WO2006048006A1 - System zur wiedergabe von audiosignalen - Google Patents

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WO2006048006A1 PCT/DE2005/001988 DE2005001988W WO2006048006A1 WO 2006048006 A1 WO2006048006 A1 WO 2006048006A1 DE 2005001988 W DE2005001988 W DE 2005001988W WO 2006048006 A1 WO2006048006 A1 WO 2006048006A1
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Berthold Schlenker
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Berthold Schlenker
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    • H04R2205/024—Positioning of loudspeaker enclosures for spatial sound reproduction

Definitions

  • the invention relates to a system for reproducing audio signals according to the preamble of patent claim 1.
  • each audio track is assigned to a loudspeaker.
  • each audio track is assigned to a loudspeaker.
  • the 5.1 format with six audio tracks - ie audio tracks for the channel “rear left”, “rear right”, “front left”, “front right” “front center” and the bass channel (Subwooferkanal) - the Wie ⁇ task corresponding to the audio tracks in the playback room, each with a loudspeaker “rear left”, “rear right”, “front left”, “front right”, “front center” and subwoofer channel.
  • any desired shape of a single wavefront is modeled by a large number of loudspeakers arranged next to one another (in a so-called loudspeaker array).
  • the output signals of each loudspeaker must be supplied with a time delay and amplitude scaling in such a way that the radiated sound fields of the individual loudspeakers are superimposed correctly. For several sound sources, such.
  • a disadvantage is the high cost of hardware to be used, especially in terms of speakers and amplifiers.
  • several loudspeakers (wherein a loudspeaker may also consist of a woofer, a mid-range loudspeaker and a treble loudspeaker to ensure playback in the entire listening area) are mechanically arranged combined into a single unit, the so-called multi-channel loudspeaker panel.
  • the integration of the analog or digital amplifier in this unit as well as the integration of a digital-to-analog converter for generating an analogue loudspeaker signal which is fed to the affected loudspeaker. This reduces z.
  • the installation effort is about a factor of 8 compared to single loudspeakers.
  • the disadvantage of a multi-channel loudspeaker panel manufactured for wave field synthesis technology is that a meaningful reproduction of an audio signal without a computer and control unit and the necessary software is not possible. Since there is currently little WFS audio content available, the cost of purchasing a WFS technology-based audio player is not worth the effort for most use cases.
  • an unrestricted compatibility and upgradability to playback wave field synthesis content should be ensured.
  • the essential advantage of the invention is that, in the reproduction of non-WFS contents, a sound quality corresponding to WFS technology is achieved by simple means.
  • a curved adjacent arrangement of a plurality of loudspeaker panels or the loudspeakers of a panel per reproduction channel By means of a curved adjacent arrangement of a plurality of loudspeaker panels or the loudspeakers of a panel per reproduction channel, a significant enlargement of the sweet spot is possible.
  • the arrangement of a switching module between the input module and the filter module makes it possible to switch the operating mode between non-WSF operation and WSF operation.
  • Fig. 1 shows an arrangement of the speaker panels for the 5-channel audio format
  • Fig. 2 is a block diagram of the system
  • Fig. 3 shows a curved arrangement of the speaker panels for the 5-channel audio format 4 shows a linear arrangement of the loudspeaker panels for single-channel operation
  • Fig. 6 shows an arrangement of the speaker panels for a stadium application in single-channel operation
  • each speaker panel 1 consists of several individual loudspeakers, which are arranged horizontally and closely adjacent. The horizontal extent of the individual loudspeaker panels 1 determines the achievable size of the sweet spot 2.
  • the virtual sound sources lie in this arrangement in Un ⁇ finite.
  • FIG. 2 shows a loudspeaker panel 1 with assigned system module.
  • the system module contains an input module 3, a switching module 4, a filter module 5 and an amplifier module 6.
  • the audio signal is fed into the input module 3 at the input 7.
  • the switching to the non-WSF operation maschine ⁇ module 4, the audio signal enters the filter module 4.
  • the thus prepared audio signal is audio over the Amplifier module 6 is supplied to each speaker of the speaker panel 1. Due to the bass boost in the filter module 5, the arrangement of a separate subwoofer is normally unnecessary.
  • each loudspeaker panel 1 likewise consists of a plurality of individual loudspeakers, which are arranged horizontally and closely adjacent to each other.
  • the horizontal extension of the individual groups of loudspeaker panels 1 now determines the achievable size of the sweet spot 2, wherein a particularly large sweet spot 2 can be realized by the curved configuration of the individual groups of loudspeaker panels 1.
  • the virtual sound sources are located behind the respective group of loudspeaker panels 1 in accordance with the curvature in the finite region.
  • FIGS. 4 to 6 Solutions for single-channel operation are shown in FIGS. 4 to 6. According to FIG. 4, all loudspeaker panels 1 are linearly arranged in order to achieve a sound front. For a homogeneous sound of the auditorium 10 is possible. The virtual sound source lies in the infinite behind the stage. 9
  • the loudspeaker panels 1 for sounding a segment-shaped auditorium 10 are arranged slightly curved on a circular path.
  • the virtual sound source 11 lies behind the stage 9 in the center of the circle.
  • FIG. 6 shows an arrangement of the loudspeaker panels 1 as would be advantageous for the sounding of the stands of a stadium.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Wiedergabe von Audiosignalen mit Mitteln zum Erzeugen von virtuellen Schallquellen mittels horizontal nebeneinander angeordneten Lautsprechern. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zur Wiedergabe von herkömmlichem Audiomaterial zu schaffen, bei dem durch Erzeugen von virtuellen Schallquellen eine deutliche Vergrößerung des so genannten Sweet Spots erreicht wird, ohne dass dazu eine Rechen- und Steuereinheit notwendig ist. Jedoch soll eine uneingeschränkte Kompatibilität und Aufrüstbarkeit zur Wiedergabe von Wellenfeldsynthese-Contents gewährleistet sein. Dazu wird jedem Wiedergabekanal mindestens ein Lautsprecherpanel (1) zugeordnet, welches aus mindestens zwei horizontal und dicht benachbart angeordneten Lautsprechern besteht, und in jedem Wiedergabekanal in einem Filtermodul (5) eine 3dB-Filterung erfolgt.

