DE102009015174A1 - Vorrichtung und Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in sterophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in sterophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Vegabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen, wobei die Vorrichtung (1) folgende Funktionsgruppen zur Verbesserung der akustischen Lokalisation von Phantomschallquellen in einem stereophonen Schallwiedergabesystem unabhängig von der Position und Kopfausrichtung eines Hörers enthält: - einen HRTF-Block (6), - einen Restlock (6) zugeführt werden, - eine Kanaleinrichtung (8) zur Übertragung von n-kanaligen Audiosignalen an den Restlokalisationsfehlerschätzer (7), - einen Positions- und Ausrichtungstracker (9) zur Feststellung von Lokalisationen und Restlokalisationen, der ebenfalls Signale an den Restlokalisationsfehlerschätzer (7) leitet, - einen eine Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems (4) enthaltenden Speicher (10), - einen Parameterschätzer (11) zur Anpassung an die Hörerposition (3), der Signale von Seiten des Speichers (10) und Signale von Seiten des Positions- und Ausrichtungstrackers (9) übernimmt, - einen Parameterschätzer (12) zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers, wobei der Parameterschätzer (12) Signale vom Restlokalisationsfehlerschätzer (7) und Parameter $I1 vom Parameterschätzer (11) zur Anpassung an die Hörerposition (3) erhält, - einen Prozessor (13), dem m-kanalige Audiosignale (1 bis m) aus der Kanaleinrichtung (8) sowie Parameter $I2 ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen.
  • In einer herkömmlichen stereophonen Schallwiedergabeeinrichtung funktioniert die räumliche Wiedergabe nur in einem relativ kleinen positionsfixierten Bereich – dem Singularwiedergabebereich –, der sich symmetrisch zwischen den Lautsprechern befindet.
  • Ein Problem besteht darin, dass außerhalb dieses Singularwiedergabebereiches die räumliche Wahrnehmung zusammenbricht und die von einem Hörer wahrgenommene Position einer Phantomschallquelle sich in Richtung des näheren Lautsprechers verschiebt. Als Phantomschallquelle bezeichnet man eine virtuelle Schallquelle, die vom Hörer zwischen den eigentlichen abstrahlenden Schallquellen, den Lautsprechern, wahrgenommen wird.
  • Zur Lösung dieses Problems existieren derzeit zwei unterschiedliche Strategien:
    In 1 ist eine erste Lösungsstrategie durch Anpassung der Abstrahlcharakteristik, die in der Druckschrift Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91–94, beschrieben ist, angegeben, wobei Lautsprecher mit bestimmter Abstrahlcharakteristik auf einen Punkt vor dem Hörer gerichtet sind. Ein Beispiel für die experimentelle Bestimmung von optimalen Abstrahlcharakteristiken ist in der Druckschrift Aarts: Enlarging the Sweet Spot for Stereophony by Time/Intensity Trading, preprint of the 94th Convention Berlin, 1993, Audio Engineering Society, S. 1–16, beschrieben. Weitere Druckschriften, welche sich mit Abstrahlcharakteristiken beschäftigen, sind Kates: Optimum Loudspeaker Systems with Directional Patterns, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 28, No. 11, S. 787–794 und Keele: A Loudspeaker Horn that Covers a Flat Rectangular Area from an Oblique Angle, preprint of the 74th Convention New York 1983, Audio Engeineering Society, S. 1–22 sowie Davis: Loudspeaker Systems with Optimized Wide-Listening-Area Imaging, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 35, No 11, 1987, S. 888–896.
  • Die Nachteile der Lösungen mit Anpassung der Abstrahlcharakteristik bestehen in der Frequenzabhängigkeit der Lautsprechercharakteristiken. Laufzeitunterschiede können, wie in der Druckschrift Aoki et al.: Stereo Reproduction with Good Localization over a Wide Listening Area, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 38, No. 8, 1990, S. 433–439 beschrieben ist, nicht ausgeglichen werden. Daher führen die Verfahren nur zu einer geringen Vergrößerung des Singularwiedergabebereiches mit exakter räumlicher Wahrnehmung. Gemäß der Druckschrift Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91–94, nimmt zusätzlich die Lokalisationsschärfe beim außermittigen Hören ab und es kommt zu einer Verbreiterung einer Phantomschallquelle mit zunehmendem Winkel (engl. image broadening).
