halls zum unbearbeiteten Tonsignal}. Dabei unterscheidet sich nochmals kanalweise die zeitlichpegelabhängige Struktur der Raumreflexionsmuster {Hallzuführung siehe Fig. 5, nur, daß zu LBR, LAL bzw. anstatt LFR, LFL die Graphiken LFDR, LFCL mit einer Erst-Reflexionsmuster-Darstellung ergänzt werden}. Zur Aussteuerung der Kopfhörer-Schallwandlersysteme wird abschließend generell
a) eine getrennte, mehrkanalige Digital-Analog- Wandlung des auf digitaler Ebene aufbereiteten Tonsignales und
b) eine nachträgliche, getrennte, kanalweise
VorVerstärkung des analogen Tonsignales vorgenommen.
Hinweis: Im Text wurden mehrfach Hortkreationen, wie "Kompensation der Oben-Im-Kopf-Lokalisation", verwendet, die zur Vereinfachung des komplexen Sachverhalts dienen sollen. Im Bezug auf die Gesetze der Außenohrphysik und deren bekannte wissenschaftliche Grundlagen kann es deshalb zu Divergenzen zwischen den hier gewählten physikalischen Erklärungen und dem "terminus technicus" kommen.

Claims

Patentansprüche 1 .
Vorrichtung zur Vorneortung von mittels
Stereokopfhörern erzeugten Hörereignissen,
gekennzeichnet durch eine Anordnung der beiden Schallwandlersysteme des Stereokopfhörers, die ausgehend von der herkömmlichen Anordnung am
Außenohrrelief um einen vorgegebenen Betrag in Blickrichtung nach überwiegend unten und nach vorne verschoben ist, der ausreicht, um die Oben-ImKopf-Lokalisation in ein im wesentlichen horizontal vorne geortetes Hörereignis umzuwandeln.
2.
Verfahren zur Optimierung der SchallwandlersystemAnordnung von Stereokopfhörern bei der
Vorrichtung nach Anspruch 1, d.g., daß mittels einer itterativ vorzunehmenden Verschiebung beider Schallwandlersysteme, ausgehend von der Bezugsposition der herkömmlichen Anordnung der Schal lwandlersysteme am Außenohrrel ief eines
Probanden abwechselnd nach unten und vorne, in Schritten vorgegebener Weite
empirisch-optimierend die Hörereignielage
horizontal-vorne ermittelt wird.
3.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch eine Schrittweite von weniger als
5 Millimetern.
4.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, d.g., daß zur Erhöhung des AußenohrreliefBeschallungswirkungsgrades und/oder zur Optimierung der Positionierbarkeit von SchallWandlern
am Außenohrrelief die Schallwandlersysteme
des Stereokopfhörers winklig zum Ohrkanal hin gerichtet schräggestellt werden.
5.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, d.g.,
daß die itterative Ermittlung der optimalen
Schallwandler-Anordnung, je am linken und
rechten Probandenohr, separat stattfindet.
6.
Verfahren nach Anspruch 5, d.g., daß die
Ermittlung der optimalen Schal lwandleranordnung mittels beliebigem sowie während des
Ermittlungsvorganges mehrfach wechselndem
Stereo-Tonsignals stattfindet.
7.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d.g., daß die optimale Schallwandleranordnung
durch mindestens vier jeweils neu anzusetzende Verschiebevorgänge ermittelt wird.
8.
Verfahren nach Anspruch 7, d.g., daß zur
Ermittlung der optimalen Schallwandleranordnung derjenige der mindestens vier Verschiebevorgänge ausgewählt wird, der über die Majorität der
typischen Kennzeichen der anderen verfügt.
9.
Verfahren nach Anspruch 8, d.g., daß die
Verschiebevorgänge an einer Mehrzahl von Probanden vorgenommen werden.
10.
Verfahren nach Anspruch 9, d.g., daß zur
Ermittlung der optimalen Schallwandleranordnung mindestens acht willkürlich auszusuchende, bezüglich ihrer Hörorgane gesunde Personen
herangezogen werden.
