WO2019196975A1 - Verfahren zur beeinflussung einer auditiven richtungswahrnehmung eines hörers und anordnung zur umsetzung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur beeinflussung einer auditiven richtungswahrnehmung eines hörers und anordnung zur umsetzung des verfahrens Download PDF

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WO2019196975A1
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sound
listener
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real source
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Tom Wühle
Sebastian Merchel
M. Ercan Altinsoy
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Tu Dresden
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for influencing an auditory direction perception of a listener, in which, by means of a provided, directivity having real source Si, a focused sound is emitted, which the listener on a direct path between the real source Si and the listener to a time achieved as a direct sound component and after at least one reflection from a direction different from the direction of the real source Si direction at a time t Q as a reflected sound component.
  • the invention also relates to an arrangement for implementing the method for influencing an auditory direction perception of a listener.
  • Sound-projecting audio reproduction systems are formed by one or more real sources with, for example, high directivity, which are located in a room with sound-reflecting interfaces.
  • a real source may include one or more sound transducers such as speakers.
  • sound-reflecting interfaces are, for example, walls, windows and doors.
  • Through a radiation of strongly focused sound bundles through the real sources can be targeted reflections to these sound-reflecting interfaces are generated. By one of these reflections or an interaction of several reflections so-called virtual sources are formed.
  • auditory directional perception of, for example, sounds or instruments can be shifted away from the real source by deliberately using reflections.
  • the resulting focusing power is frequency dependent and limited to a medium frequency range.
  • the auditory perception of the listener is influenced not only by projected sound from the direction of one or more virtual sources, but also by direct sound arriving directly from the direction of one or more real sources. This direct sound does not return reflection paths and thus reaches a listener earlier than the projected sound.
  • the spectral composition and the total energy of both sound components differ.
  • direct sound may dominate the auditory direction perception of a listener.
  • the precedence effect then causes a listener to localize, for example, a sound or an instrument in the direction of the real source or sources.
  • the listener's hearing event is divided into proportions that differ in different ways Directions are located.
  • Directions are located.
  • sources for this can Wühle, T; Merchel, S .; Altinsoy, M .: Evaluation of auditory events with projected sound sources using perceptual attributes.
  • Real sources of sound projecting audio playback systems are usually formed by so-called speaker arrays, in which a plurality of loudspeakers or sound transducers are arranged side by side and / or one above the other.
  • speaker arrays in which a plurality of loudspeakers or sound transducers are arranged side by side and / or one above the other.
  • a certain lower limit frequency due to the ratio of the size of a loudspeaker array to the wavelength of the radiated sound, no focusing can be achieved.
  • the focusing power collapses by so-called Spatial Aliasing u.U. multiple.
  • HRTF head-related transfer function
  • Spectral properties are the frequency components of a signal.
  • Temporal properties are understood to be a time course of a signal, such as, for example, a sound pressure-time curve.
  • the object of the invention is now to provide a method for influencing an auditory direction perception of a listener and an arrangement for implementing the method, which is an improvement in the suppression of the auditory localization of a direction of one or more real sources of a sound projecting audio playback system. In this way, an auditory directional perception of a listener should be shifted away from a real source.
  • a suppression of the auditory localization of a direction of a real source of a sound-projecting audio reproduction system For suppression of the auditory localization of a direction of a real source of a sound-projecting audio reproduction system, provision is made for generating at least one additional sound entity, which a listener perceives as at least one virtual sound source from a direction deviating from the real source. By generating this additional sound entity such that it arrives at the listener in time before the sound of the real source and the utilization of the precedence effect, a suppression of the localization in the direction of the real sound source and a displacement of the localization is achieved.
  • This process is also referred to as localization masking and thus differs from absolute masking. With an absolute masking, the goal is to make certain parts of sound inaudible.
  • a characterization of the concrete reproduction situation is initially carried out by means of a measurement or measurement of the environment.
  • the impulse responses of the direct and projected sound transmission paths can be determined. This can be done with the help of a measuring system or based on geometric, acoustic or electroacoustic models of playback room and real source.
  • a virtual source may be formed at a reflection point.
  • a virtual source may be formed by, for example, two or more reflection points.
  • a virtual source may be formed in the middle of a path between two reflection points.
  • the complex frequency responses have an amount and a phase and thus allow an unambiguous characterization, starting from the impulse response defined in the time domain.
  • a so-called localization masking processor generates an additional sound entity which arrives at the listening position from the direction of a reflection, for example shifted by a defined time At M.
  • the additional sound entity When using a reflection path on which the sound of the additional sound entity, for example on walls within a room, is reflected, the additional sound entity reaches the listener from a direction different from the emission direction.
  • a sound event arriving from the side or from an area behind the listener can be generated. Since, for example, a condition and the geometry of a room are known by measuring the surroundings, by emitting sound in a defined direction a desired effect, such as a sound effect from the rear right, can be generated at the listener.
  • the Lokalisationsmask ists may be several additional sound instances generated, which from different directions of the reflections, each shifted by defined time differences At M , arrive at the position of the listener.
  • the time differences At M between the plural additional sound instances may be the same or different from each other. Compared to playback without localization masking, this can result in an absolute delay, which is made possible by a buffer storage of the playback signal.
  • one or more additional sound entities can be predistorted in order to have, for example, the same complex frequency response due to focusing-dependent frequency-dependent amplitude attenuation, such as the original direct sound.
  • the same sound signal which arrives time-delayed from different directions in a listener, is perceived in such a way that the first incoming sound signal determines the direction of the perception at the listener ,
  • the direction of the first incoming sound signal is also assigned to the delay arriving at the listener sound signals.
  • the precedent effect between the additional sound entity and the original direct sound now causes the direct sound to be localized in the direction of the virtual source.
  • a further manipulation of the complex frequency response and / or the localization masking level L M of the additional sound entity (s) may be required.
  • model simulations or estimates can be taken into account.
  • a user may choose the size of the localization masking level L M or an effective frequency range to their own liking.
  • Electro-acoustic measurements, model simulations or estimates refer to predictions of expected transmission behavior of the real source that is to be considered part of the transmission path.
  • Room acoustic measurements, model simulations or estimates refer to predictions about the influence of space using models or estimates. For example, by means of specifications for a room size, position of real source and users as well as the reflection properties of the sound-reflecting boundary surfaces such as walls, such as a degree of absorption or a scattering behavior, a prediction of an expected transmission behavior of the room can be generated. This knowledge can be used to determine an optimal complex frequency response or an optimal localization masking level L M.
  • this radiation generates an associated additional direct sound which can determine the location in the same way as the original direct sound. This is the case if the additional direct sound still exceeds a localization determining auditory perception threshold. In this case, the additional direct sound can be locally masked by the re-generation of a corresponding additional additional sound entity from the direction of a reflection. If the resulting additional additional direct sound still determines the auditory sense perception of the listener, the procedure can be continued in the same way.
  • an additional manipulation of the temporal and spectral characteristics of the sound of the virtual source So 10 can take place. This can be done, for example, optionally by means of an envelope manipulation or HRTF filtering.
  • Fig. 1 a schematic representation of the method for
  • FIG. 3 shows a representation of a time-amplitude diagram for a scenario according to FIG. 2,
  • FIG. 6 shows a further schematic representation of the invention with a plurality of additionally generated sound entities.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the method for localization masking of a real source in a sound-projecting audio reproduction system.
  • FIG. 1 also shows the components essential for an arrangement for implementing the method for influencing an auditory direction perception of a receiver (7).
  • a localization masking processor for generating the at least one localization masking additionally generated sound entity (13) is shown.
  • the localization masking processor briefly referred to as a processor in FIG. 1, is connected at its output to an input of a sound-projecting audio reproduction system having at least one real source (1) of high directivity.
  • This at least one real source (1) is arranged in a space (6), not shown in FIG. 1, which has sound-reflecting boundary surfaces (11) such as walls.
