DE10019984A1 - VAR 3D "3dimensionale virtuelle Akustik Berechnung", ist ein Verfahren zur Simulation von Akustik auf einem informationsverarbeitendem System - Google Patents

Description

Der Mensch nimmt zu etwa 50 Prozent seiner räumlichen Orientierung über den Gehörsinn auf.

Dies geschieht aufgrund mehrerer gehörpsychologischer Verfahren.

Die 3-dimensionale Ortung von Schallquellen ist über das Erkennen von Phasenverschiebungen möglich, die sich durch unsere Kopfform, und den Sitz unserer Ohren ergeben.

Die Raumgröße wird zum größten Teil über die Schallreflektionszeiten erkannt, die sich in diesem Raum entwickeln (Hall).

Diese beiden "Verfahren", tragen zum größten Teil zu unserer Orientierung bei.

Die Größe eines Raumes bestimmt sich für den Gehörsinn durch die "Halldauer". Das ist die Zeit die vergeht, bis die gesamte Energie die von der Schallquelle erzeugt wurde, sich durch Absorption "entladen" hat. In dieser Zeit wird die Schallwelle immer wieder von den Wänden dieses Raumes reflektiert, und erreicht somit, in immer abgeschwächterer Form, den Gehörsinn. Da der Mensch einen "lernfähigen" Gehörsinn besitzt, und sich ausschließlich in einer 3-dimensionalen räumlichen Umgebung aufhält, ist das Hören eines "Schalltoten" also unräumlichen Tonsignals äußerst unangenehm.

Aus diesem Grund werden in jedem Bereich der Tontechnik Systeme zur künstlichen Erzeugung, der Reflektionen (des Halles) verwendet.

Digitale Hallsysteme, die mit mathematischen Algorithmen arbeiten, haben sich weit verbreitet und durchgesetzt.

Die zugrundeliegende Funktionsweise herkömmlicher Hallgeräte:
Das zu bearbeitende Signal (Tonmaterial), wird zunächst digitalisiert.

Es liegt nun abstrakt gesehen als eine Abfolge von Impulsen verschiedener Stärke vor. Für jeden zu bearbeitenden Impuls werden nun über einen mathematischen Algorithmus, zeitversetzte, sich stetig abschwächende Wiederholungen berechnet (Verdichtungsalgorithmus). Die Impulswiederholungen werden danach auf das zu bearbeitende Signal aufgerechnet.

Der Algorithmus wird so gewählt, daß das entstehende Signal der Reflektionscharakteristik, eines aus der Realität gewählten Raumes so gut wie möglich entspricht.

Nachteile dieser Technik der Hallerzeugung:
Da lediglich die Reflektionszeiten aufaddiert werden, findet keine tatsächliche räumliche Berechnung statt. Die Schallquelle befindet sich also zwangsläufig statisch im Mittelpunkt des Raumes. Weiterhin wird bei der Schallquelle keine Differenzierung hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik der Schallquelle erreicht. Es wird sozusagen Kugelförmig für alle Frequenzen abgestrahlt.

In der natürlichen Umgebung, wird jedoch je höher die Frequenz ist, zunehmend gerichtet abgestrahlt.

Die Aufaddierung von Reflektionsimpulsen, auf das "trockene" Signal, bei der über eine "Verdichtungsgleichung" (mathematischer Algorithmus) die Reflektionen nachgeahmt werden, enthält also folgende Probleme und Schwachpunkte:

