WO1995030323A1 - Verfahren und vorrichtung zur kompensation akustischer verfälschungen - Google Patents

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WO1995030323A1
WO1995030323A1 PCT/EP1995/001510 EP9501510W WO9530323A1 WO 1995030323 A1 WO1995030323 A1 WO 1995030323A1 EP 9501510 W EP9501510 W EP 9501510W WO 9530323 A1 WO9530323 A1 WO 9530323A1
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acoustic
electro
microphone
listening
acoustic transducers
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PCT/EP1995/001510
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French (fr)
Inventor
Berndt Feuerbacher
Original Assignee
Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/301—Automatic calibration of stereophonic sound system, e.g. with test microphone
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2400/00—Details of stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2400/09—Electronic reduction of distortion of stereophonic sound systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/307—Frequency adjustment, e.g. tone control

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for compensating acoustic falsifications which, as a result of the room acoustics, have an effect on a listening location located in the acoustic fields of at least two electro-acoustic transducers.
  • Electro-acoustic systems for the reproduction of sound preserves
  • hi-fi devices have a large market worldwide and are largely technically mature.
  • Digital recording and storage technology compact disc, digital tape devices
  • the available playback devices have also reached a technical level which far exceeds the sensitivity limits of the human ear.
  • high-quality electro-acoustic transducers (loudspeakers) are used, which are able to convert the stored information into an acoustic field true to the original.
  • EP-A-0 642 292 which goes back to a previously registered and subsequently published patent application, proposes a device for stereophonic reproduction in which falsifications as a result of the speakers being arranged at different distances from the listening location are compensated for by the fact that the Sound signals are emitted by the loudspeakers with a time delay.
  • the sum of the individual delay time and the individual sound propagation time should be the same.
  • the volume is also set individually for each speaker.
  • each loudspeaker is equalized individually with regard to its frequency response.
  • EP-A-0 642 292 cannot compensate for interference phenomena at the listening location which can be attributed to the room acoustics. These interference phenomena have no effect in very small rooms (e.g. passenger compartment of a motor vehicle) whose dimensions correspond to the dominant wavelength in the audible range, since the multiple interferences that occur lead to averaging.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for compensating acoustic distortions, with the aid of which an adaptation of electro-acoustic reproduction devices to the (living) room acoustics is possible.
  • the invention presents a method which has the method steps according to claim 1.
  • the features of a device with which the inventive method can be carried out are specified in claim 9.
  • the three parameters "phase shift", "intensity or. Balance” and “frequency response” are regulated in order to adapt the electro-acoustic reproduction device to the room acoustics resulting from the room configuration.
  • the control circuit consists of the control device for the at least two electro-acoustic transducers (loudspeakers), the electro-acoustic transducers themselves and a microphone located at the listening point, the output of which is connected to the control device.
  • the loudspeakers are used to generate a first reference sound signal while changing the phase shift controlled until the first reference tone signals are measured at the hearing location with the microphone essentially at the same time. If the phase difference between the amplifier channels is negligible, this amounts to a runtime difference measurement between each loudspeaker and the listening location.
  • the first reference tone signal can be a sinusoidal signal of low frequency, ie a relatively large wavelength (f ⁇ 300 Hz, which corresponds to a wavelength> 1 m).
  • the control of the two electro-acoustic transducers by the control device is carried out out of phase until a zero-order constructive interference at the listening location is determined with the microphone.
  • the frequency and the wavelength of the sinusoidal signal are selected as relatively low-frequency signals in order to avoid ambiguities. Then the interferences of the different orders have a sufficient distance from each other (in the meter range). This ensures that the ' determined with the microphone acoustic maximum of the sinusoidal signal is due to the constructive interference of zero order.
  • Another possibility for determining running time differences is to alternately emit a pulse-shaped signal from each electro-acoustic transducer in order to use the microphone to determine the point in time at which the pulse-shaped reference signal reaches the listening location.
  • the phase shift between the two electro-acoustic transducers can then be set accordingly on the basis of the transit time difference.
  • phase shift to be carried out between the sound channels used is determined in one of the ways described above, when the electro-acoustic transducer is actuated, the phase shift determined generates a second acoustic reference tone signal which is sequentially output by one of the electro-acoustic transducers in each case.
  • the intensity with which this second reference tone signal is emitted by the individual electro-acoustic transducers is set so that all second reference tone signals emitted by the electro-acoustic transducers are measured at the listening location with essentially the same intensity. In this way, the balance setting is determined.
  • third reference tone signals of different frequencies are output simultaneously by all electro-acoustic transducers.
  • the sound sources emit reference sound signals of the same frequency at the same time, the frequencies changing sequentially or a reference sound signal comprising several frequencies (in particular a frequency band) being emitted simultaneously by all sound sources.
  • an audio signal with white noise in the listening area is used as the third reference tone signal.
  • selected frequency bands of the useful signal eg DC output
  • this third measurement By amplifying or weakening individual frequencies or frequency bands within the listening area and at the same time from all sound sources, this third measurement ensures that all frequencies at the listening location are measured with essentially the same intensity. This third measurement thus compensates for frequency-dependent room acoustic properties (interferences).
  • EP-0642292 a procedure similar to that of the invention is used insofar as the sound propagation time and the volume (balance) are set in a reproduction system with several loudspeakers.
  • the sound propagation time and the volume (balance) are set in a reproduction system with several loudspeakers.