  • the parameters L (f); At; ⁇ ; f for each of the direct and projected transmission channels are characterized by a direct transmission channel.
  • a direct transmission channel is meant a path 8 of a direct sound of the real source Si 1 and with a projected transmission channel a path 9 of an indirect sound of the virtual source So 10.
  • L (/) stands for the complex frequency response
  • At for the delay time
  • ⁇ and f for elevation and azimuth angle in the spherical coordinate system, with which a description of a transmission direction of the respective sound beam of the real source in the room.
  • x (t) is substituted with the desired localization direction d Lok , - (p Lok determines the localization-determining influence of direct sound and based on the number and characteristics of the required for playback with Lokalisationsmask réelle sound beam or beam with corresponding additionally generated sound entities 13, 13a, 13b, ..., 13n set.
  • the required drive signal y (t) and the required emission direction Beam> y Bbath are calculated for each sound beam and forwarded to the soundprojecting audio playback system for playback.
  • Such a localization masking processor is understood to be an arrangement which is suitable for data processing and which can be controlled by means of the present method for influencing an auditory direction perception of a listener.
  • Such a control is advantageously carried out by means of a program implementing the method for influencing an auditory direction perception of a listener.
  • the location masking processor will have an input for parameters L (f), At, q, cp for each direct and each projected transmission channel.
  • L (f) the location masking processor will have an input for parameters L (f), At, q, cp for each direct and each projected transmission channel.
  • the localization masking processor also has an output for outputting drive signals y (t) and their beam direction Beam> y Bbath for each beam.
  • This output is connected to the real source (1) of the sound projecting audio reproduction system for driving this real source (1), such as an array of loudspeakers.
  • FIG. 2 shows an illustration of a schematic approach for generating a virtual source from the prior art.
  • FIG. 2 shows a real source Si 1 of a sound-projecting audio reproduction system, which in the example consists of eight loudspeakers 2 which, as shown, can be arranged in a row or a column or an array with several rows and columns.
  • the sound generated by this real sources Si 1 propagates, for example, in the illustrated radiation characteristic 3 into the room 6.
  • the emission characteristic 3, which is also referred to as a directional diagram, has a main emission direction with a main lobe 4 and a plurality of side lobes 5.
  • the real source Si 1 is arranged in a space 6 which is represented by a dash-and-dash line.
  • a handset 7 for example, in the position shown.
  • the generation of a virtual source So 10 takes place by means of reflections on the walls 11 of the room 6 and by a projection of the sound emitted by the real source Si 1 in the direction of the main lobe 4. In the example shown, this sound reaches the listener 7 after two reflections on the walls 11. The path of the reflected sound 9 leads to the generation of a virtual source So 10, which the listener perceives from the right rear in the example.
  • the direct sound of the real source Si 1 reaches the listener via the path 8.
  • This sound emitted directly from the direction of the real source Si 1 comes from an area with amplitude attenuation due to focusing in the area of the side lobes 5. Since this is at most the intensity of a side lobe 5 has the emission characteristic 3 and thus for the listener 7 weaker than the sound is perceived via the path 9, resulting in a resulting Hörereigniscardi 12 for the listener 7 in the direction of the virtual source So 10th
  • the illustrated radiation characteristic 3 of the real source Si 1 applies by way of example to a medium frequency range.
  • the resultant Flörereigniscardi 12 shown in Figure 2 of the handset 7 in the lower and upper frequency range can not be achieved so successfully or no longer.
  • FIG. 3 shows in the left part of the figure a schematic time-amplitude diagram of the sound arriving from the direction of the virtual source So 10 and directly from the direction of the real source Si 1 at the listening position of a listener 7.
  • the resulting auditory event direction 12 is shown with an exemplary real source Si 1 and a virtual source So 10.
  • the visualization of real source Si 1 and virtual source So 10 with the help of loudspeaker symbols is to simplify the explanation and is not limiting.
  • the represented level or the amplitude could, for example, be a sound pressure level in dB [SPL] (SPL) or a sound pressure measured in Pa.
  • the reason for this time delay of At lies in the longer path 9 of the reflected sound compared to the path 8 of direct sound as shown in FIG of Figure 2 is shown.
  • the sound of the virtual source So 10 has a level L 0, which is larger by the difference of AL, or an amplitude.
  • the reason for this larger level L 0 or the amplitude lies in the directivity or
  • a resulting auditory event direction 12 is formed in the direction of the real source Si 1, as shown in the right part of FIG.
  • the reason for such a perception in the handset 7 is that after the precedence effect, the sound arriving at the earpiece 7 first dominates the auditory direction perception.
  • FIG. 4 shows a time-amplitude diagram with an additionally generated sound entity 13 according to the invention in an idealized representation.
  • a schematic time-amplitude diagram of the reflected sound component 16 coming from the direction of the virtual source So 10 and the direct sound component 15 coming directly from the direction of the real source Si 1 at the listening position of a listener 7 are shown.
  • the resulting auditory event direction 12 is shown with an exemplary real source Si 1 and a virtual source So 10.
  • the additionally generated sound entity 13 is provided in such a way that it precedes the direct sound component 15 of the real source Si 1 in time before a time difference of At M1 arrives at the listener 7.
  • the additionally generated sound entity 13 can be provided in such a way that it arrives at the listener 7 at the same time as the direct sound component 15 of the real source Si 1. In this case too, localization masking is possible if the additionally generated sound entity 13 is designed such that signal characteristics of the direct sound Part 15 are supplemented so that the localization in its direction difficult or prevented. This can be prevented, for example by additional signal components, the transients or generation of ambiguous localization by phase lubrication can be achieved. In a further particular embodiment, the additionally generated
  • Sound entity 13 are provided such that this delayed in time or later than the direct sound component 15 of the real source Si 1 arrives at the handset 7.
  • the localization masking level L M1 or the amplitude of the additionally generated sound entity 13 can, as shown in FIG. 4, be less than the level or the amplitude of the virtual source So 10.
  • Lokalisationsmask istspegel L M1 and the amplitude of the additionally generated sound entity 13 may be smaller, equal to or greater than the level L x of the real source Si 1.
  • Source Si 1 reached. This results in a resulting auditory event direction 12 in the direction of the virtual source So 10, as shown in the right part of Figure 4.
  • FIG. 5 shows a time-amplitude diagram with a sound entity 13 additionally generated according to the invention in a non-idealized representation.
  • the left-hand part of FIG. 5 shows the components of the reflected sound component 16 of the virtual source So 10 and the direct sound component 15 of the real source Si 1, which are already known from FIG. 4, and the additionally generated sound entity 13 in an idealized one Presentation. Due to the imperfect focusing power of the real sources Si 1, due to the non-ideal radiation characteristic 3, an additional direct sound component 14 is formed in the area of the side lobes 5, which component 7 precludes the listener Direction of the real source Si 1 reached. This transmitted via the way 8 directly to the handset 7 unwanted additional direct sound component 14 is shown in the left part of Figure 5.
  • This additional direct sound component 14 arrives at the listener 7, for example, with a lower level or a smaller amplitude compared to the additionally generated sound entity 13 by AL. This additional direct sound component 14 arrives, for example, with a time difference of At before the additionally generated sound entity 13.
  • the resulting auditory event direction 12 can be influenced by two components. The first desired constituent leads to influencing the perception of the listener 7 in the direction of the virtual source So 10, while the second undesired constituent influences the perception of the listener 7 in the direction of the real source Si 1.
  • the additional direct sound component 14 is localized by a renewed provision of a corresponding additional additionally generated sound entity 13a, which impinges on the handset 7 from the direction of the virtual source So10.
  • This provision of a further additionally generated sound entity 13a is shown in FIG.
  • the additional additionally generated sound entity 13a is provided in such a way that it occurs by a time difference of At Mn in front of the additional direct sound component 14 in order to localize it.
  • the additionally generated sound entity 13a has a level or the amplitude of L Mn , which may be greater than the level or the amplitude of the additional direct sound component 14.