• 1. schwerwiegender Nachteil: keine Beweglichkeit der Schallquelle oder des Schallauffängers (Mikrofon) sowie des Raumes.
• 2. Keine Ortbarkeit der Schallquelle über die Reflektionszeiten.
• 3. Undeutlicher und unrealistischer Klang des Nachhalls.
• 4. Kein räumlicher optischer Bezug für den Anwender. (Sieht nicht was er hört!)
• 5. Der Klangraum ist zwangsläufig immer ein leerer Würfel, der nur aus den Seitenwänden, Boden und Decke besteht.
• 6. Der Klangraum enthält zwangsläufig nur ein "Wandmaterial" welches nur unvollkommen nachgebildet werden kann.
• 7. Die Reflektionserzeugung findet "logisch" nur in einer Ebene statt, bleibt also immer 2- Dimensional.
• 8. Natürliche Elemente der Akustik wie Beugung und Resonanz lassen sich nicht einfügen. 9. Dem Anwender stehen keine Möglichkeiten der kreativen Gestaltung des Raumes zur Verfügung.
• 9. Das Arbeiten mit dieser Art der Hallerzeugung gestaltet sich umständlich und nicht realitätsbezogen, also abstrakt.

3-dimensionale virtuelle Akustik Berechnung technische Beschreibung

VAR3D ist eine Technologie, die auf digitalem Wege eine realistische Simulation von sämtlichen akustischen Phänomenen, innerhalb einer virtuell-Realistischen Umgebung, möglich macht.

Wesentlichster Gedanke ist dabei, einem 3-dimensionalen virtuellen Raum, auf Grundlage einer 3-dimensionalen Simulation akustischer Gesetzesmäßigkeiten, unter Verwendung des Verfahrens der Schallstrahlenberechnung, akustische Eigenschaften zu geben.

Der virtuelle Raum besteht dabei aus geometrischen Punkten in einem XYZ "globalen" Koordinatensystem, die über ein elektronisches Informationssystem (z. B. Computer) generiert und dargestellt werden. Über diese geometrischen Punkte werden Flächen definiert.

Aus den in der Form beliebigen Flächen, kann sich der Anwender seine "Welt" beliebig geometrisch visuell konstruieren (Einrichtungsgegenstände, Räume, Häuser etc.). Nun existiert ein geometrisches Modell aus Flächen und den dazugehörigen Punkten.

Der Anwender hat nun die Möglichkeit jeder Fläche ein vorher erstelltes Material zuzuweisen. Das Material enthält die Information des Absorptionskoeffizienten (sowie weitere relevante Informationen). Das bedeutet eine Informationskurve, wieviel Energie der Schallwelle bei einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Materialstärke entzogen wird.

Nächster Schritt ist das Einfügen von einer oder mehreren Schallquelle/n in den 3-dimensionalen virtuellen "Klangraum".

Diese sind logische Objekte, dargestellt durch geometrische Punkte, oder nichtkugelförmige Schallquellen wie Flächen, oder aus Flächen zusammengesetzte Körper,
wobei der aus Flächen zusammengesetzte Körper am realitätsnächsten ist. Es lässt sich so zum Beispiel auch ein Lautsprecher konstruieren.

Weiterhin sind ein oder mehrerer Schallauffänger zu definieren, (ein virtuelles Mikrofon) und in den virtuellen "Klangraum" einzufügen.

Dieser kann wieder ein geometrischer Punkt, oder ein nichtkugelförmiger Schallauffänger wie eine Fläche, oder ein aus Flächen zusammengesetzter Körper sein.

Im Gegensatz zu der Schallquelle muß hier jedoch der "geometrische Punkt" einen gewissen Radius besitzen, um von Schallstrahlen überhaupt berührt zu werden.

Berechnung: (erster Schritt, Berechnung eines Impulses (einer einzigen Schallwelle))

Die Gesetze der Schallausbreitung sind denen der Optik sehr ähnlich, betreffend der Reflektion sogar gleich.

Schallreflektion an einer ebenen Fläche: "alpha" = "alpha 1" wobei "alpha" = einfallender Strahl, und "alpha 1" = reflektierter Strahl.

Einfallender Strahl und reflektierter Strahl liegen auf einer Ebene.