  • there is a fundamental difference It is only with the invention that it is possible to fully compensate for the effect of the room acoustics, which result from interference phenomena of direct and reflected sound waves. This requires setting the runtimes and volume of the individual speakers. After that, however, the resulting sound wave field of all sound sources must be measured simultaneously at the listening location, specifically over the entire audible frequency range. Measuring and storing the frequency responses of the individual loudspeakers, as provided for in EP-A-0642292, is not sufficient for this.
  • an electro-acoustic sound reproduction system can be adapted to the respective (living) room acoustics and in particular to changes thereof due to a change in the configuration of the room acoustics or as a result of a change in the listening location within the room.
  • a change in the room acoustics can already occur, for example, if pieces of furniture in the room have been moved or curtains have been drawn in or pulled out or there are additional people in the room.
  • the quality requirements for the microphone used according to the invention need not be too high. It is crucial that the frequency characteristic or the frequency response of the microphone is known in order to be able to carry out or measure the parameter settings to be made taking this frequency response into account.
  • the frequency response of the human ear can also be taken into account.
  • the method described above can be carried out once after switching on the electro-acoustic sound reproduction system in order to measure the three parameter settings. However, it is also conceivable to repeat the above measurements from time to time, in order to follow the adaptation in accordance with a change in the room acoustics as a result of a change in the configuration of the room or as a result of a change of listening location.
  • the first two reference tone signals consist of frequencies outside the hearing range. These two reference tone signals can be transmitted parallel to the useful tone reproduction, * they do not impair the sound perception of the listener, since they only have frequencies outside the listening area.
  • the intensities at the listening location are determined for certain frequency bands of the useful tone signal by means of the microphone and compared with the intensities fed in at the input of the amplifier. In this way, the sound image can be continuously optimized during playback.
  • the listener can adjust the sound reproduction system to the associated parameter set depending on the listening location he has taken.
  • the three parameters for several listening locations it is also possible to average the parameters over several listening locations. This is particularly useful if the listening locations are relatively close together, for example relate to the seating area of a living room.
  • the modern hi-fi devices are now equipped with remote control units. It is useful to do that To integrate the microphone provided according to the invention in such a wireless remote control unit, which then has the advantage that the microphone can always be located at the listening location. In addition, the integration of the microphone in a wireless remote control unit has the advantage that there is no need for a cable connection between the microphone and the sound reproduction system.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the complexity of the acoustic field in a living room
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the control and measuring network for carrying out the method for compensating acoustic falsifications as a result of the room acoustics.
  • FIG. 2 schematically shows the control and measurement network of an electro-acoustic reproduction system 10 with compensation for acoustic falsifications as a result of the room acoustics.
  • the system 10 has a reference source 12 and a useful tone source 14.
  • the sound channel signals from both sources 12, 14 are connected to amplifier circuits 16, 18, which amplify the signals and control electro-acoustic transducers (loudspeakers) 20, 22.
  • a switching element 24 is connected between the inputs of the two amplifier circuits 16, 18 and the two sources 12, 14 in order to selectively connect one of the two sources to the inputs of the amplifier circuits 16, 18.
  • This switching element 24 is controlled by a control unit 26 which has a microprocessor.
  • the control unit 26 receives as input signal the output signal of a microphone 28 which is arranged in the acoustic field generated by the two loudspeakers 20, 22. Furthermore, a phase control element 30, a volume Kegelelement 32 and a frequency response control element 34 are provided, which are all controlled by the control unit 26. The outputs of these three control elements 30 to 34 are connected to the amplifier circuits 16, 18 for the two audio channels.
  • the reference source 12 can be designed as a sine generator with a fixed frequency and / or as a generator that generates white noise over the frequency range of interest (hearing range).
  • the measurement microphone 28 has a known frequency characteristic.
  • phase shift and frequency response of an active element are linked by a Krämers-Kronig relation, so that these two parameters cannot be set independently of one another. It is therefore advisable to set the phase shift for the entire system at one frequency point in such a way that zero-order constructive interference at the listening location is ensured directly from the loudspeakers. In this embodiment, this is done by compensating for the acoustic running time difference and balancing control.
  • Deviations from the original sound pattern, which result from local interference phenomena of direct and reflected waves, are compensated for by adjusting the frequency response, that is to say frequency-dependent increase or decrease in the gain.
  • the phase differences that occur in turn are kept small via flat edges of the control elements and largely compensated for by the compensation technology used.
  • the measuring and setting process takes place as follows: The microphone 28 is first brought to the place of the listener in the normal geometric environment of the playback room. Then, controlled by the microprocessor of control unit 26, the parameters are measured and the subsequent settings of control elements 30, 32, 34 are carried out. These settings can be made in different levels of complexity, depending on the quality of playback. Examples of the procedure are:
  • the phase difference in the playback chain can be determined by setting constructive interference at the location of the listener for one or more frequencies.
  • the acoustic maximum of a sinusoidal signal which is simultaneously sent to the inputs of two channels, can be adjusted by shifting the phase at the input of an amplifier channel.
  • the transit time can be measured using sound pulses.
  • Measurement of the intensity differences This can be done, for example, by switching the reference sound source 12 in succession to the available playback channels and comparing the intensity at the measurement location.
  • this can be done, for example, by simultaneously reproducing the reference sound source with a number of discrete frequencies of known intensity, or a noise source which has a white spectrum over the required frequency range, via the available channels and which is Microphone 28 measured intensities at different frequencies can be compared with the input signals.