  • Handset 7 incoming additional direct sound portion 14n the localization-determining auditory perception threshold of the handset 7 no longer exceeds and thus a localization in the direction of the real source Si 1 does not occur.
  • this cascading of n localization masking stages is shown in such a way that all additionally generated sound entities 13, 13a, 13b,..., 13n are temporally upstream of one another.

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Abstract

Der Erfindung, welche ein Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers (7) sowie eine Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, womit eine Verbesserung der Unterdrückung der auditiven Lokalisation einer Richtung einer oder mehrerer realer Quellen S1 (1) eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass eine lokalisierungsmaskierende zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) bereitgestellt und mittels der realen Quelle S1 (2) mit einer Richtwirkung in eine definierte Richtung abgestrahlt wird.

Description

Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven
Richtungswahrnehmung eines Hörers und Anordnung zur
Umsetzung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers, bei welchem, mittels einer bereitgestellten, eine Richtwirkung aufweisenden realen Quelle Si, ein fokussierter Schall abgestrahlt wird, welcher den Hörer auf einem direkten Weg zwischen der realen Quelle Si und dem Hörer zu einem Zeitpunkt
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als Direktschall-Anteil und nach mindestens einer Reflexion aus einer von der Richtung der realen Quelle Si verschiedenen Richtung zu einem Zeitpunkt tQ als reflektierter Schall-Anteil erreicht.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers.
Durch eine Lokalisationsmaskierung soll bei einem Hörer eine Verdeckung der Richtung des Schalls einer realen Quelle eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems erreicht werden. Gleichzeitig soll die Wahrnehmung der Richtung des Hörers in eine Richtung ungleich der Richtung der realen Quelle verstärkt werden.
Schallprojizierende Audiowiedergabesysteme werden von einer oder mehreren realen Quellen mit beispielsweise hoher Richtwirkung gebildet, die sich in einem Raum mit schallreflektierenden Grenzflächen befinden. Eine reale Quelle kann hierbei einen oder mehrere Schallwandler wie beispielsweise Lautsprecher umfassen. Derartige schallreflektierende Grenzflächen sind beispielsweise Wände, Fenster und Türen. Durch eine Abstrahlung stark fokussierter Schallbündel durch die realen Quellen können gezielt Reflexionen an diesen schallreflektierenden Grenzflächen erzeugt werden. Durch eine dieser Reflexionen oder ein Zusammenwirken mehrerer Reflexionen werden sogenannte virtuelle Quellen gebildet.
Mit derartigen schallprojizierenden Audiowiedergabesystemen kann unter gezielter Nutzung von Reflexionen eine auditive Richtungswahrnehmung von beispielsweise Tönen oder Instrumenten weg von der realen Quelle verschoben werden.
Die erreichbare Richtwirkung von realen Quellen ist physikalisch durch ihre begrenzte Größe und Anzahl ihrer an der Schallabstrahlung beteiligten Teilelemente beschränkt. Weitere Ausführungen hierzu werden beispielsweise in OLSON, H.: Acoustical Engineering. D. Van Nostrand Company INC., Princeton, New Jersey, Toronto, New York, London, 1957 aufgeführt.
Die resultierende Fokussierungsleistung ist frequenzabhängig und auf einen mittleren Frequenzbereich begrenzt. Die auditive Wahrnehmung des Hörers wird nicht nur von projiziertem Schall aus der Richtung von einer oder mehreren virtuellen Quellen beeinflusst, sondern auch durch den direkten Schall, der direkt aus der Richtung einer oder mehrerer realer Quellen eintrifft. Dieser direkte Schall legt keine Reflexionspfade zurück und erreicht einen Hörer somit früher als der projizierte Schall. Je nach Frequenzabhängigkeit der Fokussierungsleistung unterscheiden sich die spektrale Zusammensetzung sowie die Gesamtenergie beider Schallanteile. Abhängig von seiner spektralen Zusammensetzung und der verbleibenden Gesamtenergie kann der direkte Schall die auditive Richtungswahrnehmung eines Hörers dominieren. Durch den Präzedenzeffekt kommt es dann bei einem Hörer zu einer Lokalisation beispielsweise eines Tones oder eines Instruments in Richtung der realen Quelle oder Quellen. Alternativ ist es auch möglich, dass das Hörereignis des Hörers in Anteile zerfällt, die sich in verschiedenen Richtungen befinden. Als Quellen hierfür können Wühle, T; Merchel, S.; Altinsoy, M.: Evaluation of auditory events with projected sound sources using perceptual attributes. In: Audio Engineering Society 142nd Convention, 2017 oder Wühle, T.; Altinsoy, M.: Investigation of auditory events with projected sound sources. In: 173rd Meeting of Acoustical Society of America and 8th Forum Acusticum, 2017 benannt werden.
Reale Quellen schallprojizierender Audiowiedergabesysteme werden meist von sogenannten Lautsprecherarrays gebildet, bei welchen mehrere Lautsprecher bzw. Schallwandler nebeneinander und/oder übereinander angeordnet werden. Für Frequenzen kleiner als eine bestimmte untere Grenzfrequenz ist, bedingt durch das Verhältnis der Größe eines Lautsprecherarrays zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls, keine Fokussierung erreichbar. Für Frequenzen größer als eine bestimmte obere Grenzfrequenz kollabiert die Fokussierungsleistung durch sog. Spatial Aliasing u.U. mehrfach. Beim Spatial Aliasing bilden sich bei einer vom Verhältnis eines Lautsprecherabstandes zur Wellenlänge des abgestrahlten Schalls abhängigen Frequenz an den Seiten der Abstrahlcharakteristik neue Hauptkeulen aus, welche mit steigender Frequenz in Richtung der ursprünglichen Hauptkeule wandern.
Um die Fokussierungseigenschaften derartiger Lautsprecherarrays zu optimieren, haben sich bereits zahlreiche Ansätze im bekannten Stand der Technik etabliert. Bekannt sind beispielsweise spezielle Lautsprecheranordnungen und/oder eine entsprechende Signalverarbeitung zur Optimierung der Fokussierungsleistung hinsichtlich des Frequenzbereichs, erreichbarer Nebenkeulendämpfung und/oder der Verringerung von Spatial Aliasing.
Lösungen aus diesem Stand der Technik sind KLEPPER, D.; STEELE, D.: Constant Directional Characteristics from a Line Source Array. In: Journal of the Audio Engineering Society 11 (1963), July, Nr. 3, S. 198-202, MÖSER, M.: Amplituden- und Phasen-gesteuerte akustischen Sendezeilen mit gleichmäßiger Horizontal-Richtwirkung. In: Acustica 60 (1986), April, Nr. 2, S. 91-104, VAN DER VAL, M.; START, E.; DE VRIES, D.: Design of Logarithmically Spaced Constant Directivity Transducer Arrays. In: Journal of the Audio Engineering Society 44 (1996), June, Nr. 6, S. 497-507 und VAN BEUNINGEN, G.; START, E.: Optimizing Directivity Properties of DSP controlled Loudspeaker Arrays. In: Reproduced Sound 16 Conference, Statford (UK), 2000 entnehmbar.
Weitere Beispiele finden sich in KEELE JR., D.: The Application of Broadband Constant Beamwidth T ransducer (CBT) Theory to Loudspeaker Arrays. In: Audio Engineering Society Convention 109, 2000 oder KEELE JR., D.: Implementation of Staright-Line and Flat-Panel Constant Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Arrays using Signal Delays. In: Audio Engineering Society Convention 113, 2002.
Mittels spezieller mechanischer Anordnung einzelner Lautsprecher und/oder zusätzlicher digitaler Verarbeitung ihrer Ansteuerungssignale wird ein homogeneres Fokussierungsverhalten insbesondere im mittleren Frequenzbereich erreicht oder die Auswirkung von Spatial Aliasing reduziert. Bekannt sind derartige Ansätze auch als„constant beamwidth“ Ansätze.