Description

Beschreibung
System zur Wiedergabe von Audiosignalen
Die Erfindung betrifft ein System zur Wiedergabe von Audio¬ signalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Bei den herkömmlichen Audioformaten wie Stereo, 5.1- Surround, 7.1 oder 10.2 wird jede Audiospur einem Lautspre¬ cher zugeordnet. Zum Beispiel erfolgt beim 5.1-Format mit sechs Audiospuren - also Audiospuren für den Kanal "hinten links", "hinten rechts", "vorne links", "vorne rechts" "vorne Mitte" und dem Basskanal (Subwooferkanal) - die Wie¬ dergabe entsprechend den Audiospuren im Wiedergaberaum mit je einem Lautsprecher "hinten links", "hinten rechts", "vorne links", "vorne rechts", "vorne Mitte" und Subwoofer- kanal.
Weiterhin sind Audio-Wiedergabeverfahren bekannt, die auf den Grundlagen der Wellenfeldsynthese (WFS = Wave-Field- Synthesis) basieren, z. B. die IOSONO-Technologie. Bei die- ser Technologie wird durch eine große Anzahl von Lautspre¬ chern, die nebeneinander angeordnet sind (in einem so ge¬ nannten Lautsprecherarray) , jede beliebige Form einer ein¬ laufenden Wellenfront nachgebildet. Im einfachsten Fall, einer einzelnen wiederzugebenden Punktquelle und einer Ii- nearen Anordnung der Lautsprecher, müssen die Ausgangssig¬ nale eines jeden Lautsprechers mit einer Zeitverzögerung und Amplitudenskalierung so gespeist werden, dass sich die abgestrahlten Klangfelder der einzelnen Lautsprecher rich¬ tig überlagern. Bei mehreren Schallquellen, wie z. B. Trom- pete, Geige, Flöte usw., wird für jede Quelle der Beitrag zu jedem Lautsprecher getrennt berechnet und die resultie¬ renden Signale werden addiert. Der Vorteil dieser Technik liegt insbesondere darin, dass ein natürlicher räumlicher Klangeindruck über einen großen Bereich des Wiedergaberau- mes möglich ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken werden Richtung und Entfernung von Schallquellen sehr exakt wiedergegeben. In beschränktem Maße können virtuelle Schallquellen sogar zwischen dem realen Lautsprecherarray und dem Hörer positioniert werden.
Nachteilig ist der hohe Aufwand an einzusetzender Hardware, insbesondere hinsichtlich Lautsprechern und Verstärkern. Um die Kosten für die benötigten Lautsprecher und Verstärker und deren Installation zu senken, werden mehrere Lautspre¬ cher (wobei ein Lautsprecher auch aus einem Tieftonlaut¬ sprecher, einem Mitteltonlautsprecher und einem Hochton¬ lautsprecher bestehen kann um die Wiedergabe im gesamten Hörbereich zu gewährleisten) mechanisch zu einer Einheit zusammengefasst, dem so genannten Mehrkanal-Lautsprecher¬ panel. Bevorzugt wird auch die Integration des Analog- oder DigitalVerstärkers in diese Einheit sowie die Integration eines Digital-Analog-Wandlers zum Erzeugen eines analogen Lautsprechersignals, das am betroffenen Lautsprecher zuge- führt wird. So reduziert sich z. B. bei einem 8-Kanal Lautsprecherpanel der Installationsaufwand um Faktor 8 ge¬ genüber Einzellautsprechern. Nachteil eines für die Wellen- feldsynthese-Technologie gefertigten Mehrkanallautsprecher¬ panel ist, dass eine sinnvolle Wiedergabe eines Audiosig- nals ohne eine Rechen- und Steuereinheit und die erforder¬ liche Software nicht möglich ist. Da zur Zeit nur wenig WFS-Audiocontent verfügbar ist, lohnt sich der Aufwand für die Anschaffung einer auf der WFS-Technologie basierenden Audio-Wiedergabeanlage für die meisten Anwendungsfälle nicht.
Aufgabenstellung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein System zur Wieder¬ gabe von herkömmlichem Audiomaterial zu schaffen, bei dem durch Erzeugen von virtuellen Schallquellen eine deutliche Vergrößerung des so genannten Sweet Spots erreicht wird, ohne dass dazu eine Rechen- und Steuereinheit notwendig ist. Jedoch soll eine uneingeschränkte Kompatibilität und Aufrüstbarkeit zur Wiedergabe von Wellenfeldsynthese- Contents gewährleistet sein.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der Wiedergabe von Nicht-WFS-Contents mit einfachen Mitteln eine der WFS-Technologie entsprechende Klangquali¬ tät erreicht wird. Durch eine gekrümmte benachbarte Anord- nung von mehreren Lautsprecherpanels oder der Lautsprecher eines Panels pro Wiedergabekanal ist eine wesentliche Ver¬ größerung des Sweet Spots möglich. Die Anordnung eines Schaltmoduls zwischen Eingangsmodul und Filtermodul ermög¬ licht ein Umschalten der Betriebsart zwischen Nicht-WSF- Betrieb und WSF-Betrieb.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dar- • gestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung der Lautsprecherpanels für das 5-Kanal-Audioformat