11.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Mittelung der individuellen Ergebnisse.
12.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, d.g., daß die optimale Schallwandleranordnung bezüglich des Schallwandlersystem¬
Neigungswinkels, der Verschiebungedistanz in Richtung unten und vorne, basierend auf die dreidimensional-räumliche Lage eines am Außenohr herstellergerecht befindlichen Stereokopfhörers, millimetergenau ermittelt wird.
13.
Stereokopfhörer, gekennzeichnet durch eine
Anordnungsgeometrie seiner Schallwandlersysteme gemäß der Vorrichtung von Anspruch 1 unter
Optimierung der Hörereignislage horizontal-vorne gemäß einem der Ansprüche 2 bis 12.
14.
Stereokopfhörer nach Anspruch 13,
gekennzeichnet durch eine veränderbare
Anordnungsgeometrie seiner Schal lwandlersysteme zugunsten entweder
a) der Hörereignislage oben-im-Kopf mit
herkömmlicher Anordnung der Schal lwandler oder b) der Hörereignislage horizontal-vorne unter
Optimierung dieser Anordnungsgeometrie.
15.
Verfahren zur Ermittlung einer speziellen
Entzerrung von Stereokopfhörern mit
herkömmlicher Anordnung der Schal lwandler am Außenohrrelief, gekennzeichent durch eine
Wiedergabe-übertragungsfunktion des
Stereokopfhörers, welche die Anordnung
zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne gemäß Anspruch 1 simuliert.
16.
Verfahren zur Ermittlung einer eines
Stereokopfhörers mit herkömmlicher Anordnung der Schallwandler am Außenohrrelief
zwei kanaligen Filterschaltung, d.g.,
daß deren Entzerrungsverhalten vorgeschaltet im Zusammenhang mit ei nem Stereokopfhörer
eine Wiedergabe-übertragungsfunktion ergibt, welche die Anordnung zugunsten der
Hörereignislage horizontal-vorne gemäß
Anspruch 1 simuliert.
17 .
Verfahren zur Ermittlung einer zweikanaligen Filterschaltung gemäß Anspruch 16, d.g., daß deren Entzerrungsverhalten zugunsten der
Hörereignislage horizontal-vorne gemäß
Anspruch 1 ein- und ausschaltbar ist.
18.
Verfahren zur Ermittlung der die Hörereignislage horizontal-vorne simulierenden Entzerrung nach Anspruch 15 oder 16, d.g., daß dae Außenohrübertragungsmaß im Gehörgang von Probanden unter Verwendung eines Stereokopfhörere mit herkömmlicher Anordnung der Schallwandler bestimmt wird.
19.
Verfahren zur Ermittlung der die Hörereignislage horizontal-vorne simulierenden Entzerrung nach Anspruch 15 oder 16, d.g., daß das Außenohrübertragungsmaß im Gehörgang von Probanden unter Verwendung eines Stereokopfhörers mit einer Anordnung der Schallwandler zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne
bestimmt wird.
20.
Verfahren zur Ermittlung der die Hörereignislage horizontal-vorne simulierenden Entzerrung nach Anspruch 15 oder 16, d.g., daß die Wiedergabeübertragungsfunktion zugunsten dieser
Hörereignislage durch eine Differenzbildung aue den Außenohrübertragungsmaßen gemäß
Anepruch 19 und 18 feetgelegt wird.
21.
Verfahren gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Wiedergabe-Übertragungsfunktion, welche die KammfilterStruktur aus der Differenzbildung, gemäß Anspruch 20, additiv zum herkömmlichen übertragungsverhalten mitberücksichtigt.
22.
Verfahren gemäß Anspruch 16, d.g.,
daß deren zweikanalige Übertragungsfunktionen den Kammfilterstrukturen aus
der Differenzbildung, gemäß Anspruch 20,
entsprechen.
23.