  • In 2a ist eine zweite Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale angegeben, wobei herkömmliche Systeme versuchen, für statistische Positionen eine Laufzeitanpassung und Raumentzerrung vorzunehmen. Dabei wird meist mit Hilfe einer Mikrofonmessung das Schallfeld für eine diskrete Position angepasst. Beim Verlassen dieser vorher festgesetzten Positionen ist die korrekte Signalanpassung nicht mehr gegeben.
  • Ein erstes System, bei dem der Singularwiedergabebereich (engl. sweet spot) einem Hörer direkt nachgeführt wird, ist in der Druckschrift Kyriakakis et al.: Signal Processing, Acoustics and Psychoacoustics for High Quality Desktop Audio, Journal of Visual Communication and Image Representation, Vol. 9, No. 1, 199, S. 51–61, beschrieben. Um die korrekte Phantomschallquellenlokalisation an jeder vorgesehenen Position aufrecht zu erhalten, wird die Zeitdifferenz zwischen den Lautsprechern entsprechend angepasst, während der Hörer sich relativ zu den Lautsprechern bewegt. Dabei wird das Signal des näheren Lautsprechers so verzögert, dass beide Lautsprechersignale die Kopfmitte des Hörers gleichzeitig erreichen.
  • Ein weiteres System, welches die Lautsprechersignale in Abhängigkeit eines am Hörer zu tragenden Geräts (Bezugspunkt) anpasst, wird in der Druckschrift EP 1 542 503 A1 beschrieben. Dabei wird das Schallfeld für einen Bezugspunkt oder einen aus mehreren Bezugspunkten gemittelten Bezugspunkt korrigiert.
  • Die Nachteile der Lösungen durch die Anpassung der Lautsprechersignale bestehen darin, dass die Lautsprechersignale in Bezug auf eine feste Mikrofonposition beziehungsweise in Bezug auf die Kopfmitte oder einen anderen Bezugs punkt korrigiert werden. Dabei wird die Asymmetrie der Signalwege zwischen Lautsprechern und Ohren des Hörers bei außermittiger Hörerposition, welche in 2b dargestellt ist, außer Acht gelassen. Aus diesem Grund kann eine exakte Abbildung der Phantomschallquelle für nichtmittige Hörerpositionen nicht gewährleistet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass die akustische Lokalisation von Phantomschallquellen in einem stereophonen Schallwiedergabesystem unabhängig von der Position und Kopfausrichtung eines Hörers verbessert wird.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst.
  • Die Vorrichtung zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen enthält gemäß Patentanspruch 1 folgende Funktionsgruppen
    • – einen HRTF-Block,
    • – einen Restlokalisationsfehlerschätzer, dem Signale vom HRTF-Block zugeführt werden,
    • – eine Kanaleinrichtung zur Übertragung von n-kanaligen Audiosignalen an den Restlokalisationsfehlerschätzer,
    • – einen Positions- und Ausrichtungstracker, welcher die Postition und Ausrichtung des Hörers/der Hörer erfasst, der ebenfalls Signale an den Restlokalisationsfehlerschätzer leitet,
    • – einen eine Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems enthaltenden Speicher,
    • – einen Parameterschätzer zur Anpassung an die Hörerposition, der Signale von Seiten des Speichers und Signale von Seiten des Positions- und Ausrichtungstrackers übernimmt,
    • – einen Parameterschätzer zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers, wobei der Parameterschätzer Signale vom Restlokalisationsfehlerschätzer und Pa rameter (τI1 ... τIn und aI1 ... aIn) vom Parameterschätzer zur Anpassung an die Hörerposition erhält,
    • – einen Prozessor, dem m-kanalige Audiosignale (1 bis m) aus der Kanaleinrichtung sowie Parameter (τI1 + τII1 ... τIn + τIIn und aI1 + aII1 ... aIn + aIIn) aus dem Parameterschätzer zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers zugeführt werden, und
    • – das n-kanalige stereophone Schallwiedergabesystem mit mehreren Lautsprechern L1, L2, ..., Ln, die mit dem Prozessor über n Audiosignalkommunikationsverbindungen verbunden sind und die die neuen, der geänderten Lokalisation der Phantomschallquelle angepassten Audiosignale S1, S2, ... Sn wiedergeben.