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Systems
Fig. 3 eine gekrümmte Anordnung der Lautsprecherpanels für das 5-Kanal-Audioformat Fig. 4 eine lineare Anordnung der Lautsprecherpanels für den Einkanalbetrieb
Fig. 5 eine leicht gekrümmte Anordnung der Lautsprecher- panels für den Einkanalbetrieb
Fig. 6 eine Anordnung der Lautsprecherpanels für eine Stadionanwendung im Einkanalbetrieb
Fig. 7 Frequenzverlaufs des Filtermoduls
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind fünf Lautsprecher¬ panels 1 für den 5-Kanalbetrieb, nämlich für die Wiederga¬ bekanäle "hinten links", "hinten rechts", "vorn links", "vorn rechts" und "vorn Mitte" angeordnet. Jedes Lautspre- cherpanel 1 besteht aus mehreren Einzellautsprechern, wel¬ che horizontal und dicht benachbart angeordnet sind. Die horizontale Erstreckung der einzelnen Lautsprecherpanels 1 bestimmt dabei die erreichbare Größe des Sweet Spots 2. Die virtuellen Schallquellen liegen bei dieser Anordnung im Un¬ endlichen.
In Figur 2 ist ein Lautsprecherpanel 1 mit zugeordneter Systembaugruppe dargestellt. Die Systembaugruppe enthält ein Eingangsmodul 3, ein Schaltmodul 4, ein Filtermodul 5 und ein Verstärkermodul 6. Im Nicht-WSF-Betrieb wird das Audiosignal am Eingang 7 in das Eingangsmodul 3 einge¬ speist. Durch das auf Nicht-WSF-Betrieb geschaltete Schalt¬ modul 4 gelangt das Audiosignal in das Filtermodul 4. Dort erfolgt eine 3dB-Filterung sowie wahlweise auch eine Tief- tonanhebung gemäß dem Diagramm in Figur 7. Das so aufberei¬ tete Audiosignal wird über das Verstärkermodul 6 jedem Lautsprecher des Lautsprecherpanels 1 zugeführt. Durch die Tieftonanhebung im Filtermodul 5 erübrigt sich im Normal- fall die Anordnung eines separaten Subwoofers. Sollen über den Eingang 8 Audiosignale im WSF-Betrieb wie¬ dergeben werden, erfolgt automatisch oder manuell eine Um- schaltung durch das Schaltmodul 4, so dass die WSF-Signale unter Umgehung des Filtermoduls 5 direkt den einzelnen Ver- stärkern des Verstärkermoduls 6 und anschließend den ein¬ zelnen Lautsprechern der Lautsprecherpanels 1 zugeführt werden.
In Figur 3 sind fünf Gruppen von jeweils drei Lautsprecher- panels 1 für den 5-Kanalbetrieb, nämlich für die Wiederga¬ bekanäle "hinten links", "hinten rechts", "vorn links", "vorn rechts" und "vorn Mitte" angeordnet. Jedes Lautspre¬ cherpanel 1 besteht ebenfalls aus mehreren Einzellautspre¬ chern, welche horizontal und dicht benachbart angeordnet sind. Die horizontale Erstreckung der einzelnen Gruppen von Lautsprecherpanels 1 bestimmt jetzt die erreichbare Größe des Sweet Spots 2, wobei durch die gekrümmte Ausbildung der einzelnen Gruppen von Lautsprecherpanels 1 ein besonders großer Sweet Spot 2 realisierbar ist. Bei dieser Anordnung liegen die virtuellen Schallquellen entsprechend der Krüm¬ mung im endlichen Bereich hinter der jeweiligen Gruppe von Lautsprecherpanels 1.
Lösungen für den Einkanalbetrieb sind in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Gemäß Figur 4 sind zur Erzielung einer ebe¬ nen Schallfront alle Lautsprecherpanels 1 linear angeord¬ net. Damit ist eine homogene Beschallung des Auditoriums 10 möglich. Die virtuelle Schallquelle liegt dabei im Unendli¬ chen hinter der Bühne 9.
In der Anordnung nach Figur 5 sind die Lautsprecherpanels 1 zur Beschallung eines segmentförmigen Auditoriums 10 leicht gekrümmt auf einer Kreisbahn angeordnet. Die virtuelle Schallquelle 11 liegt dabei hinter der Bühne 9 im Kreismit- telpunkt. Figur β zeigt eine Anordnung der Lautsprecherpanels 1, wie sie zur Beschallung der Tribünen eines Stadions vorteilhaft wäre.
Bezugs zeichenliste
1 Lautsprecherpanel
2 Sweet Spot
3 Eingangsmodul
4 Schaltmodul
5 Filtermodul
6 Verstärkermodul
7 Eingang
8 Eingang
9 Bühne
10 Auditorium
11 virtuelle Schallquelle