Bei der VAR3D Technologie ist der Gedankenpunkt Grundlage, daß eine sich ausbreitende Schallwelle vereinfacht auch als Schallstrahl dargestellt werden kann. Da sich eine Schallwelle "grundsätzlich" kugelförmig ausbreitet, lässt sich das erste Beispiel wie folgt darstellen.

Schritt 1 Betrachtung eines Impulses

Vorgegeben ist ein würfelförmiger Raum der sich aus den acht geometrischen Eckpunkten und den auf die Eckpunkte definierten Flächen zusammensetzt, sowie eine Schallquelle (hier eine einfache Kugel) und ein Schallauffänger.

Alle Seiten des Würfels sind mit einem einheitlichen Absorptionsgrad versehen (der einer bestimmten Frequenz entsprechen würde).

Von der Schallquelle wird nun (auf der gesamten Oberfläche der Kugel gleichmäßig verteilt (Kugelförmig) im 90° Winkel zur "Oberfläche") eine zu bestimmende Menge Schallstrahlen "ausgesendet".

Die Strahlen besitzen eine einheitliche "Energiemenge" in Form einer Variable E, die der "Energiemenge" (Lautstärke) des zu berechnenden Impulses entspricht.

Über eine Kollisionsberechnung wird errechnet wo sich der Strahl mit einer Fläche berührt. Ist eine solche Berührung zustandegekommen, wird über das Gesetz der Reflektion der weitere Weg (Reflektionswinkel) des Strahls berechnet.

Bei jeder "Berührung" mit einer der Seitenwände des Würfels (des Raumes) wird der Variable E der Wert des Absorptionsgrades abgezogen.

Nach einer vom Absorptionsgrad abhängigen Menge von Berührungen, ist die "Energie" (Variable E) gleich null, womit die Reflektionsberechnung beendet wird.

Innerhalb des Raumes befindet sich das virtuelle Mikrofon, in Form vom Schallauffänger. Der Schallstrahl legt einen vom Raum (Würfel) bestimmten Weg zurück. Dieser wird in der Variable W gespeichert und an jedem Berührungspunkt (beliebiges Objekt) berechnet.

Wenn der "Einzugsbereich" des Schallauffängers von einem ankommenden Schallstrahl berührt wird, übergibt der Schallstrahl die Information, seiner Variable E, den Zeitpunkt seines Starts an der Schallquelle (Variable S), sowie den zurückgelegten Weg (Variable W) innerhalb eines bestimmten zu definierenden Protokolles.

Aus dem zurückgelegten Weg (Variable W), und der Laufzeit des Schalls, die anzugeben ist, (ca. 340 M/s in normaler Luft), wird die Dauer berechnet die der Schallstrahl "unterwegs" war.

Aus dieser Dauer ergibt sich sein "Platz" innerhalb des zeitlichen Verlaufs des zu bildenden Signals.

2. Schritt Frequenzabhängige Absorption (mehrerer Impulse, Klang mit verschiedenen Frequenzen)

Eine entscheidende akustische Eigenschaft im natürlichen Klangraum stellt die Absorption dar. Die Absorptionsstärke ist frequenzabhängig, (wodurch sich der Gehörsinn an Ihr orientiert), deshalb wird die Technologie der Frequenzselektion im VAR3D angewendet.

Das zu bearbeitende Signal wird vor der eigentlichen räumlichen Berechnung in seinen Frequenzen analysiert. In einer zu definierenden Größe werden Frequenzbänder herausselektiert und die jeweiligen Samples (Impulse) mit einer Variablen versehen die ihre Frequenzzugehörigkeit enthält.

Beispiel: ein Klang von einer Sekunde Dauer wird digitalisiert.

Danach liegen bei einer Digitalisierungsrate von 48 000 Hz (48 000 Zahlenwerte pro Sekunde) 48 000 verschiedene Zahlenwerte = Samples vor. Diese werden nun als Impulse betrachtet.

Der Klang wird in unserem Beispiel in 15 verschiedene Frequenzbänder zerlegt.