  • Parameter sets can be produced and stored for several measuring points in the listening room as well as for several geometric configurations of the listening room (partitions, number of people, curtains, etc.). If necessary, the compensation for a preselected point can be set by the microprocessor or can be called up for optimal reproduction of an averaged configuration.
  • the useful tone source 14 is used as a reference source in that the intensity is permanently measured at certain frequencies and is compared with the measurement signal of the microphone 28 permanently located at the listener location.
  • the phase and the difference in intensity between sound channels (balance) change a movement of the measuring point relative to the speakers 20, 22.
  • the reference measurements necessary to compensate for the transit time can be carried out continuously or at predetermined time intervals at a frequency outside, in particular above, the hearing range.
  • the measuring microphone 28 required in the present method is built into the remote control of the system 10 in this exemplary embodiment and communicates wirelessly via the remote control channel with the system 10.
  • the acoustic field which is generated by a reference sound source and the useful sound source by means of the electro-acoustic reproduction chain, is measured at predetermined points in the reproduction space (place of the listener).
  • the playback chain is adapted in such a way that the falsifications caused by the room acoustics are compensated for.
  • the acoustic field can therefore be measured by comparison with the reference source 12 and regulated accordingly.
  • a continuous control (tracking) of the three parameters can be carried out using the sound source to be reproduced (useful sound source) as a reference source.
  • the reference tone signals should be outside the listening area.

Abstract

Zur Kompensation von Verfälschungen infolge der Raumakustik werden bei einer elektro-akustischen Wiedergabeanlage am Hörerort die Phasenverschiebung zwischen den eingesetzten Tonkanälen, die Intensitätsunterschiede zwischen den Tonkanälen (Balance und Fade) und der Frequenzgang über den hörbaren Audiobereich durch ein Mikrophon (28) vermessen. Durch Regelglieder (30, 32, 34) werden die obigen Parameter eingestellt und die elektro-akustischen Wandler (20, 22) der Anlage (10) entsprechend gesteuert. Auf diese Weise ist eine Anpassung der elektro-akustischen Wiedergabevorrichtung (10) an die raumakustischen Verhältnisse möglich, wobei insbesondere die durch Interferenzen zwischen direkten und/oder reflektierten Tonwellen entstehenden akustischen Verfälschungen kompensiert werden können.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation akustischer Verfälschungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation akustischer Verfälschungen, die sich in¬ folge der Raumakustik an einem in den akustischen Feldern mindestens zweier elektro-akustischer Wandler befindlichen Hörort auswirken.
Elektro-akustische Anlagen zur Wiedergabe von Tonkonserven
(sogenannte Hifi-Geräte) haben weltweit einen großen Markt und sind technisch weitgehend ausgereift. Durch digitale Aufnahme- und Speicherungstechnik (Compact Disc, digitale Bandgeräte) ist eine hohe Quellentreue sichergestellt. Auch die verfügbaren Wiedergabegeräte (Abspielgeräte und Verstär¬ ker) haben einen technischen Stand erreicht, der die Empfindlichkeitsgrenzen des menschlichen Ohrs weit über- schreitet. Schließlichwerdenhochwertige elektro-akustische Wandler (Lautsprecher) eingesetzt, welche in der Lage sind, die gespeicherte Information in ein originalgetreues akusti¬ sches Feld umzusetzen.
Insbesondere bei der Tonwiedergabe in Räumen von der Größe typischer Wohnräume stößt diese Technik jedoch an ihre Gren¬ zen, da die Wellenlängen der akustischen Felder vergleichbar mit den Dimensionen des Raumes sind, so daß Interferenzen zwischen den normalerweise mehrfachen Tonquellen (mindestens zwei Lautsprecher bei Stereo-Hifi-Geräten) , welche außerdem phasenkorreliert sind, und deren Reflektionen frequenz- und ortsabhängige Verfälschungen verursachen. Diese Situation ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Aus den obigen Grün¬ den resultiert die bekannte leidvolle Erfahrung, daß hoch- wertige Komponenten, im Tonstudio sorgfältig ausgesucht, bei Aufstellung in einem Wohnraum zur Enttäuschung Anlaß geben, da die Raumakustik des Wohnraums nicht derjenigen des Ton¬ studios entspricht.