  • Das Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen weist gemäß Patentanspruch 7 folgende Schritte auf:
    • – Verfolgung der Position und die Ausrichtung der Hörerposition durch einen Positions- und Ausrichtungstracker,
    • – erste Korrektur der Lokalisation der Phantomschallquelle in Bezug auf die Kopfmitte der Hörerposition durch Verzögerungen τ und Amplitudenanpassung durch Verstärkungsfaktoren a der Lautsprechersignale,
    • – Schätzung eines Restlokalisationsfehlers mittels eines vorgegebenen Modells oder Musters, wobei das Modell oder Muster die Lokalisation der Phantomschallquelle ermittelt und durch Vergleich mit der Sollposition der Phantomschallquelle einen Restlokalisationsfehler schätzt, und
    • – zweite Korrektur der Lokalisation der Phantomschallquelle – Korrektur des Restlokalisationsfehlers – durch Amplitudenanpassung mittels Verstärkungsfaktoren a und Laufzeitanpassung mittels Verzögerungen τ der Lautsprechersignale.
  • Der Positions- und Ausrichtungstracker kann dabei zum Beispiel auf Basis magnetischer Sensoren, Ultraschall- oder Infrarotsensoren aufgebaut sein. Da keine hohe Genauigkeit der Hörerpositionsbestimmung des Positions- und Ausrichtungstrackers erforderlich ist, kann auch ein markerloses, kamerabasiertes Sys tem mit einem Hörererkennungsalgorithmus zum Einsatz kommen. Solch ein System kann zusätzlich zur Hörerposition und Ausrichtung auch das Vorhandensein mehrerer Hörer erkennen.
  • Das im Restlokalisationsfehlerschätzer verwendete Modell oder Muster schätzt die Lokalisation von Phantomschallquellen nach Korrektur in Bezug auf einen Bezugspunkt, zum Beispiel die Kopfmitte der Hörerposition. Die geschätzte Lokalisation der Phantomschallquelle wird mit der Solllokalisation der Phantomschallquelle verglichen. Daraus wird ein Restlokalisationsfehler bestimmt. Dieser Restlokalisationsfehler wird anschließend korrigiert. Für die Erfindung wesentlich ist, dass die Korrektur nicht nur in Bezug auf einen Bezugspunkt erfolgt, sondern anschließend der Restlokalisationsfehler geschätzt und ebenfalls korrigiert wird.
  • Je nach Anwendung kann zum Beispiel ein einfaches analytisches Lokalisationsmodell oder -muster, oder ein komplexeres Lokalisationsmodell oder -muster zum Einsatz kommen, welches Außenohr, Mittelohr, Innenohr und zentrales Nervensystem modelliert.
  • Die Verzögerungen τ und die Verstärkungsfaktoren a für die einzelnen Lautsprecher L1, L2, ..., Ln werden dabei in Abhängigkeit von Hörerposition und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal durch die Parameterschätzer geschätzt. Der Prozessor wendet diese Schätzungen in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale an.
  • Das Wesen der Erfindung ist die gezielte Nachführung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) bezüglich der Hörerposition durch eine spezielle Verzögerung und durch eine Amplitudenanpassung der Lautsprechersignale an die Hörerposition. Dabei wird im Besonderen die Asymmetrie der Signalwege bei einer außermittigen Hörsituation und bei Kopfdrehung berücksichtigt.
  • Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels Zeichnungen näher erläutert:
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Lösungsstrategie durch Anpassung der Abstrahlcharakteristik der Lautsprecher nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf eine Mikrofonposition oder die Kopfmitte nach dem Stand der Technik, wobei
    2a eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Mikrofonposition oder in Bezug auf die Kopfmitte und
    2b eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Darstellung der Asymmetrie der Signalwege bei außermittiger Hörerposition
    zeigen.