Aufsteigend nach dem jeweiligen Frequenzband erhält nun jeder Sample/Zahlenwert innerhalb einer Variable F seine Frequenzbandzugehörigkeit.

Bei der Schallstrahlenberechnung wir nun nicht mehr wie in Schritt 1 verallgemeinert die Absorption berechnet, sondern für jeden Schallstrahl wie folgt:
Jeder Schallstrahl enthält die Variable F, die angibt zu welchem Frequenzband er gehört. Über das Material, was der berührten Fläche zugewiesen wurde, kann nun aus der Absorbtionskoeffizienten-kurve ausgelesen werden, um wieviel "Energie" die Variable E des Schallstrahls reduziert wird, innerhalb des Frequenzbereiches den die Variable F des Schallstrahls angibt.

3. Schritt Schallbeugung

Eine weitere wichtige akustische Eigenschaft, in Verbindung mit Körpern ist die Schallbeugung. Ist eine Fläche (eines Körpers) im Bezug auf die Wellenlänge der auf ihn einfallenden Schallwelle klein, "beugt" sich die Schallwelle um diese herum. Ist die Fläche groß genug, wird die Schallwelle reflektiert.

Für die unterste noch reflektierte Frequenz gilt: "Berechnung zur Schallbeugung"

FU = Unterste noch reflektierte Frequenz
c = Schallgeschwindigkeit
d = Durchmesser des Reflektors
alpha = Einfallswinkel des Schallstrahls
a1 = Entfernung Reflektor → Schallquelle
a2 = Entfernung Reflektor Schallauffänger (Virtuelles Mikrofon)

Schallbeugung wird innerhalb des 3D VAR über die Frequenzselektion berechnet.

In einer Vorberechnung der gesamten "geometrischen Szene", (gesamter virtueller Klangraum) wird vor der eigentlichen "Hallerzeugung" eine Selektion durchgeführt.

Alle Objekte die innerhalb eines zu bestimmenden relevanten Frequenzbereiches klein genug sind, um zu einer Schallbeugung zu führen, werden besonders gekennzeichnet (Programmtechnisches "FLAG").

Im Zusammenhang mit der Variable F des ankommenden Schallstrahles wird, bei diesen besonders gekennzeichneten Objekten, die "Berechnung zur Schallbeugung" vorgenommen. Das Ergebnis dieser Berechnung ist entweder eine Schallbeugung, oder eine Reflektierung. Bei einer Schallbeugung, behält der ankommende Schallstrahl seine Richtung.

Die zu "überwindende" Oberfläche des Objektes, der Weg, den die Schallwelle auf Ihm, "außenherum" entlang gebeugt wird, wird in die "Weg-Laufzeitberechnung" aufgenommen.

Schritt 4 Resonanz und nichtkugelförmige Schallquellen, sowie Schallausbreitung in anderen Medien als Luft

Weitere klangbestimmende Elemente der Akustik sind Eigenresonanz von Körpern, und nichtkugelförmige Schallquellen, sowie die Ausbreitung von Schallwellen in anderen Medien als Luft.

Nichtkugelförmige Schallquellen:
Über den als Schallquelle definierten Körper (Fläche), werden eine zu bestimmende Menge von Schallstrahlen gleichmäßig verteilt. Von dem so bestimmten Punkt wird im Einzelnen, jeder Schallstrahl im 90° Winkel zur Oberfläche ("abgeschickt") berechnet.

Somit wird ereicht, das die Schallquelle nicht aus einem geometrischen Punkt zu Orten ist. Diese nichtkugelförmigen Schallquellen, sind die im natürlichen Raum am häufigsten vorkommende Art von Schallquellen.

Bei nichtkugelförmigen Schallquellen, werden die Materialeigenschaften des jeweiligen Objektes zur Berechnung eingesetzt (Absorbtion).

Resonanz:
Fast jeder Körper in unserer realen akustischen Umgebung, hat durch seine Beschaffenheit, die Fähigkeit in sich selbst zu schwingen. So kann er also selbst als Schallquelle betrachtet werden.