Mit EP-A-0 642 292, die auf eine vorangemeldete und nach- veröffentlichte Patentanmeldung zurückgeht, wird eine Ein¬ richtung zur stereophonen Wiedergabe vorgeschlagen, bei der Verfälschungen infolge der unterschiedlich weit vom Hörort entfernt angeordnete Lautsprecher dadurch kompensiert wer¬ den, daß die Schallsignale von den Lautsprechern zeitver- zögert abgegeben werden. Für jeden Lautsprecher soll dabei gelten, daß die Summe aus der individuellen Verzögerungszeit und der individuellen Schallaufzeit (Entfernung vom Hörort) gleich ist. Zusätzlich zu diesen Verzögerungszeiten wird auch die Lautstärke individuell für jeden Lautsprecher ein- gestellt. Schließlich wird jeder Lautsprecher einzeln bezüg¬ lich seines Frequenzganges entzerrt. Mit den durch EP-A-0 642 292 vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich jedoch Inter¬ ferenzerscheinungen am Hörort, die auf die Raumakustik zu¬ rückzuführen sind, nicht kompensieren. Diese Interferenz- erscheinungen wirken sich bei sehr kleinen Räumen (z.B. Fahrgastzelle eines Kfz) , deren Abmessungen der dominanten Wellenlänge im hörbaren Bereich entsprechen, nicht aus, da die auftretenden Vielfachinterferenzen zu einer Mittelung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation akustischer Verfälschungen zu schaffen, mit deren Hilfe eine Anpassung elektro-akusti- scher Wiedergabegeräte an die (Wohn-)Raumakustik möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Ver¬ fahren vorgestellt, das die Verfahrensschritte gemäß An¬ spruch 1 aufweist. Die Merkmale einer Vorrichtung, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen läßt, sind im Anspruch 9 angegeben. Schließlich betreffen die Unteran- Sprüche jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Nach der Erfindung werden die drei Parameter "Phasenver- Schiebung", "Intensität oder. Balance" und "Frequenzgang" geregelt, um das elektro-akustische Wiedergabegerät an die infolge der Raumkonfiguration sich ergebende Raumakustik anzupassen. Der Regelkreis besteht aus der Ansteuerungsvor- richtung für die mindestens zwei elektro-akustischen Wandler (Lautsprecher) , den elektro-akustischen Wandlern selbst und einem am Hörort befindlichen Mikrophon, dessen Ausgang mit der Ansteuerungsvorrichtung verbunden ist. Um die sich am Hörort auswirkende Phasenverschiebung zwischen den einge¬ setzten Tonkanälen, zum Beispiel zwischen den beiden Laut- Sprechern bei einer Stereo-Hifi-Anlage zu kompensieren, wer¬ den die Lautsprecher zur Erzeugung eines ersten Referenzton¬ signals so lange unter Veränderung der Phasenverschiebung angesteuert, bis die ersten Referenztonsignale mit dem Mikrophon am Hδrort im wesentlichen zeitgleich gemessen wer- den. Bei vernachlässigbarer Phasendifferenz zwischen den Verstärkerkanälen läuft dies quasi auf eine Laufzeitdiffe- renzmessung zwischen jedem Lautsprecher und dem Hörort hin¬ aus. Das erste Referenztonsignal kann ein Sinussignal nied¬ riger Frequenz, d.h. relativ großer Wellenlänge sein (f < 300 Hz, was einer Wellenlänge > 1 m entspricht) . Wird ein solches Referenzsignal als erstes Referenztonsignal einge¬ setzt, so wird die Ansteuerung der beiden elektro-akusti¬ schen Wandler durch die Ansteuerungsvorrichtung so lange phasenverschoben durchgeführt, bis mit dem Mikrophon eine konstruktive Interferenz nullter Ordnung am Hörort ermittelt ist. Die Wahl der Frequenz und der Wellenlänge des Sinus¬ signals als relativ niederfrequentes Signal erfolgt, um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden. Dann nämlich weisen die Interferenzen der unterschiedlichen Ordnungen einen aus- reichenden Abstand voneinander auf (im Meterbereich) . Damit ist sichergestellt,' daß das mit dem Mikrophon ermittelte akustische Maximum des Sinussignals auf die konstruktive Interferenz nullter Ordnung zurückzuführen ist. Eine andere Möglichkeit, LaufZeitdifferenzen zu ermitteln, besteht darin, abwechselnd von jedem elektro-akustischen Wandler ein impulsförmiges Signal abzugeben, um mittels des Mikrophons den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem das impulsförmige Refe¬ renzsignal den Hörort erreicht. Aufgrund der Laufzeitdiffe- renz kann dann die Phasenverschiebung zwischen beiden elek¬ tro-akustischen Wandlern entsprechend eingestellt werden.
Ist auf eine der oben beschriebenen Weisen die vorzunehmende Phasenverschiebung zwischen den eingesetzten Tonkanälen be¬ stimmt, so wird bei Ansteuerung der elektro-akustischen Wandler mit der ermittelten Phasenverschiebung ein zweites akustisches Referenztonsignal erzeugt, das sequentiell von jeweils einem der elektro-akustischen Wandler ausgegeben wird. Die Intensität, mit der dieses zweite Referenztonsig¬ nal von den einzelnen elektro-akustischen Wandlern abgegeben wird, wird so eingestellt, daß sämtliche von den elektro- akustischen Wandlern abgegebene zweiten Referenztonsignale am Hörort mit im wesentlichen gleicher Intensität gemessen werden. Auf diese Weise wird also die Balance-Einstellung ermittelt.
In einer dritten Meßphase wird schließlich der Frequenzgang über den hörbaren Audiobereich an die Raumakustik angepaßt. Zu diesem Zweck werden dritte Referenztonsignale unter¬ schiedlicher Frequenz jeweils gleichzeitig von sämtlichen elektro-akustischen Wandlern ausgegeben. Dabei strahlen die Schallquellen gleichzeitig jeweils Referenztonsignale gleicher Frequenz aus, wobei sich die Frequenzen sequentiell ändern bzw. ein mehrere Frequenzen (insbesondere ein Fre¬ quenzband) umfassenden Referenztonsignal gleichzeitig von sämtlichen Schallquellen ausgegeben wird. Insbesondere wird als drittes Referenztonsignal ein Audiosignal mit weißem Rauschen im Hörbereich eingesetzt. Alternativ können ausge- wählte Frequenzbänder des Nutzsignals (z.B. DC-Ausgang) ein¬ gesetzt werden. Durch Verstärkung bzw. Abschwächung einzel¬ ner Frequenzen bzw. Frequenzbänder innerhalb des Hörbereichs und gleichzeitig von sämtlichen Schallquellen wird bei die¬ ser dritten Messung erreicht/ daß sämtliche Frequenzen am Hörort mit im wesentlichen gleicher Intensität gemessen werden. Durch diese dritte Messung werden also frequenzab¬ hängige raumakustische Eigenschaften (Interferenzen) kompen¬ siert.