Verfahren zur Erstellung einer zweikanaligen Entzerrung von Stereokopfhörern zugunsten
der Hörereignislage horizontal-vorne nach
einem der Ansprüche 15 bis 22, d.g., daß die Bestimmung von AußenohrÜbertragungsmaßen
und die zu tätigenden PegelVerrechnungen
in einem Frequenzbereich von mindestens
20 Hz bis 20 kHz vorgenommen werden.
24.
Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Erweiterung der Normmeßfrequenzfolge
gemäß DIN 45401 zu einer viertelterz-gestuften logarithmische Frequenzskala, welche mindestens das frequenzabhängige Auflösungsvermögen
des geometrischen Verhältnissee zwöl fte Hurzel aus zwei bietet.
25.
Verfahren zur Ermittlung einer zweikanaligen
Entzerrung von Stereokopfhörern, welche die
Anordnung zugunsten der Hörereignislage
horizontal-vorne gemäß Anspruch 1 simuliert, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur
Analog-Digital-Wandlung des Stereokopfhörer aussteuernden Toneignales.
26.
Verfahren nach Anspruch 25, d.g., daß mittels einer Vorrichtung zur digitalen Datenweiterverarbeitung die Teilarbeitsschritte nach einem der Ansprüche 15 bis 22 sowie unter Beachtung einer der Ansprüche 23 oder 24 zu tätigen sind.
27.
Verfahren zur Erzeugung einer mehrdimensionalräumlichen Stereophonie mittele Kopfhörer nach einem der Ansprüche 1 oder 26, gekennzeichnet durch eine Erweiterung der Möglichkeiten zur digitalen Datenmanipul ationen.
28.
Verfahren nach Anepruch 27, d.g., daß die digitale Datenmanipulation durch eine rechnergeetützts, getrennt-mehrkanalige, digitale Simulation von Filtern und TonsignalVerzögerungen zur
Erzeugung von mehrdimensional-raumakustischen Verhältnissen durch Stereokopfhörer mit einer herkömmlichen Anordnung sowie einer Anordnung der Schallwandler am Außenohrrelief zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne Verwendung findet.
29.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, 15 bis 28, gekennzeichnet durch einen direkten Transfer von individuellen, meßtechnisch
erfaßten Differenzpegel-Daten zur mehrkanaligen Vor-Entzerrung von herkömmlichen Stereokopfhörern zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne mittels Tonsignal-Wiedergabegeräten.
30.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, 15 bis 29, d.g., daß die individuellen
Differenzpegel-Daten in digitaler Code-Form mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung, welche vorzugsweise auch zu meßtechnischen
Zwecken verwendet wird, einem programmierbaren und/oder auswechselbaren digitalen
Datenspeicherbaustein zugeführt werden.
31 .
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 und 30, gekennzeichnet durch Tonsignal-Wiedergabegeräte, welche, bezüglich ihres variablen übertragungsund/oder Entzerrungsverhaltens, über
programmierbare digitale Filter verfügen.
32.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 und 31, d.g., daß die Datenspeicherbausteine im
Zusammenwirken mit Tonsignal-Wiedergabegeräten eine individuelle mehrkanalige Entzerrung dieser Tonsignal-Wiedergabegeräte vor Stereokopfhörern zugunsten einer Hörereignislage horizontal-vorne schaffen.
33.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 32, gekennzeichnet durch eine getrennte mehrkanalige Digital-Analog-Wandlung des digitalen
datenmanipulierten Tonsignales, welches
Stereokopfhörer aussteuert.
34 .
Stereokopfhörer nach einem der Ansprüche
2 bis 16, 27 und 28, d.g., daß eine
verechiebungsdistanz-optimierte und/oder
-minimierte Anordnungegeometrie
eeiner Schallwandlersysteme zuguneten
der Hörereignielage horizontal-vorne,
auegehend von der herkömmlichen
Anordnungegeometrie der Schallwandlersysteme zugunsten der Hörereignislage oben-im-kopf, mit einem Verhältnis der Verschiebungsdistanzen unten-zu-vorne vorzugsweise größer zwei-zu-eins gewählt wird.