Über die geometrischen und physikalischen Eigenschaften, die für das jeweilige Objekt zu definieren sind, wird das Resonanzverhalten des Objektes (Körper) ermittelt (berechnet). Das Resonanzverhalten wird in einer Frequenzkurve dargestellt, die dem Objekt über eine Variable R beigefügt ist (Resonanzfrequenzkennlinie).

Objekte die mit Resonanz "ausgestattet" sein sollen, werden durch den Anwender besonders gekennzeichnet.

Bei einer Berührung eines Schallstrahls mit einem solchen besonders gekennzeichneten resonanzfähigem Objekt, wird über die Variable F des Schallstrahls, die Absorptionskennlinie, sowie die Resonanzkennlinie und der Anregerkennlinie, der Wert der Variablen E (Energie) des Schallstrahls ermittelt.

Die Anregerkennlinie spiegelt den Energiewert wieder, den der Körper benötigt, um die sich durch die Resonanzfrequenzkurve ergebenden Zustände annehmen zu können (Um in Eigenschwingung zu geraten).

Im Zusammenhang mit der Variable E (Energie) des Schallstrahls, der Absorptionskennlinie, und der Energie/Anregerkennlinie ergibt sich der Wert "EO"(Energie des Objektes).

Schallausbreitung in anderen Medien als Luft.

Die Schallgeschwindigkeiten, also die Ausbreitungsgeschwindigkeiten, sind von Stoff zu Stoff in unserer natürlichen Umgebung verschieden.

Dies spielt in einer Simulation lediglich eine untergeordnete Rolle, da der Mensch zum größten Teil Schallwellen über die Luft aufnimmt.

Der Schallstrahl, der sich durch ein Objekt bewegt, welches als ein anderes Medium als Luft definiert ist, wird als solches in seiner Richtung nicht beeinflusst.

Der zurückgelegte Weg der in der Variablen W gespeichert ist, wird jedoch mit der sich durch das Objekt vorgegebenen Ausbreitungsgeschwindigkeit berechnet, während er sich innerhalb des Objektes befindet.

Tritt der Schallstrahl aus dem Objekt aus, so wird das Objekt als Schallquelle behandelt, mit den für die Schallquelle definierten Eigenschaften.

Mit der Einfügung von Schallausbreitung in anderen Medien als Luft, in die Simulation und deren Beschreibung, sind alle relevanten Erscheinungen, die unseren Gehörsinn betreffen, dargestellt.

Ein solches "logisches System", zur Simulation unserer (der Menschlichen) akustischen Umgebung ist ein virtuelles System.

Das bedeutet, es stellt eine Technologie dar, die auf informationsverarbeitenden elektronischen Systemen wie einem Computer zum Beispiel, angewendet werden kann.

Es lässt sich eine Software erstellen, ein auf einem Betriebssystem wie zum Beispiel Windows von Microsoft lauffähiges Programm, oder eine elektronische Hardwareumgebung, die diese Technologie nutzt um räumlichen Hall zu erzeugen (Hallgerät).

Die VAR3D Technologie lässt sich so zum Beispiel auch als "Logig" auf einem Microchip realisieren.

Schritt 5 Datenorganisation

Da die Erzeugung von Computergenerierten Bildern mit Hilfe des Raytracings eine ähnliche Technologie als Grundlage benutzt, ist eine Verknüpfung dieser (und ähnlicher) "logischen" Informationen sehr bedeutend für die Zukunft.

Reality Information Objects "RIO"

Sogenannte abstrakte "Objekte" enthalten gleichzeitig optische und akustische sowie weitere unseren Sinnen zugängliche Informationen, innerhalb eines definierten Protokolls.