  • 3 eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Lokalisation bei Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte und mit erfindungsgemäßer Korrektur des Restlokalisationsfehlers am Beispiel einer mittigen Phantomschallquelle zwischen zwei Lautsprechern,
  • 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) in stereophonen Schallwiedergabesystemen an Hörerpositionen und
  • 5 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahrensschrittfolge zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) an die Hörerposition.
  • In 1 dargestellt ist der etwas vergrößerte Singularwiedergabebereich durch Anpassung der Abstrahlcharakteristik der Lautsprecher nach dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt die Verschiebung des Singularwiedergabebereiches durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte ohne Berücksichtigung von Asymmetrie der Signalwege zwischen Lautsprechern und Ohren, wobei die 2a eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Lösungsstrategie durch Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Mikrofonposition oder in Bezug auf die Kopfmitte nach dem Stand der Technik und die 2b eine Lautsprecher-Hörerpositionsdarstellung zur Darstellung der Asymmetrie der Signalwege bei außermittiger Hörerposition zeigen.
  • 3 veranschaulicht bei einer Sollposition 14 der mittigen Phantomschallquelle die Lokalisationsrichtung 15 einer Phantomschallquelle ohne Anpassung der Lautsprechersignale – ohne Korrektur –, die Lokalisationsrichtung 16 mit Korrektur in Bezug auf die Kopfmitte 19 bei Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte 19 und die Lokalisationsrichtung 18 mit Korrektur in Bezug auf die Kopfmitte 19 und Korrektur des Restlokalisationsfehlers 17 als erfindungsgemäße Korrektur des Restlokalisationsfehlers 17 am Beispiel einer in der Mitte 20 zwischen zwei Lautsprechern 5 – L1, L2 – angeordneten Phantomschallquelle 14.
  • Nach den beiden Korrekturen stimmt die Lokalisationsrichtung 18 mit der Solllokalisationsrichtung 14 auf die zwischen den beiden Lautsprechern L1, L2 befindliche mittige Phantomschallquelle überein.
  • Für die Erfindung wesentlich ist die Anpassung der Lautsprechersignale in Bezug auf die Kopfmitte 19 und die gleichzeitige Korrektur des geschätzten Restlokalisationsfehlers 17.
  • Das im Restlokalisationsfehlerschätzer verwendete Modell oder Muster schätzt die Lokalisation von Phantomschallquellen nach Korrektur in Bezug auf einen Bezugspunkt (zum Beispiel die Kopfmitte 19 der Hörerposition 3). Die geschätzte Lokalisation der Phantomschallquelle wird mit der Solllokalisation der Phantomschallquelle verglichen. Daraus wird ein Restlokalisationsfehler 17 tomschallquelle verglichen. Daraus wird ein Restlokalisationsfehler 17 bestimmt, welcher in 3 dargestellt ist. Dieser Restlokalisationsfehler 17 wird anschließend korrigiert. Für die Erfindung wesentlich ist, dass die Korrektur nicht nur in Bezug auf einen Bezugspunkt erfolgt, sondern anschließend der Restlokalisationsfehler 17 geschätzt und ebenfalls korrigiert wird.
  • Je nach Anwendung kann zum Beispiel ein einfaches analytisches Lokalisationsmodell oder -muster, oder ein komplexeres Lokalisationsmodell oder -muster zum Einsatz kommen, welches Außenohr, Mittelohr, Innenohr und zentrales Nervensystem eines Hörers modelliert.