35.
Verfahren nach einem der Aneprüche 2 bis 28, d.g., daß zur Erzeugung von mehrdimensionalraumakustischen Verhältnissen mittels
Stereokopfhörer vorzugsweiee deren Anordnung von Schallwandlersystemen zugunsten der
Hörereignislage horizontal-vorne mit einem stereophonen Tonsignal einer Tonkonserve und dessen Anordnung von Schallwandlersystemen zugunsten der Hörereignislage oben-im-köpf mit aus dem stereophonen Tonsignal der
Tonkonserve erzeugten stereophonen
Raumreflexionen vereorgt werden.
36.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 35, d.g., daß zur Aufweitungen von mehrdimensionalräumlichen Hörereignissen mittels mehrkanaliger Stereokopfhörer vorzugsweise die Anordnung
von Schallwandlersystemen zugunsten
einer Oben-Im-Kopf-Lokalisation um einen,
gemäß der Anordnung von Schallwandlersystemen zugunsten der Hörereignislage horizonal-vorne, adequaten Betrag nach unten und/oder gegen die Sichtrichtung nach hinten verschoben werden.
37.
Stereokopfhörer nach einem der Ansprüche 2 bis 28 und 36, d.g., daß vorzugsweise für HörereignisVergleiche und/oder zu meßtechnischen
Zwecken eine wahlfreie Umschaltung zwischen
Schallwandlersystemen zur Erzeugung von
Hörereignissen zugunsten der Oben-Im-Kopf-,
Horizontal-Vorne-Lokalisation sowie von
mehrdimensional-raumakustischen Verhältnissen vorgenommen wird.
38.
Verfahren nach Anspruch 37, d.g., daß üblich verwendete Kopfhörer-Polster zur zentrischen
Anordnung von Kopfhörer-Kapseln und/oder
-Schallwandlersystemen an der und/oder vor
der Ohrmuschel vorzugsweise mittels schalldurchlässiger und elastisch beanspruchbarer
Materialien ergänzt werden, damit eine
aufenthaltsort-sichere Anordnung der
Schal lwandlersysteme von Stereokopfhörern
zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne und/oder oben-im-kopf realisiert wird.
39.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 38, d.g., daß zur Schaffung klangbild-neutraler
Hörereignisse eine Beeinflussung des
Baß- sowie Mittenübertragungsbereichs von
Stereokopfhörern, welche über eine Anordnung von Schallwandlersystemen zugunsten der
Hörereignislage horizontal-vorne und/oder
oben-im-köpf verfügen, vorzugsweise mittels einer die Ankopplung zwischen Kopf- und Kopfhörer-Kapseln verbessernden Kopfhörer-Ohrpolster- und/oder
Kopfhörer-Kapsel-Konstruktion und/oder
mittels einer Wiedergabefrequenzgang-Entzerrung der Schallwandlersysteme vorgenommen wird.
40.
Verfahren nach einem der Aneprüche 2 bie 39, gekennzeichnet durch eine, im Vergleich zu den bei der Erzeugung einer Hörereignislage
horizontal-vorne auftretenden kammfilterartigen linearen Verzerrungen, vorzugsweise relativ breitbandige Entzerrung zugunsten einer
Klangbildneutralität im oberen Mitten- und/oder Höhenübertragungsbereich der Schallwandler
in Stereokopfhörern.
41.
Verfahren nach einem der Aneprüche 2 bis 40, d.g., daß eine Aussteuerung von Kopfhörer- Schallwandlersystemen mittels einer technisch hochwertigen, in der Lautstärke regelbaren, getrennt-mehrkanaligen Verstärkung des die
Kopfhörer- Schal l wandl ersysteme aussteuernden
Tonsignals vorgenommen wird.
PCT/DE1990/000562 1989-07-25 1990-07-24 System zur vorneortung von mittels stereokopfhörern erzeugten hörereignissen WO1991001616A2 (de)

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