Ein solches Protokoll enthält die folgenden datentechnischen Informationen:
RIO = es handelt sich bei den folgenden Daten um ein "RIO Objekt".
Größe xxxx = enthält die Start und Endadresse im Speicher.
Type xxxx = enthält die Information in welcher Reihenfolge welche Informationen liegen.
Datatype xxxx = Enthält die Information welche Daten folgen.
Data xxxx = Enthält die Daten.

Innerhalb der "Rio Objekte" werden Daten organisiert, die den menschlichen Sinnen zugänglich sind. Das bedeutet Daten, die für die Erzeugung von Sinnesreizen Verwendung finden, sowie Daten, die direkte Informationen für einen dieser Sinne enthalten. Die anzusprechenden Sinne können sein: Sehsinn, Gehörsinn, Geruchssinn und Tastsinn. Die entsprechenden Daten und Informationen können zum Beispiel optische oder akustische sein.

Die VAR3D Technologie wird grundsätzlich mit "RIO" Objekten arbeiten, wenn es zur Haltung Verarbeitung und Speicherung von Informationen kommt.

Aus der VAR3D Technologie ergeben sich somit folgende direkte Verbesserungen gegenüber der problembehafteten alten Verfahrensweise, mit mathematischen Algorithmen Hall zu erzeugen:

• 1. Sowohl Schallquellen und Schallauffänger, als auch alle geometrischen Objekte, sind frei beweglich und in unbegrenzter Anzahl zu verwenden (Begrenzung durch das verwendete Informationssystem). Bewegungsabläufe können vom Anwender frei für jedes Objekt definiert werden.
• 2. Die Schallquellen sind bei entsprechender Anwendung der virtuellen Mikrofone (Schallauffänger) und Abhörsysteme, ortbar, sowohl über die Reflektionen des Raumes (Hall) als auch über die Schallstrahlen die direkt ohne Umweg auf den Schallauffänger treffen (Direktschall).
• 3. Es ergibt sich, je komplexer das geometrische Modell und alle weiteren Simulationsparameter gestaltet werden, ein realistischer und natürlich klingender Hall. Die Echtheit des Halls hängt somit lediglich von der Genauigkeit ab mit der der Anwender den Klangraum gestaltet.
• 4. Der Anwender kann je nach technischer Ausführung der entstehenden Produkte, eine Visualisierung zur Verfügung gestellt bekommen. Über diese hat er dann die Möglichkeit direkt den "Hallraum" zu sehen, und zu gestalten.
  Es wird somit für den Anwender ein direkter optischer Bezug zu dem, über den Gehörsinn erlebten, "Klang" des Raumes geboten.
• 5. Der Anwender hat mit VAR3D vollkommen freie Möglichkeiten einen "Klangraum", eine akustische Umgebung zu gestalten. Er kann sich darauf konzentrieren, in der Realität vorhandene Dinge virtuell nachzuahmen - zu gestalten, oder sich mit der Schaffung völlig neuartiger akustischer Umgebungen beschäftigen.
• 6. Die Materialien sind ebenso frei zu gestalten, und sind unabhängig von den vom Hersteller vorgegebenen Wandmaterialien.
• 7. Die VAR3D Technologie stellt eine der Realität gleichende Schallausbreitung zur Verfügung. In der Natur breiten sich Schallwellen grundsätzlich 3-dimensional aus.
  In dem alten Verfahren mit mathematischen Algorithmen, ist nur eine "logische" Ausbreitung 2-dimensional zu erreichen. Eine Ortung einer Schallquelle, oder von Körpern im Schallfeld, war mit diesem Verfahren nicht möglich.
• 8. Wichtige klangbestimmende Elemente wie Beugung von Schallwellen, und Resonanz waren innerhalb des alten Verfahrens nicht zu realisieren.
• 9. Ein realitätsbezogenes Arbeiten wird mit der VAR3D Technologie möglich.
  Dem Anwender stehen optisch und akustisch Objekte zur Verfügung, die ihm aus seiner täglichen Sinneserfahrung bekannt sind, wie Materialien, 3-dimensionale Körper, Schallquellen, und Virtuelle Mikrofone.
• 10. Wegen der Ähnlichkeit zum Raytracing für die Erzeugung von optisch erfassbaren Bildern, lassen sich beide Technologien verknüpfen.
  Das ist mit dem alten Verfahren der Erzeugung von Schallreflektionen auf Grundlage von mathematischen Algorithmen nicht möglich. Die durch VAR3D möglichen gewerblichen Anwendungen.