Nach EP-0642292 wird insofern eine ähnliche Vorgehensweise wie bei der Erfindung ausgenutzt, als bei einer Wiedergabe¬ anlage mit mehreren Lautsprechern die Schallaufzeit und die Lautstärke (Balance) eingestellt wird. Es besteht jedoch ein grundsätzlicher Unterschied. Einzig mit der Erfindung ist es nämlich möglich, Effekt der Raumakustik, die durch Inter¬ ferenzerscheinungen direkter und reflektierter Schallwellen entstehen, voll zu kompensieren. Hierzu ist die Einstellung der Laufzeiten und Lautstärken der einzelnen Lautsprecher Voraussetzung. Danach muß aber das resultierende Schallwel¬ lenfeld aller Schallquellen simultan am Hörort vermessen werden, und zwar über den gesamten hörbaren Frequenzbereich. Eine Messung und Speicherung der Frequenzgänge der einzelnen Lautsprecher, wie nach EP-A-0642292 vorgesehen, ist hierzu nicht ausreichend.
Der Unterschied der Erfindung zum Gegenstand nach EP-A-0462 292 ist für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug nicht wesentlich. In einen Raum von der Größe der Wellenlänge der im Hörbereich dominanten Schallwellen (ca. 3 m) , wie dies bei der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeug der Fall ist, tritt eine Vielstrahlinterferenz auf, die zu einer weit¬ gehenden gegenseitigen Kompensation am Hörort führt. Das entspricht der Erfahrung, daß in einem Kraftfahrzeug auch eine qualitativ mäßige Wiedergabeanlage "gut" klingt. In Wohnräumen ist der Unterschied jedoch signifikant. Hier gibt es Wandflächen hoher Dämpfung (Bücherregale, Vorhänge) , hoher Reflektivität (Decken, Fußböden, glatte Wandflächen) oder voller Transparenz (Türöffnungen) . Dadurch können kom¬ plexe Interferenzerscheinungen am Hörort entstehen, die z.B. bis zur völligen Auslöschung schmaler Frequenzbänder führen und damit das Klangbild stark verfälschen können. Diese Effekte können auch nicht bei der Konstruktion der Laut¬ sprecher berücksichtigt werden, da sie erst im Wiedergabe¬ raum entstehen. Erst die nach der Erfindung vorgesehene Frequenzgang-Vermessung des resultierenden Schallwellenfel¬ des am Hörort simultan für sämtliche Schallquellen führt zur Kompensation der auf Interferenz infolge der Raumakustik zurückzuführenden Verfälschungen. Daß sich derartige direkte Interferenzen merklich auf eine Verschiebung und damit Ver- schlechterung des Klangbildes auswirken, wird einsichtig, wenn man das am Hörort resultierende Schallwellenfeld einer beispielsweise stereophonen Klangwiedergabe bei unterschied¬ lich gepolten Lautsprechern betrachtet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine elektro- akustische Tonwiedergabeanlage an die jeweilige (Wohn-)Raum¬ akustik und insbesondere an Veränderungen derselben infolge einer Änderung der Konfiguration der Raumakustik oder in¬ folge einer Veränderung des Hörorts innerhalb des Raumes anpassen. Eine Veränderung der Raumakustik kann beispiels¬ weise schon dadurch eintreten, daß Möbelstücke des Raumes umgesetzt sind oder Vorhänge zu- oder aufgezogen sind oder sich zusätzliche Personen im Raum befinden.
Die Qualitätsanforderungen an das nach der Erfindung einge¬ setzt Mikrophon müssen nicht allzu hoch sein. Entscheidend ist, daß die Frequenzcharakteristik bzw. der Frequenzgang des Mikrophons bekannt ist, um unter Berücksichtigung dieses Frequenzgangs die vorzunehmenden Parametereinstellungen durchführen bzw. ausmessen zu können. Berücksichtigung kann ferner der Frequenzgang des menschlichen Gehörs finden. Das oben beschriebene Verfahren kann nach dem Einschalten der elektro-akustischen Tonwiedergabeanlage einmalig durch¬ geführt werden, um die drei Parametereinstellungen auszumes¬ sen. Es ist aber ebenfalls denkbar, die obigen Messungen von Zeit zu Zeit zu wiederholen,- -um die Anpassung entsprechend einer Raumakustikänderung infolge einer Veränderung der Konfiguration des Raumes oder infolge eines Hörortwechsels nachzuführen. Für den letzteren Fall zweckmäßig ist es, wenn die beiden ersten Referenztonsignale aus Frequenzen außer- halb des Hörbereichs bestehen. Diese beiden Referenztonsig¬ nale können parallel zur Nutztonwiedergabe ausgesandt wer¬ den,* sie beeinträchtigen das Klangempfinden des Hörers nicht, da sie lediglich Frequenzen außerhalb des Hörbereichs aufweisen. Um bei laufender Tonwiedergabeanlage auch den Frequenzgang nachführen zu können, werden für bestimmte Frequenzbänder des Nutztonsignals die Intensitäten am Hörort mittels des Mikrophons ermittelt und mit den am Eingang der Verstärker eingespeisten Intensitäten verglichen. Auf diese Weise kann das Klangbild während der Wiedergabe kontinuier- lieh optimiert werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, die Parameter für die Phasenverschiebung, den Intensitätsunterschied und den Frequenzgang für mehrere unterschiedliche Hörorte auszumessen und abzuspeichern. Dies hat den Vorteil, daß der Hörer in Abhängigkeit von dem von ihm eingenommenen Hörort die Tonwiedergabeanlage auf den zugehörigen Parametersatz einstellen kann. Schließlich ist durch ein Ausmessen der drei Parameter für mehrere Hörorte auch die Möglichkeit einer Mittlung der Parameter über meh¬ rere Hörorte möglich. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Hörorte relativ nahe benachbart sind, beispielswei¬ se die Sitzgruppe eines Wohnraumes betreffen.