Ebenfalls bekannt sind sogenannte „superdirective“ Ansätze, die eine vergleichsweise starke Fokussierung ermöglichen und den Wirkungsfrequenzbereich der Fokussierung in geringem Umfang zu tiefen Frequenzen erweitern. Ausführungen hierzu finden sich in BITZER, J.; SIMMER, K.: Superdirective Microphone Arrays. In: BRANDSTEIN, M. (Hrsg.); WARD, D. (Hrsg.): Microphone Arrays. Springer Verlag, 2001 , S. 19-37 und GÄLVEZ, M. F. S.; ELLIOTT, S. J.; CHEER, J.: A Superdirective Array of Phase Shift Sources. In: Journal of the Acoustical Society of America 132 (2012), June, Nr. 2, S. 746- Neben der Abstrahlung fokussierter Schallbündel kommt in modernen schallprojizierenden Audiowiedergabesystemen eine auf eine kopfbezogene Übertragungsfunktion (HRTF) basierende Filterung von direkt oder indirekt über Projektion abgestrahlten Schallanteilen zum Einsatz, um beim Flörer eine von der Richtung der realen Quelle abweichende Lokalisation zu erzeugen. Die sogenannte kopfbezogene Übertragungsfunktion oder Außenohr- übertragungsfunktion (HRTF, engl.: Head-Related Transfer Function) beschreibt eine komplexe Filterwirkung, an welcher Kopf, Außenohr und Rumpf eines Menschen beteiligt sind. Eine Anwendung einer HRTF Filterung basiert auf Messungen zum Richtverhalten des Außenohres. Dieses Richtungsverhalten prägt einem Schall den Frequenzgang auf, welchen er hätte, wenn er aus einer bestimmten Richtung auf den Hörer treffen würde. Beispielsweise kann der Anteil hoher Frequenzen reduziert werden, um die Illusion zu erzeugen, dass der Schall von einer Position hinter dem Hörer abgestrahlt wird. So lässt sich die Wahrnehmung des Schalls in einer bestimmten Richtung unterstützen. Derartige Ansätze sind beispielsweise aus der Druckschrift US 9,674,609 B2 bekannt.
Herkömmliche schallprojizierende Audiowiedergabesysteme, bei denen die Erzeugung virtueller Quellen ausschließlich auf der Nutzung von Reflexionen beruht, sind aufgrund physikalischer Beschränkungen grundsätzlich auf einen mittleren Wirkungsfrequenzbereich begrenzt. Hierbei hat die Ausdehnung des Arrays einen Einfluss auf die untere Grenzfrequenz, wegen einer mangelnden Bündelungsfähigkeit bei großen Wellenlängen, während der Abstand der Lautsprecher zueinander die obere Grenzfrequenz (Spatial Aliasing) beeinflusst. Komplexe Signalverarbeitungsansätze zur Verbesserung der absoluten Fokussierungsleistung und/oder zur Aufweitung des Wirkungsfrequenzbereiches sind besonders anfällig gegen Ungleichmäßigkeiten innerhalb der einzelnen Kanäle, wie in Cox, H.; Zeskind, R.; Kooij, T: Practical Supergain. In: IEEE Transactions on Acoustics Speech and Signal Processing 34 (1986), June, Nr. 3, S. 393-398 und Mabande, E.; Kellermann, W.: Towards Superdirective Beamforming with Loudspeaker Arrays. In: Conf. Rec. International Congress on Acoustics, 2007 ausgeführt wird. Bereits minimale Schwankungen in der Einbauposition der Lautsprecher oder fertigungsbedingte Abweichungen im Übertragungsverhalten der einzelnen Lautsprecher führen dazu, dass die theoretische Leistungsfähigkeit derartiger Ansätze in der Praxis oft nicht erreicht wird. Damit kann nur für Wiedergabesignale mit bestimmten spektralen und temporalen Eigenschaften eine Unterdrückung der Lokalisation in Richtung der realen Quelle erreicht werden.
Unter spektralen Eigenschaften werden die Frequenzbestandteile eines Signals verstanden.
Unter temporalen Eigenschaften wird ein Zeitverlauf eines Signals, wie beispielsweise ein Schalldruck-Zeit-Verlauf, verstanden.
Die zugrundeliegenden Daten für HRTF-basierte Filterung für direkt oder indirekt über Projektion abgestrahlte Schallanteile, wie sie in komplexen schallprojizierenden Audiowiedergabesystemen angewendet wird, basieren meist auf Kunstkopfmessungen oder Mittelung über eine vergleichsweise geringe Anzahl von Messungen an Versuchspersonen. Sie unterscheiden sich u.U. deutlich von den individuellen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen der Hörer, was den erreichbaren Effekt begrenzt. Wird eine virtuelle Quelle gemeinsam durch Schallprojektion und HRTF-basierte Filterung erzeugt, kann durch die entstehenden Mischprodukte bei der Superposition der entsprechenden Schallanteile Fehllokalisation auftreten oder eine klare Lokalisation völlig ausbleiben. Somit besteht ein Bedarf an einer Lösung, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine Verbesserung der Unterdrückung der auditiven Lokalisation in Richtung einer oder mehrerer realer Quellen eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ermöglicht. Im Gegensatz zur absoluten Maskierung geht es hierbei nicht um das Unhörbar machen der realen Quelle, sondern ausschließlich um das Verhindern der Wahrnehmung der Richtung der realen Quelle, welches auch als Lokalisationsmaskierung bezeichnet werden kann.
Dies ist besonders interessant für den Fall, dass eine begrenzte absolute Fokussierungsleistung sowie der physikalisch begrenzte Wirkungsfrequenzbereich einer oder mehrerer realer Quellen die Schallprojektion mit klassischen Methoden erschweren oder verhindern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers sowie eine Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens anzugeben, womit eine Verbesserung der Unterdrückung der auditiven Lokalisation einer Richtung einer oder mehrerer realer Quellen eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ermöglicht wird. Derart soll eine auditive Richtungswahrnehmung eines Hörers weg von einer realen Quelle verschoben werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.
Die Aufgabe wird auch durch eine Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 11 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 12 bis 14 angegeben.
Für eine Unterdrückung der auditiven Lokalisation einer Richtung einer realen Quelle eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems ist es vorgesehen, mindestens eine zusätzliche Schallinstanz zu erzeugen, welche ein Hörer als mindestens eine virtuelle Schallquelle aus einer von der realen Quelle abweichenden Richtung wahrnimmt. Durch eine Erzeugung dieser zusätzlichen Schallinstanz derart, dass diese zeitlich vor dem Schall der realen Quelle beim Hörer eintrifft und die Ausnutzung des Präzedenzeffekts wird eine Unterdrückung der Lokalisation in Richtung der realen Schallquelle und eine Verschiebung der Lokalisation erreicht. Dieser Vorgang wird auch als Lokalisationsmaskierung bezeichnet und unterscheidet sich somit von einer absoluten Maskierung. Bei einer absoluten Maskierung ist es das Ziel, bestimmte Schallanteile unhörbar zu machen. Zur Umsetzung des Verfahrens erfolgt zunächst eine Charakterisierung der konkreten Wiedergabesituation mittels einer Messung oder Einmessung der Umgebung. In einem bestimmten und räumlich begrenzten Wiedergabegebiet können dazu die Impulsantworten der direkten und projizierten Schallübertragungspfade bestimmt werden. Dies kann mit Hilfe eines Messsystems oder basierend auf geometrischen, akustischen bzw. elektroakustischen Modellen von Wiedergaberaum und realer Quelle erfolgen.