Anwendung der Simulation von Akustik sind in vielen Bereichen denkbar, in vier Hauptbereichen jedoch zum Zeitpunkt der Anmeldung mit hoher Nachfrage umgeben, da eine relevante Umsetzung noch nicht existiert.

Diese vier Bereiche sind: Musikproduktion, Filmvertonung (speziell Mehrkanalformate wie Dolby Digital), Videospielanwendungen im 3D Bereich, Virtual Reality und somit die kommende Erscheinungsform des Internet.
Mögliche gewerbliche Anwendungen sind nicht nur auf die Erzeugung von realistischem Nachhall begrenzt, sondern umfassen, eine ganzheitliche Simulation der akustischen Phänomene.

Im Bereich der Filmvertonung zum Beispiel, ist die Mehrkanalvertonung für das Medium DVD von großem Interesse. Es werden verschiedene Systeme angeboten um realistischen Nachhall in den Produktion verwenden zu können. Keines dieser Systeme jedoch ist "nichtstatisch", oder 3-Dimensional. Die Möglichkeit Schallquellen bewegen zu können, und weitere Möglichkeiten die die VAR3D Technologie verwirklichen kann, sind jedoch sehr gefragt. "Haupteinsatzgebiet" wird jedoch die Vital Realty und somit das Internet sein.

Jeder der sich in virtuellen Räumen bewegen wird, wird die "Akustik" dieses Raumes wahrnehmen können, die auf der Grundlage der VAR3D Technologie erzeugt wird.

Anwendungsbeispiel

Eine Anwendung des VAR3D Systems wäre wie folgt denkbar.
19er Hallgerät,
zur Erzeugung realistischer wirkender virtueller akustischer Umgebungen, für ein Tonsignal, was vor der Bearbeitung mit VAR3D schalltot ist.

In dem klassischen 19 zoll Format, welches vorrangig in Tonstudioumgebungen eingesetzt wird, wird ein Metallgehäuse hergestellt, welches frontseitig zugänglich, die "Benutzerschnittstelle" in Form von Bedienelementen und Datensichtbildschirmen enthält. Weiterhin frontseitig befindet sich eine Geräteschnittstelle, zu einem oder mehreren Dateneingabegeräten.

Auf der Rückseite des Gerätes befinden sich die Schnittstellen zur restlichen Tonstudioumgebung.

Als Schnittstellen werden Tonsignal-ein und ausgänge in analoger wie auch in digitaler Form realisiert. Weiterhin werden Datenbusschnittstellen realisiert, die zur Steuerung des Gerätes oder der Übertragung von Daten verwendet werden können.

Innerhalb des Gerätes befindet sich für den Anwender nicht zugänglich das elektronische Informationssystem, in Form einer Platine, auf der elektronische Schaltelemente und Mikroprozessoren aufgelötet sind.

Über ein Betriebssystem gesteuert, berechnen diese Mikroprozessoren, die zu berechnenden Daten.

Das Betriebssystem koordiniert die Daten-ein und Ausgabe, Haltung und Verwaltung innerhalb des Speichers. Innerhalb des Betriebssystems ist die VAR3D Technologie implementiert. Der Anwender hat die Möglichkeit, seine geometrischen Daten, über die Datenschnittstelle, einzuladen, und geringfügige Änderungen vorzunehmen.