Die modernen Hifi-Geräte sind heutzutage mit Fernbedienungs- einheiten ausgestattet. Zweckmäßig ist es dabei, das nach der Erfindung vorgesehene Mikrophon in einer solchen draht¬ losen Fernbedienungseinheit zu integrieren, was dann den Vorteil hat, daß sich das Mikrophon stets am Hörort befinden kann. Außerdem hat die Integration des Mikrophons in eine drahtlose Fernbedienungseinheit den Vorteil, daß auf eine Kabelverbindung zwischen Mikrophon und Tonwiedergabeanlage verzichtet werden kann.
Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Komplexität des akustischen Feldes in einem Wohnraum und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Regel- und Me߬ netzwerks zur Durchführung des Verfahrens zur Kom¬ pensation akustischer Verfälschungen infolge der Raumakustik.
Fig. 2 zeigt schematisch das Regel- und Meßnetzwerk einer elektro-akustischen Wiedergabeanlage 10 mit Kompensation akustischer Verfälschungen infolge der Raumakustik. Die Anlage 10 weist eine Referenzquelle 12 und eine Nutzton¬ quelle 14 auf. Die Tonkanalsignale beider Quellen 12,14 sind mit Verstärkerschaltungen 16,18 verbunden, die die Signale verstärken und elektro-akustische Wandler (Lautsprecher) 20,22 ansteuern. Zwischen den Eingängen der beiden Verstär¬ kerschaltungen 16,18 und den beiden Quellen 12,14 ist ein Schaltglied 24 geschaltet, um wahlweise eine der beiden Quellen mit den Eingängen der Verstärkerschaltungen 16,18 zu verbinden. Die Steuerung dieses Schaltgliedes 24 erfolgt durch eine Steuereinheit 26, die einen Mikroprozessor auf¬ weist. Die Steuereinheit 26 empfängt als Eingangssignal das Ausgangssignal eines Mikrophons 28, das in dem von den bei- den Lautsprechern 20,22 erzeugten akustischen Feld angeord¬ net ist. Ferner sind ein Phasenregelglied 30, ein Lautstär- keregelglied 32 und ein Frequenzgangregelglied 34 vorge¬ sehen, die sämtlich von der Steuereinheit 26 gesteuert sind. Die Ausgänge dieser .drei Regelglieder 30 bis 34 sind mit den Verstärkerschaltungen 16,18 für die beiden Tonkanäle verbun- den.
Die Referenzquelle 12 kann als Sinusgenerator mit fester Frequenz und/oder als Generator ausgebildet sein, der über den interessierenden Frequenzbereich (Hörbereich) weißes Rauschen erzeugt. Das Meßmikrophon 28 weist eine bekannte Frequenzcharakteristik auf.
Die Kompensation akustischer Verfälschungen durch die Raum¬ akustik kann für folgende Parameter erfolgen:
Phasenverschiebung zwischen den eingesetzten Tonkanä¬ len,
Intensitätsunterschiede zwischen denTonkanälen (Balan¬ ce und Fade) und - Frequenzgang über den hörbaren Audiobereich.
Hierbei ist zu beachten, daß die heutige Wiedergabetechnik kein Phasenstereo einschließt, sondern den dreidimensionalen Höreffekt ausschließlich durch Intensitätsunterschiede er- zeugt. Phasenverschiebung und Frequenzgang eines aktiven Elements (z.B. Verstärker) sind durch eine Krämers-Kronig- Relation verknüpft, so daß diese beiden Parameter nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können. Es ist daher sinnvoll, die Phasenverschiebung für das gesamte Sys- tem an einem Frequenzpunkt so einzustellen, daß am Hörort konstruktive Interferenzen nullter Ordnung auf dem direkten Weg von den Lautsprechern sichergestellt ist. Dies geschieht bei diesem Ausführungsbeispiel durch Ausgleich des akusti¬ schenLaufZeitunterschieds undBalanceregelung. Abweichungen vom originalen Klangbild, die durch lokale Interferenzer¬ scheinungen direkter und reflektierter Wellen entstehen, werden über Nachregeln des Frequenzgangs, also frequenzab¬ hängiger Anhebung oder Absenkung der Verstärkung, ausge¬ glichen. Die dabei wiederum auftretenden Phasendifferenzen werden über flache Flanken der Regelglieder klein gehalten und durch die angewandte Kompensationstechnik weitgehend ausgeregelt.
Hierbei können nicht nur Einflüsse der Raumakustik, sondern auch eventuelle Unterschiede in der Wiedergabekette nach dem Regelglied (Verstärker, Lautsprecher) kompensiert werden, so daß ohne Verringerung der Wiedergabequalität geringere An¬ forderungen an deren Fertigungsqualität gestellt werden kön¬ nen.