Nachfolgend werden die komplexen Frequenzgänge L(/) der Übertragungspfade abgeleitet sowie die zugehörigen Verzögerungszeiten At , mit welchen die Schallanteile aus Richtung der virtuellen Quelle mittels mindestens einer Reflektion in Bezug auf die Schallanteile direkt aus Richtung der realen Quelle beim Hörer eintreffen. Auch wenn in dieser Beschreibung zur Vereinfachung von einer realen Quelle und einer virtuellen Quelle gesprochen wird, ist es dem Fachmann selbstverständlich klar, dass auch mehrere reale Quellen und mehrere virtuelle Quellen gemeint sein können. Eine virtuelle Quelle kann beispielsweise an einem Reflexionspunkt ausgebildet werden. Alternativ kann eine virtuelle Quelle beispielsweise durch zwei oder mehr Reflexionspunkte ausgebildet werden. In einem Beispiel kann eine virtuelle Quelle in der Mitte einer Wegstrecke zwischen zwei Reflexionspunkten ausgebildet werden.
Die komplexen Frequenzgänge weisen einen Betrag und eine Phase auf und ermöglichen somit eine eindeutige Charakterisierung, ausgehend von der im Zeitbereich definierten Impulsantwort.
Auf Grundlage dieser Daten generiert beispielsweise ein sogenannter Lokalisationsmaskierungsprozessor eine zusätzliche Schallinstanz, welche aus Richtung einer Reflektion, beispielsweise verschoben um eine definierte Zeit AtM, an der Hörposition eintrifft.
Bei Nutzung eines Reflexionspfades, auf welchem der Schall der zusätzlichen Schallinstanz, beispielsweise an Wänden innerhalb eines Raumes, reflektiert wird, erreicht die zusätzliche Schallinstanz den Hörer aus einer von der Abstrahlrichtung verschiedenen Richtung. Somit kann beispielsweise ein von seitlich oder aus einem Bereich hinter dem Hörer eintreffendes Schallereignis erzeugt werden. Da durch die Einmessung der Umgebung beispielsweise eine Beschaffenheit und die Geometrie eines Raumes bekannt ist, kann durch ein Abstrahlen von Schall in eine definierte Richtung ein gewünschter Effekt, wie eine Schalleinwirkung von hinten rechts, beim Hörer erzeugt werden.
Vorgesehen ist es, das Abstrahlen der zusätzlichen Schallinstanz zeitlich zu steuern. Durch das Wissen um den Reflexionspfad ist eine zeitliche Steuerung derart möglich, dass die zusätzliche Schallinstanz früher beim Hörer eintrifft und derart die Lokalisierungsmaskierung der realen Quelle ermöglicht.
In einer Alternative ist es vorgesehen, dass der Lokalisationsmaskierungsprozessor mehrere zusätzliche Schallinstanzen generiert, welche aus verschiedenen Richtungen der Reflektionen, jeweils verschoben um definierte Zeitdifferenzen AtM , an der Position des Hörers eintreffen. Hierbei können die Zeitdifferenzen AtM zwischen den mehreren zusätzlichen Schallinstanzen gleich oder verschieden voneinander sein. Im Vergleich zur Wiedergabe ohne Lokalisationsmaskierung kann dadurch eine absolute Verzögerung entstehen, welche durch eine Pufferspeicherung des Wiedergabesignals ermöglicht wird.
Außerdem ist es vorgesehen, dass eine oder mehrere zusätzliche Schallinstanzen vorverzerrt werden können, um beispielsweise denselben komplexen Frequenzgang, bedingt durch eine fokussierungsbedingte frequenzabhängige Amplitudendämpfung, wie der ursprüngliche Direktschall, aufzuweisen.
Nach dem sogenannten Präzedenz-Effekt, welcher auch als das„Gesetz der ersten Wellenfront“ bezeichnet wird, wird das gleiche Schallsignal, welches zeitverzögert aus unterschiedlichen Richtungen bei einem Hörer eintrifft, derart wahrgenommen, dass das zuerst eintreffende Schallsignal die Richtung der Wahrnehmung beim Hörer bestimmt. Somit wird auch den verzögert beim Hörer eintreffenden Schallsignalen die Richtung des zuerst eintreffenden Schallsignals zugeordnet. Der Präzedenzeffekt zwischen zusätzlicher Schallinstanz und ursprünglichem Direktschall führt nun dazu, dass der Direktschall in Richtung der virtuellen Quelle lokalisiert wird. Je nach Wiedergabesignal, Wiedergabesituation und Aufbau der realen Quelle kann eine weitere Manipulation des komplexen Frequenzganges und/oder des Lokalisierungsmaskierungspegels LM der zusätzlichen Schallinstanz(en) erforderlich sein. Bei einer derartigen Manipulation des komplexen Frequenzganges können beispielsweise subjektive Nutzereinstellungen und/oder raumakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen und/oder psychoakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen und/oder elektroakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen berücksichtigt werden.
Ein Nutzer kann beispielsweise die Größe des Lokalisierungsmaskierungspegels LM oder einen Wirkfrequenzbereich nach eigenem Geschmack wählen.
Elektroakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen beziehen sich auf Vorhersagen zu einem zu erwartenden Übertragungsverhalten der realen Quelle, die als Teil des Übertragungspfades anzusehen ist.
Raumakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen beziehen sich auf Vorhersagen zum Einfluss des Raumes mithilfe von Modellen oder Schätzungen. Beispielsweise kann mittels Vorgaben zu einer Raumgröße, Position von realer Quelle und Nutzer sowie den Reflexionseigenschaften der schallreflektierenden Grenzflächen wie Wände, wie einem Absorptionsgrad oder einem Streuverhalten, eine Vorhersage zu einem zu erwartenden Übertragungsverhalten des Raums erzeugt werden. Dieses Wissen kann zur Bestimmung eines optimalen komplexen Frequenzgangs oder eines optimalen Lokalisierungsmaskierungspegels LM genutzt werden.
Psychoakustische Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen beziehen sich auf Vorhersagen im Bezug zu einer menschlichen Lokalisation unter Einwirkung bekannter Ohrsignale. Sind beispielsweise die Signale an den Ohren eines Nutzers durch Messungen, Nutzung von Modellen des Verhaltens von realer Quelle und/oder Raum oder ähnlichem bekannt, so kann eine Vorhersage darüber erzeugt werden, ob eine gewünschte Lokalisation erreichbar ist oder nicht. Derart können auch Auswirkungen verschiedener Manipulationen getestet und derart beispielsweise ein Optimum bestimmt werden. Unter Messungen werden hierbei Wahrnehmungsexperimente bzw. Hörversuche verstanden, mit welchen die Lokalisation oder lokalisationsbestimmende Schwelle unter Einwirkung definierter Ohrsignale untersucht werden. Der Lokalisierungsmaskierungspegel LM bzw. die Amplitude einer zusätzlichen Schallinstanz kann kleiner, gleich oder größer als der Pegel L der zugehörigen realen Quelle sein. So kann beispielsweise der erste Lokalisierungsmaskierungspegel LM1 kleiner, gleich oder größer als der erste Pegel der realen Quelle sein. Um eine zusätzliche Schallinstanz aus Richtung der Reflektionen abzustrahlen, werden projizierte Schallübertragungspfade genutzt.
Gemäß den beschriebenen physikalischen Zusammenhängen erzeugt diese Abstrahlung einen zugehörigen zusätzlichen Direktschall, der die Lokalisation in der gleichen Weise wie der ursprüngliche Direktschall bestimmen kann. Dies ist der Fall, wenn der zusätzliche Direktschall noch immer eine lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle überschreitet. In diesem Fall kann der zusätzliche Direktschall durch die erneute Erzeugung einer entsprechenden weiteren zusätzlichen Schallinstanz aus Richtung einer Reflexion lokalisationsmaskiert werden. Bestimmt der dadurch entstehende weitere zusätzliche Direktschall die auditive Richtungswahrnehmung des Hörers noch immer, kann in gleicher weise weiter verfahren werden.