Das Gerät berechnet nun, auf das von außen kommende schalltote Signal, alle vom Anwender definierten akustischen Gesetzesmäßigkeiten und gibt, in einer vom Anwender definierten Weise, das berechnete Signal auf seinen Signalausgängen aus.

Der Anwender kann dynamisch seine Schallquellen oder Schallauffänger mit Hilfe des an die frontseitige Geräteschnittstelle angeschlossenen Dateneingabegerätes, im virtuellen Raum bewegen.

Claims (4)

1. "VAR-3D" 3-Dimensionale "Virtuelle Akustik Berechnung" ist die Simulation von Akustik und weiteren physikalischen Vorgängen, die den Bereich der Akustik betreffen, auf einem informations- bzw. signal­ verarbeitenden System, gekennzeichnet durch, die Anwendung der in VAR3D beschriebenen Verfahren, besonders die Anwendung des Verfahrens der (Schall) Strahlenberechnung zur Simulation- bzw. Darstellung von Schallwellenausbreitung, sowie Akustik. Auf einem informationsverarbeitenden System wird ein virtueller Raum erzeugt, indem über ein globales Koordinatensystem geometrische Punkte organisiert werden. Auf diese geometrischen Punkte werden Flächen definiert. Innerhalb eines zu konstruierenden virtuellen Raumes werden dann Schallquellenobjekte sowie Schallauffängerobjekte eingefügt. Es werden nun nacheinander, für die durch das zu verarbeitende Signal entstehenden Samples (als Energiewert betrachtet → Impuls), Schallstrahlen generiert und in ihrer Ausbreitung berechnet. Während der Ausbreitungsberechnung kommt es zum Einsatz der in der Beschreibung des VAR3D erläuterten Verfahren, zur Berechnung der akustischen Gesetzesmäßigkeiten. Über die Schnittstelle der Schall­ auffänger wird das generierte Signal zur Verfügung gestellt.
2. 1. Die Anwendung des Verfahrens der Frequenzselektion und der Frequenzbandzuweisung; auf zu bearbeitende Impulse bzw. Schallstrahlen, innerhalb einer Simulation von Akustik und weiteren physikalischen Vorgängen, die den Bereich der Akustik betreffen, - auf einem informations- bzw. signal-verarbeitenden System -, welches hauptsächlich das Verfahren der Strahlenberechnung zur Simulation bzw. Darstellung von Schallwellenausbreitung sowie Akustik verwendet, gekennzeichnet durch:
   die Einbindung der Frequenzbandinformation (z. B. VARIABLE F) in die Informationseinheit des zu berechnenden Schallstrahls, die für die Berechnung von Beugung, Absorbtion und Resonanz benötigt wird.
3. 2. Das Halten und Organisieren von Daten innerhalb eines "Rio" "Reality Informations Object" ("Realitäts Informationen Objekt") gekennzeichnet durch, das gleichzeitige Halten und Speichern von Daten und Informationen, - die für ein Simulationssystem, welches die für die Daarstellung einer virtuellen Realität benötigten Daten und Informationen errechnet verwendet werden können -, innerhalb eines vordefinerten Formates auf einem informations- bzw. signalverarbeitenden System.
4. 3. Das Simulieren von Resonanz bzw. Eigenschwingungen von Objekten und Körpern innerhalb einer Simulation von Akustik, auf einem informations- bzw. signalverarbeitenden System, gekennzeichnet durch,

   • - das Anwenden von Energiewertinformationen, in Verbindung mit einem Objekt - innerhalb eines Systems zur Simulation von akustischen Gesetzesmäßigkeiten auf einem informations- bzw. signalverarbeitenden System -, sowie Resonanzfrequenzinformationen und Absorptionsfrequenzinformationen.
   • - Weiterhin wird die Simulation von Resonanz dadurch gekennzeichnet, daß ein Objekt innerhalb einer Simulationsumgebung durch "Energiezufuhr" über, für das Objekt definierte Eigenschaften, in eine simulierte Schwingung gelangt und somit wieder Energie abgibt.