Der Meß- und Einstellvorgang findet wie folgt statt: Das Mikrophon 28 wird zunächst an den Platz des Hörers in der normalen geometrischen Umgebung des Wiedergaberaums ge¬ bracht. Dann erfolgt, gesteuert durch den Mikroprozessor der Steuereinheit 26, die Vermessung der Parameter und die an- schließenden Einstellungen der Regelglieder 30,32,34. Diese Einstellungen können in verschiedenen Komplexitätsgraden, je nach Anforderung an die Qualität der Wiedergabe, erfolgen. Beispiele für die Vorgehensweise sind:
- Messung der Phasenverschiebung
Da ein Mikrophon keine Phasen, sondern nur Intensitäten mißt, kann der Phasenunterschied in der Wiedergabekette dadurch bestimmt werden, daß konstruktive Interferenz am Ort des Hörers für eine oder mehrere Frequenzen ein- gestellt wird. Dazu kann beispielsweise das akustische Maximum eines Sinussignals, das gleichzeitig an die Eingänge zweier Kanäle gegeben wird, durch Phasenver¬ schiebung am Eingang eines Verstärkerkanals eingestellt werden. Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, ist hierzu eine Frequenz zu wählen, deren Wellenlänge ausreichend lang ist (< 300 Hz = 1 ra Wellenlänge) . Alternativ kann die Laufzeit über Tonimpulse gemessen werden.
Messung der Intensitätsunterschiede Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Referenztonquelle 12 nacheinander auf die vorhandenen Wiedergabekanäle geschaltet wird und die Intensität am Meßort verglichen wird.
- Messung der Frequenzcharakteristik
Nach Einstellung obigen Parameter kann dies beispiels¬ weise dadurch erfolgen, daß die Referenztonquelle mit einer Anzahl diskreter Frequenzen bekannter Intensität, oder eine Rauschquelle, welche über den erforderlichen Frequenzbereich ein weißes Spektrum aufweist, gleich¬ zeitig über die vorhandenen Kanäle wiedergegeben wird und die durch das Mikrophon 28 gemessenen Intensitäten bei verschiedenen Frequenzen mit den Eingangssignalen verglichen werden.
Parametersätze können für mehrere Meßpunkte im Hörraum sowie für mehrere geometrische Konfigurationen des Hörraums (Zwi¬ schenwände, Personenzahl, Vorhänge etc.) hergestellt und gespeichert werden. Nach Bedarf kann die Kompensation für einen vorgewählten Punkt durch den Mikroprozessor einge¬ stellt oder für optimale Wiedergabe einer gemittelten Konfi¬ guration abgerufen werden.
Weiter besteht bei diesem Ausführungsbeispiel die Möglich- keit, den Frequenzgang ständig während der Tonwiedergabe anzupassen (aktiver Equalizer) . Hierzu wird die Nutztonquel¬ le 14 als Referenzquelle benutzt, indem die Intensität bei bestimmten Frequenzen permanent gemessen wird und mit dem Meßsignal des permanent am Hörerort befindlichen Mikrophons 28 verglichen wird. Hierbei können sich die Phase und der Intensitätsunterschied zwischen Tonkanälen (Balance) durch eine Bewegung des Meßpunktes relativ zu den Lautsprechern 20,22 verändern. Die zur Kompensation der Laufzeit notwendi¬ gen Referenzmessungen können erfindungsgemäß ständig oder in vorgegebenen Zeitabständen bei einer Frequenz außerhalb, insbesondere oberhalb des Hörbereichs durchgeführt werden.
Das bei dem vorliegenden Verfahren notwendige Meßmikrophon 28 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in die Fernbedienung der Anlage 10 eingebaut und kommuniziert kabellos über den Fernbedienungskanal, mit der Anlage 10.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das akustische Feld, das von einer Referenztonquelle und der Nutztonquelle mittels der elektro-akustischen Wiedergabe- kette erzeugt wird, an vorgegebenen Punkten im Wiedergabe- räum (Platz des Hörers) vermessen. Mit Hilfe der Regelglie¬ der 30 bis 34 (Equalizer) wird die Wiedergabekette so ange¬ paßt, daß die durch die Raumakustik entstandenen Verfäl¬ schungen kompensiert werden. Das akustische Feld kann also durch Vergleich mit der Referenzquelle 12 vermessen und entsprechend geregelt werden. Unter Ausnutzung der wiederzu¬ gebenden Klangquelle (Nutztonquelle) als Referenzquelle kann eine kontinuierliche Regelung (Nachführung) der drei Para¬ meter durchgeführt werden. Dabei sollten die Referenztonsig- nale außerhalb des Hörbereichs liegen.