Es resultiert eine Kaskadierung von n Lokalisationsmaskierungsstufen (mit LM undÄ/Mn ), bis der am frühesten beim Hörer eintreffende zusätzliche Direktschall die lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle nicht mehr überschreitet und damit eine Lokalisation in Richtung der realen Quelle ausbleibt. Ein spezieller Fall dieser Kaskadierung besteht darin, dass alle zusätzlichen Schallinstanzen einander zeitlich vorgelagert sind. Eine Beurteilung des lokalisationsbestimmenden Einflusses des Direktschalls kann beispielsweise auf Basis sogenannter psychoakustischer Modelle erfolgen.
In Abhängigkeit von der temporalen und spektralen Charakteristik der beispielsweise mehreren zusätzlichen Schallinstanzen kann eine zusätzliche Manipulation der temporalen und spektralen Charakteristik des Schalls der virtuellen Quelle So 10 erfolgen. Dies kann beispielsweise optional mittels einer Hüllkurvenmanipulation oder einer HRTF-Filterung erfolgen.
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:
Fig. 1 : eine Prinzipdarstellung des Verfahrens zur
Lokalisationsmaskierung einer realen Quelle in einem schallprojizierenden Audiowiedergabesystem,
Fig. 2: eine Darstellung eines schematischen Ansatzes zur Erzeugung einer virtuellen Quelle aus dem Stand der Technik,
Fig. 3: eine Darstellung eines Zeit-Amplitudendiagramms für ein Szenario nach Figur 2,
Fig. 4: ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz in einer idealisierten Darstellung,
Fig. 5: ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz in einer nicht idealisierten Darstellung und
Fig. 6: eine weitere schematische Darstellung der Erfindung mit mehreren zusätzlich erzeugten Schallinstanzen. In der Figur 1 ist eine Prinzipdarstellung des Verfahrens zur Lokalisationsmaskierung einer realen Quelle in einem schallprojizierenden Audiowiedergabesystem gezeigt. Die Figur 1 zeigt auch die für eine Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers (7) wesentlichen Baugruppen. Insbesondere ist ein Lokalisationsmaskierungsprozessor zur Erzeugung der mindestens einen lokalisierungsmaskierenden zusätzlich erzeugten Schallinstanz (13) dargestellt. Der in der Figur 1 kurz als Prozessor bezeichnete Lokalisationsmaskierungsprozessor ist mit seinem Ausgang mit einem Eingang eines mindestens eine reale Quelle (1 ) hoher Richtwirkung aufweisenden schallprojizierenden Audiowiedergabesystems verbunden. Diese mindestens eine reale Quelle (1 ) ist in einem in der Figur 1 nicht dargestellten Raum (6) angeordnet, welcher schallreflektierende Grenzflächen (11 ) wie Wände aufweist.
Nach einer Charakterisierung bzw. Einmessung der Wiedergabesituation in einem bestimmten Gebiet wie einem Raum 6, in welchem das schallprojizierende Audiowiedergabesystem angeordnet ist, sind die Parameter L(f); At; ϋ; f für jeden der direkten und projizierten Übertragungskanäle ermittelt worden. Hierbei ist mit einem direkten Übertragungskanal ein Weg 8 eines direkten Schalls der realen Quelle Si 1 und mit einem projizierten Übertragungskanal ein Weg 9 eines indirekten Schalls der virtuellen Quelle So 10 gemeint. Hierbei steht L(/) für den komplexen Frequenzgang, At für die Verzögerungszeit, ϋ und f für Elevations- und Azimutwinkel im Kugelkoordinatensystem, mit welchem eine Beschreibung einer Senderichtung des jeweiligen Schallbündels der realen Quelle in den Raum erfolgt.
Nachfolgend wird in einem Prozessor wie einem Lokalisationsmaskierungsprozessor für jedes Wiedergabesignal x(t) mit der gewünschten Lokalisationsrichtung dLok,- (pLok der lokalisationsbestimmende Einfluss des Direktschalls bestimmt und darauf basierend die Anzahl und die Eigenschaften der zur Wiedergabe mit Lokalisationsmaskierung erforderlichen Schallbündel bzw. Beams mit entsprechenden zusätzlich erzeugten Schallinstanzen 13, 13a, 13b, ... , 13n festgelegt. Anschließend werden für jedes Schallbündel das erforderliche Ansteuerungssignal y(t) und die erforderliche Abstrahlrichtung Beam> yBbath berechnet und zur Wiedergabe an das schallprojizierende Audiowiedergabesystem weitergeleitet.
Unter einem derartigen Lokalisationsmaskierungsprozessor wird eine zur Datenverarbeitung geeignete Anordnung verstanden, welche mittels des vorliegenden Verfahrens zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers gesteuert werden kann. Eine derartige Steuerung erfolgt vorteilhafterweise mittels eines das Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers umsetzenden Programms.
Vorgesehen ist es, dass der Lokalisationsmaskierungsprozessor einen Eingang für Parameter L(f), At, q, cp für jeden direkten und jeden projizierten Übertragungskanal aufweist. Außerdem verfügt der
Lokalisationsmaskierungsprozessor über einen zweiten Eingang für ein Wiedergabesignal x(t) mit einer gewünschten Lokalisationsrichtung üLok; pLok .
Der Lokalisationsmaskierungsprozessor weist auch einen Ausgang zur Ausgabe von Ansteuerungssignalen y(t) und ihrer Abstrahlrichtung Beam> yBbath für jedes Schallbündel auf. Dieser Ausgang ist mit der realen Quelle (1 ) des schallprojizierenden Audiowiedergabesystems zur Ansteuerung dieser realen Quelle (1 ), wie beispielsweise einem Array von Lautsprechern, verbunden.
Die Figur 2 zeigt eine Darstellung eines schematischen Ansatzes zur Erzeugung einer virtuellen Quelle aus dem Stand der Technik. Die Figur 2 zeigt eine reale Quelle Si 1 eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems, welche im Beispiel aus acht Lautsprechern 2 besteht, welche wie dargestellt in einer Reihe oder einer Spalte oder einem Array mit mehreren Reihen und Spalten angeordnet sein können. Der von dieser realen Quellen Si 1 erzeugte Schall breitet sich beispielsweise in der dargestellten Abstrahlcharakteristik 3 in den Raum 6 aus. Die Abstrahlcharakteristik 3, welche auch als Richtdiagramm bezeichnet wird, weist eine Hauptabstrahlrichtung mit einer Hauptkeule 4 und mehrere Nebenkeulen 5 auf.
Die reale Quelle Si 1 ist in einem Raum 6 angeordnet, welcher mittels einer Strich-Strich-Linie dargestellt ist. In diesem Raum befindet sich ein Hörer 7, beispielsweise an der dargestellten Position.
Nach diesem schematischen Ansatz erfolgt die Erzeugung einer virtuellen Quelle So 10 mit Hilfe von Reflexionen an den Wänden 11 des Raums 6 und durch eine Projektion des Schalls, welcher von der realen Quelle Si 1 in der Richtung der Hauptkeule 4 abgestrahlt wird. Im dargestellten Beispiel gelangt dieser Schall nach zwei Reflexionen an den Wänden 1 1 zum Hörer 7. Der Weg des reflektierten Schalls 9 führt zur Erzeugung einer virtuellen Quelle So 10, welche der Hörer im Beispiel von rechts hinten wahrnimmt.
Im Beispiel erreicht der direkte Schall der realen Quelle Si 1 den Hörer über den Weg 8. Dieser direkt aus Richtung der realen Quelle Si 1 abgestrahlte Schall stammt aus einem Bereich mit fokussierungsbedingter Amplitudendämpfung im Bereich der Nebenkeulen 5. Da dieser maximal die Intensität einer Nebenkeule 5 der Abstrahlcharakteristik 3 aufweist und somit für den Hörer 7 schwächer als der Schall über den Weg 9 wahrgenommen wird, entsteht eine resultierende Hörereignisrichtung 12 für den Hörer 7 in Richtung der virtuellen Quelle So 10. Die dargestellte Abstrahlcharakteristik 3 der realen QuelleSi 1 gilt beispielhaft für einen mittleren Frequenzbereich. Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann die in der Figur 2 gezeigte resultierende Flörereignisrichtung 12 des Hörers 7 im unteren und oberen Frequenzbereich nicht derart erfolgreich oder nicht mehr erreicht werden.