Claims

Patentansprüche
1. System zur Wiedergabe von Audiosignalen, mit Mitteln zum 5 Erzeugen von virtuellen Schallquellen mittels horizontal nebeneinander angeordneten Lautsprechern, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass jedem Wiedergabekanal mindestens ein Lautsprecherpanel (1) zugeordnet ist, welches aus min¬ destens zwei horizontal und dicht benachbart angeordne- 10 ten Lautsprechern besteht, und in jedem Wiedergabekanal in einem Filtermodul (5), eine 3dB-Filterung erfolgt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Filtermodul (5) eine Tieftonanhebung erfolgt.
15
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem jeweiligen Wiedergabekanal zugeordneten Lautsprecherpanels (1) entlang einer Krümmung angeordnet sind.
20
4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem jeweiligen Wiedergabekanal zugeordneten Lautsprecher eines Lautsprecherpanels (1) entlang einer Krümmung angeordnet sind.
25
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass zwischen einem Eingangsmodul (3) und dem Filtermodul (5) ein Schaltmodul (4) zum Umschalten zwi¬ schen den Betriebsarten Nicht-WSF-Betrieb und WSF-
■30 Betrieb angeordnet ist.
6. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zur Wiedergabe nur eines Kanals, zwecks Erzeugung einer ebenen Wellenfront, alle
35 Lautsprecherpanels (1) linear angeordnet sind.
7. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zur Wiedergabe nur eines Kanals alle Lautsprecherpanels (1) entlang einer leichten Krümmung angeordnet sind.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass zur Wiedergabe nur eines Kanals alle Lautsprecherpanels (1) nach außen abstrahlend kreis- o- der polygonförmig angeordnet sind.
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