Claims
ANSPRÜCHE
Verfahren zur Kompensation akustischer Verfälschungen, die sich infolge der Raumakustik an einem in den akustischen Feldern mindestens zweier elektro-akusti- scher Wandler befindlichen Hörort auswirken, bei dem die von den elektro-akustischen Wandlern (20,22) er¬ zeugten Schallwellen am Hörort durch ein Mikrophon (28) mit bekannter Frequenzcharakteristik gemessen werden, die elektro-akustischen Wandler (20,22) von einer Ansteuerungsvorrichtung (16,18) zur Erzeugung eines ersten Referenztonsignals phasenverschoben ange¬ steuert werden, bis die Referenztonsignale durch das Mikrophon (28) am Hörort im wesentlichen zeitgleich gemessen werden, die elektro-akustischen Wandler (20,22) bei gemäß der vorherigen Messung ermittelter phasenverschobe¬ ner Ansteuerung von der Ansteuerungsvorrichtung (16,18) ferner zur Erzeugung eines zweiten akusti¬ schen Referenztonsignals derart sequentiell ange¬ steuert werden, daß die zweiten Referenztonsignale durch das Mikrophon (28) am Hörort mit im wesent¬ lichen gleicher Intensität gemessen werden, und die elektro-akustischen Wandler (20,22) bei gemäß den vorherigen Messungen ermittelter phasenverscho¬ bener und intensitätsunterschiedlicher Ansteuerung von der Ansteuerungsvorrichtung (16,18) ferner zur Erzeugung von dritten Referenztonsignalen unter¬ schiedlicher Frequenz derart angesteuert werden, daß für unterschiedliche Frequenzen die dritten Refe¬ renztonsignale durch das Mikrophon (28) am Hörort mit im wesentlichen gleicher Intensität gemessen werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Referenztonsignal ein Sinussignal ist, das gleichzeitig von den elektro-akustischen Wandlern (20, 22) abgegeben wird, wobei sich die gesuchte Phasenver¬ schiebung bei Ermittlung konstruktiver Interferenz nullter Ordnung am Hörort mittels des Mikrophons (28) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Referenztonsignal ein Impuls-Signal ist, das sequentiell von jeweils einem anderen der elektro- akustischen Wandler (20,22) abgegeben wird, und daß sich die gesuchte Phasenverschiebung anhand der Lauf¬ zeitdifferenz zwischen den einzelnen elektro-akusti¬ schen Wandlern (20,22) und dem Mikrophon (28) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Referenztonsignal ein impulsförmiges Tonsig¬ nal mit einer Frequenz außerhalb des Hörbereichs ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation akustischer Ver¬ fälschungen für mehrere Hörorte und/oder für mehrere Raumakustik-Konfigurationen durchgeführt wird und daß die drei Parameter Phasenverschiebung, Intensitäts¬ unterschied und Frequenzgang für jeden Hörort abge¬ speichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation akustischer Ver¬ fälschungen für mehrere Hörorte und/oder für mehrere Raumakustik-Konfigurationen durchgeführt wird und daß die drei Parameter Phasenverschiebung, Intensitäts¬ unterschied und Frequenzgang jeweils durch Mittlung der den Hörorten jeweils zugeordneten Parameter ermittelt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Kompensation akustischer Verfälschungen während einer Nutzton-Wiedergabe in vorbestimmten Zeit¬ abständen durchgeführt wird, wobei die ersten und zwei¬ ten Referenztonsignale jeweils eine Frequenz außerhalb des Hörbereichs aufweisen und die dritten Referenzton¬ signale Nutztonsignale bestimmter Frequenzen innerhalb des Hörbereichs sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das dritte Referenztonsignal ein weißes Spektrum im Hörbereich aufweist.
Vorrichtung zur Kompensation akustischer Verfälschun¬ gen, die sich infolge der Raumakustik an einem in den akustischen Feldern mindestens zweier elektro-akusti- scher Wandler befindlichen Hörort auswirken, mit einer Referenztonquelle (12) zur Erzeugung von Refe¬ renzsignalen, mindestens zwei elektro-akustischenWandlern (20,22) zur akustischen Wiedergabe der Referenzsignale, den akustischen Wandlern (20,22) zugeordneten Ver¬ stärkerschaltungen (16,18), die zwischen die Refe¬ renztonquelle (12) und die elektro-akustischen Wand¬ ler (20,22) geschaltet sind, einer Steuerungsvorrichtung (24,26,30,32,34) zur Steuerung der Referenztonquelle (12) und der Ver¬ stärkerschaltungen (16,18) bezüglich der Parameter Phasenverschiebung, Intensität und Frequenzgang und einem Mikrophon (28) , dessen Ausgang mit der Steue¬ rungsvorrichtung (24,26,30,32,34) verbunden ist, wobei von der Steuerungsvorrichtung (24,26,30,32, 34) anhand der von dem Mikrophon (28) empfangenen Ausgangssignal bei Abgabe von Referenzsignalen durch die elektro-akustischen Wandler (20,22) zur Kompen¬ sation der Raumakustik die Phasen und die Verstär- kungsfaktoren, um die Verstärkerschaltungen (16,18) unterschiedlich anzusteuern sind, und die für sämt¬ liche Verstärkerschaltungen (16,18) geltenden Ver¬ stärkungsfaktoren in Abhängigkeit von der Frequenz oder von Frequenzbändern innerhalb des Hörbereichs einstellbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nutztonquelle (14) vorgesehen ist und daß die Steuerungsvorrichtung (24,26,30,32,34) zur Ermittlung der für die Kompensation der Raumakustik erforderlichen Parameter und zur Wiedergabe der Nutztonquelle (14) die Verstärkerschaltungen (16,18) mit der Referenztonquelle
(12) oder mit der Nutztonquelle (14) verbindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Mikrophon (28) in einer Fernbedie¬ nungseinheit zum Steuern einer mit Raumakustik-Kompen¬ sation versehenen Tonwiedergabevorrichtung integriert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung (24,26, 30,32,34) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 betreibbar ist.
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