Die Figur 3 zeigt im linken Teil der Figur ein schematisches Zeit- Amplitudendiagramm des aus Richtung der virtuellen Quelle So 10 und direkt aus Richtung der realen Quelle Si 1 an der Hörposition eines Hörers 7 eintreffenden Schalls. Im rechten Teil der Figur 3 ist die resultierende Hörereignisrichtung 12 mit einer beispielhaft angeordneten realen Quelle Si 1 und einer virtuellen Quelle So 10 dargestellt. Die Visualisierung von realer Quelle Si 1 und virtueller Quelle So 10 mit Hilfe von Lautsprechersymbolen dient der Vereinfachung der Erklärung und stellt keine Einschränkung dar.
Wie zu erkennen ist, trifft der Schall der realen Quelle Si 1 , über den in der Figur 3 nicht dargestellten Weg 8 des direkten Schalls als Direktschall-Anteil 15, beim Hörer 7 beispielsweise zum Zeitpunkt ti und mit einem beispielhaften Pegel bzw. einer Amplitude ein. Hierbei könnte der dargestellte Pegel bzw. die Amplitude beispielsweise ein Schalldruckpegel in dB[SPL] (SPL; engl.: Sound Pressure Level) oder ein Schalldruck gemessen in Pa sein. Der Schall der virtuellen Quelle So 10, welcher über den in der Figur 3 nicht dargestellten Weg 9 des reflektierten Schalls beim Hörer 7 als reflektierter Schall-Anteil 16 ankommt, trifft beim Hörer beispielsweise zum Zeitpunkt tQ ein. Dieser Zeitpunkt tQ liegt um eine Zeitdifferenz von At verzögert nach dem Eintreffen des direkten Schalls der realen Quelle Si 1. Der Grund für diese zeitliche Verzögerung von At liegt im längeren Weg 9 des reflektierten Schalls gegenüber dem Weg 8 des direkten Schalls, wie es in der Figur 2 dargestellt ist. Der Schall der virtuellen Quelle So 10 weist einen um die Differenz von AL größeren Pegel L0 bzw. eine Amplitude auf. Der Grund für diesen größeren Pegel L0 bzw. die Amplitude liegt in der Richtwirkung bzw.
Abstrahlcharakteristik 3, nach welcher der über den Weg 9 zum Hörer 7 gelangende Schall der virtuellen Quelle So 10 im Bereich der Hauptkeule 5 der realen Quelle Si 1 abgestrahlt wird.
In diesem Beispiel entsteht eine resultierende Hörereignisrichtung 12 in Richtung der realen Quelle Si 1 , wie es im rechten Teil der Figur 3 dargestellt ist. Der Grund für eine derartige Wahrnehmung beim Hörer 7 liegt darin, dass nach dem Präzedenzeffekt, der zuerst beim Hörer 7 eintreffende Schall die auditive Richtungswahrnehmung dominiert.
Die Figur 4 zeigt ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 in einer idealisierten Darstellung. Im linken Teil der Figur 4 ist wiederum ein schematisches Zeit-Amplitudendiagramm des aus Richtung der virtuellen Quelle So 10 kommenden reflektierten Schall- Anteils 16 und des aus Richtung der realen Quelle Si 1 direkt an der Hörposition eines Hörers 7 eintreffenden Direktschall-Anteil 15 gezeigt. Im rechten Teil der Figur 4 ist die resultierende Hörereignisrichtung 12 mit einer beispielhaft angeordneten realen Quelle Si 1 und einer virtuellen Quelle So 10 dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 derart bereitgestellt, dass diese dem Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle Si 1 zeitlich vorgelagert, um eine Zeitdifferenz von AtM1 früher, beim Hörer 7 eintrifft.
In einer besonderen Ausführung kann die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 derart bereitgestellt werden, dass diese zeitgleich mit dem Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle Si 1 beim Hörer 7 eintrifft. Auch in diesem Fall ist eine Lokalisationsmaskierung möglich, wenn die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 so ausgeführt ist, dass Signalmerkmale des Direktschall- Anteils 15 so ergänzt werden, dass die Lokalisation in dessen Richtung erschwert oder verhindert wird. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche Signalanteile die Transienten verhindern oder eine Erzeugung mehrdeutiger Lokalisation durch Phasenverschmierung erreicht werden. In einer weiteren besonderen Ausführung kann die zusätzlich erzeugte
Schallinstanz 13 derart bereitgestellt werden, dass diese zeitlich verzögert bzw. später als der Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle Si 1 beim Hörer 7 eintrifft.
Der Lokalisationsmaskierungspegel LM1 bzw. die Amplitude der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 kann, wie in der Figur 4 dargestellt, kleiner als der Pegel oder die Amplitude der virtuellen Quelle So 10 sein. Der
Lokalisationsmaskierungspegel LM1 bzw. die Amplitude der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 kann kleiner, gleich oder größer als der PegelLx der realen Quelle Si 1 sein.
Mittels eines idealen Hinzufügens einer zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 wird eine Lokalisationsmaskierung des Direktschall-Anteils 15 der realen
Quelle Si 1 erreicht. Hierdurch entsteht eine resultierende Hörereignisrichtung 12 in der Richtung der virtuellen Quelle So 10, wie es im rechten Teil der Figur 4 dargestellt ist.
In der Figur 5 ist ein Zeit-Amplitudendiagramm mit einer erfindungsgemäß zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 in einer nicht idealisierten Darstellung gezeigt. Der linke Teil der Figur 5 zeigt die bereits aus der Figur 4 bekannten Bestandteile des beim Hörer 7 eintreffenden reflektierten Schall-Anteils 16 der virtuellen Quelle So 10 und des Direktschall-Anteils 15 der realen Quelle Si 1 sowie die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13 in einer idealisierten Darstellung. Durch die unvollkommene Fokussierungsleistung der realen Quellen Si 1 , bedingt durch die nicht ideale Abstrahlcharakteristik 3 entsteht im Bereich der Nebenkeulen 5 ein zusätzlicher Direktschall-Anteil 14, welcher den Hörer 7 aus Richtung der realen Quelle Si 1 erreicht. Dieser über den Weg 8 direkt zum Hörer 7 übertragene unerwünschte zusätzliche Direktschall-Anteil 14 ist im linken Teil der Figur 5 dargestellt. Dieser zusätzliche Direktschall-Anteil 14 trifft beim Hörer 7 beispielsweise mit einem um AL gegenüber der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 geringerem Pegel bzw. einer kleineren Amplitude ein. Dieser zusätzliche Direktschall-Anteil 14 trifft beispielsweise mit einer zeitlichen Differenz von At vor der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 ein.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann derart eine ausreichende Beeinflussung der resultierenden Hörereignisrichtung 12 erreicht werden. Für den Fall, dass der Pegel bzw. die Amplitude des unerwünschten zusätzlichen Direktschall- Anteils 14 eine lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle beim Hörer 7 erreicht oder überschreitet, kommt es zu einer unerwünschten Beeinflussung der resultierenden Hörereignisrichtung 12. Wie im rechten Teil der Figur 5 dargestellt, kann die resultierenden Hörereignisrichtung 12 durch zwei Bestandteile beeinflusst werden. Der erste erwünschte Bestandteil führt zu einer Beeinflussung der Wahrnehmung des Hörers 7 in der Richtung der virtuellen Quelle So 10, während der zweite unerwünschte Bestandteil die Wahrnehmung des Hörers 7 in der Richtung der realen Quelle Si 1 beeinflusst.
Dieser Nachteil des unerwünschten zusätzlichen Direktschall-Anteils 14, welcher die Wahrnehmung des Hörers 7 in der Richtung der realen Quelle Si 1 unerwünscht beeinflusst, wird durch eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme beseitigt.
Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass der zusätzliche Direktschall-Anteil 14 durch eine erneute Bereitstellung einer entsprechenden weiteren zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13a, welche aus der Richtung der virtuellen Quelle So 10 auf den Hörer 7 trifft, lokalisationsmaskiert wird. Diese Bereitstellung einer weiteren zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13a ist in der Figur 6 dargestellt. Die weitere zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13a wird derart bereitgestellt, dass diese um eine Zeitdifferenz von AtMn vor dem zusätzlichen Direktschall-Anteil 14 auftritt, um diesen zu lokalisationsmaskieren. Im Beispiel der Figur 6 weist die zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13a einen Pegel oder die Amplitude von LMn auf, welche größer als der Pegel oder die Amplitude des zusätzlichen Direktschall-Anteils 14 sein kann.
Bestimmt der durch die weitere zusätzlich erzeugte Schallinstanz 13a entstehende weitere, zusätzliche Direktschall-Anteil 14a, welcher aus der Richtung der realen Quelle Si 1 auf den Hörer 7 trifft, die auditive Richtungswahrnehmung des Hörers 7 noch immer, kann in gleicher Weise weiter verfahren werden. Es erfolgt eine Kaskadierung von jeweils vorgelagerten zusätzlich erzeugten Schallinstanzen 13, 13a, 13b, ... , 13n solange, bis der Hörer 7 ein resultierendes Hörereignis 12 aus der Richtung der virtuellen Quelle So 10 erfährt. Dieser, durch das Verfahren herbeigeführte Fall, ist im rechten Teil der Figur 6 dargestellt.
Dieser Fall wird dann erreicht, wenn nach einer Kaskadierung von n Lokalisationsmaskierungsstufen (mit LM undÄ/M ) der am frühesten beim
Hörer 7 eintreffende zusätzliche Direktschall-Anteil 14n die lokalisationsbestimmende auditive Wahrnehmbarkeitsschwelle des Hörers 7 nicht mehr überschreitet und damit eine Lokalisation in Richtung der realen Quelle Si 1 ausbleibt. Im Beispiel der Figur 6 ist diese Kaskadierung von n Lokalisationsmaskierungsstufen derart gezeigt, dass alle zusätzlich erzeugten Schallinstanzen 13, 13a, 13b, ... , 13n einander zeitlich vorgelagert sind.
Auch wenn das in den Figuren 3 bis 6 dargestellte Signal der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 zeitlich von dem Direktschall-Anteil 15 der realen Quelle Si 1 getrennt ist, besteht die Möglichkeit einer zumindest teilweisen zeitlichen Überlagerung der Signale der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 und dem Direktschall-Anteil 15 bzw. der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 und dem reflektierten Schall-Anteil 16. Auch mit einer derartigen Überlagerung ist es möglich, eine Lokalisationsmaskierung zu erreichen. Die in der vorliegenden Beschreibung genannten zeitlichen Beziehungen gelten in diesem Fall beispielsweise zwischen den jeweiligen Anfangszeitpunkten oder Zeitpunkten maximaler Kreuzkorrelation zwischen der zusätzlich erzeugten Schallinstanz 13 und dem Direktschall-Anteil 15.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 reale Quelle Si eines schallprojizierenden Audiowiedergabesystems
2 Schallwandler (Lautsprecher)
3 Abstrahlcharakteristik
4 Hauptkeule
5 Nebenkeule
6 Raum
7 Hörer
8 Weg des direkten Schalls
9 Weg des reflektierten Schalls
10 virtuelle Quelle So (Reflexionspunkt)
11 Wand/schallreflektierende Grenzfläche
12 resultierende Hörereignisrichtung
13, 13a, 13b, ... ,13n zusätzlich erzeugte Schallinstanz
14, 14a, 14b, ... , 14n zusätzlicher Direktschall-Anteil
15 Direktschall-Anteil
16 reflektierter Schall-Anteil

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers (7), bei welchem, mittels einer bereitgestellten, eine Richtwirkung aufweisenden realen Quelle Si (1 ), ein fokussierter Schall abgestrahlt wird, welcher den Hörer (7) auf einem direkten Weg (8) zwischen der realen Quelle Si (1 ) und dem Hörer (7) zu einem Zeitpunkt
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als Direktschall-Anteil (15) und nach mindestens einer Reflexion aus einer von der Richtung der realen Quelle Si (1 ) verschiedenen Richtung zu einem Zeitpunkt tQ als reflektierter Schall- Anteil (16) erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine lokalisierungsmaskierende zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) bereitgestellt und mittels der realen Quelle Si (1 ) mit einer Richtwirkung in eine definierte Richtung abgestrahlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) derart bereitgestellt wird, dass diese den Hörer (7) zu einem Zeitpunkt tM erreicht, welcher mit dem Zeitpunkt des zugehörigen Direktschall-Anteils (15) übereinstimmt oder um eine Zeitdifferenz AtM vor dem Zeitpunkt
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des Direktschall- Anteils (15) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Richtung eine von dem direkten Weg (8), zwischen der realen Quelle Si (1 ) und dem Hörer (7) verschieden Richtung ist und dass die zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) den Hörer (7) aus einer von dem direkten Weg (8) verschiedenen Richtung erreicht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) mit einem Pegel LM bereitgestellt wird, welcher gleich oder größer als der Pegel L der Schallinstanz ist, welche den Hörer (7) auf dem direkten Weg als Direktschall-Anteil (15) erreicht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr zusätzlich erzeugte Schallinstanzen (13, 13a, 13b, ... , 13n) bereitgestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr zusätzlich erzeugten Schallinstanzen (13, 13a, 13b, ... , 13n) einander zeitlich vorgelagert bereitgestellt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitpunkt zur Bereitstellung der zusätzlich erzeugten Schallinstanz (13) und/oder eine temporale und/oder spektrale Charakteristik der zusätzlich erzeugten Schallinstanz (13) von subjektiven Nutzereinstellungen und/oder raumakustischen Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen abhängig spezifiziert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitpunkt zur Bereitstellung der zusätzlich erzeugten Schallinstanz (13) und/oder eine temporale und/oder spektrale Charakteristik der zusätzlich erzeugten Schallinstanz (13) von psychoakustischen Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen oder von elektroakustischen Messungen, Modellsimulationen oder Schätzungen abhängig spezifiziert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) unter Nutzung einer Hüllkurvenmanipulation oder einer HRTF-Filterung bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich erzeugte Schallinstanz (13) sich zeitlich zumindest teilweise mit dem Direktschall-Anteil (15) überlappend bereitgestellt wird.
11. Anordnung zur Umsetzung des Verfahrens zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers (7) nach den
Ansprüchenl bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Lokalisationsmaskierungsprozessor zur Erzeugung der mindestens einen lokalisierungsmaskierenden zusätzlich erzeugten
Schallinstanz (13) aufweist, dass der Lokalisationsmaskierungsprozessor einen ersten Eingang für Parameter L(f), At, q, cp für jeden direkten und jeden projizierten Übertragungskanal, einen zweiten Eingang für ein Wiedergabesignal x(t) mit einer gewünschten Lokalisationsrichtung üLok; pLok und einen Ausgang zur Ausgabe von Ansteuerungssignalen y(t) und ihrer Abstrahlrichtung Beam> yBbath aufweist und dass der Ausgang mit einem schallprojizierenden Audiowiedergabesystem verbunden ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem schallprojizierenden Audiowiedergabesystem eine reale Quelle Si (1 ) mit einer Richtwirkung angeordnet sind.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Quelle Si (1 ) mehrere Schallwandler wie Lautsprecher aufweist, welche nebeneinander oder übereinander oder in einem Array nebeneinander und übereinander angeordnet sind.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Quelle Si (1 ) des schallprojizierenden Audiowiedergabesystems in einem Raum (6) mit schalreflektierenden Grenzflächen (11 ) angeordnet ist.
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