  • In der 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches 2 in einem stereophonen Schallwiedergabesystem 4 an die Hörerposition 3 dargestellt, zumindest folgende Funktionsgruppen enthaltend
    • – einen HRTF-Block 6,
    • – einen Restlokalisationsfehlerschätzer 7, dem Signale vom Block 6 zugeführt werden,
    • – eine Kanaleinrichtung 8 zur Übertragung von n-kanaligen Audiosignalen an den Restlokalisationsfehlerschätzer 7,
    • – einem Positions- und Ausrichtungstracker 9, zur Festellung von Postition und Ausrichtung des Hörers/der Hörer, der ebenfalls Signale an den Restlokalisationsfehlerschätzer 7 leitet,
    • – einen die Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems 4 enthaltenden Speicher 10,
    • – einen Parameterschätzer 11 zur Anpassung an die Hörerposition 3, der Signale von Seiten des Speichers 10 und Signale von Seiten des Positions- und Ausrichtungstrackers 9 übernimmt,
    • – einen Parameterschätzer 12 zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers 17, wobei der Parameterschätzer 12 Signale vom Restlokalisationsfehlerschätzer 7 und Parameter (τI1 ... τIn und aI1 ... aIn) vom Parameterschätzer 11 zur Anpassung an die Hörerposition 3 erhält,
    • – einen Prozessor 13, dem m-kanalige Audiosignale (1 bis m) aus der Kanaleinrichtung 8 sowie Parameter (τI1 + τII1 ... τIn + τIIn und aI1 + aII1 ... aIn + aIIn) aus dem Parameterschätzer 12 zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers 17 zugeführt werden, und
    • – das n-kanalige stereophone Schallwiedergabesystem 4 mit mehreren Lautsprechern 5, die mit dem Prozessor 13 über n Audiosignalkommunikationsverbindungen verbunden sind und die die neuen, der geänderten Lokalisation der Phantomschallquelle angepassten Audiosignale S1, S2, ... Sn wiedergeben.
  • Der Positions- und Ausrichtungstracker 9 kann auf Basis magnetischer Sensoren, Ultraschall- oder Infrarotsensoren aufgebaut sein.
  • Der Positions- und Ausrichtungstrackers 9 kann aber auch ein markerloses, kamerabasiertes System mit einem Hörererkennungsalgorithmus sein.
  • Der Positions- und Ausrichtungstrackers 9 kann derart ausgebildet sein, dass er zusätzlich zur Hörerposition und Ausrichtung auch das Vorhandensein mehrerer Hörer erkennt.
  • Der Prozessor 13 wendet die Schätzungen der Parameterschätzer 11, 12 in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale an, wobei sich die Schätzungen auf Verzögerungen τ und die Verstärkungsfaktoren a für die einzelnen Lautsprecher L1, L2, ..., Ln beziehen, die dabei in Abhängigkeit von Hörerposition 3 und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal in den Parameterschätzern 11, 12 geschätzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in ein Gerät integriert sein, welches ein Monitor oder ein PC oder ein Lautsprecher oder ein Hi-Fi Gerät (Verstärker, CD-Player, Radio, ...) oder ein tragbares Kommunikationsgerät ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches 2 in stereophonen Schallwiedergabesystemen 4 an Hörerpositionen 3 unter Einsatz der vordem genannten Vorrichtung weist gemäß 5 folgende Schritte auf:
    • – Verfolgung 20 der Position und die Ausrichtung der Hörerposition 3 durch einen Positions- und Ausrichtungstracker 9,
    • – erste Korrektur 21 der Lokalisation 16 der Phantomschallquelle in Bezug auf die Kopfmitte 19 der Hörerposition 3 durch Verzögerung τ und Amplitudenanpassung a der Lautsprechersignale,
    • – Schätzung 22 eines Restlokalisationsfehlers 17 mittels eines vorgegebenen Modells oder Musters, wobei das Modell oder Muster die Lokalisation 16 der Phantomschallquelle ermittelt und durch Vergleich mit der Sollposition 14 der Phantomschallquelle einen Restlokalisationsfehler 17 schätzt, und
    • – zweite Korrektur der Lokalisation 18 der Phantomschallquelle – Ausgleich 23 des Restlokalisationsfehlers 17 – durch Amplitudenanpassung mittels Verstärkungsfaktoren a und Laufzeitanpassung mittels Verzögerungen τ der Lautsprechersignale.
  • Die Verzögerungen τ und die Verstärkungsfaktoren a für die einzelnen Lautsprecher L1, L2, L3, ..., Ln werden in Abhängigkeit von Hörerposition 3 und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal geschätzt, wobei der Prozessor 13 die Schätzungen in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale anwendet.
  • Bei Erkennen mehrerer Hörer durch den Positions- und Ausrichtungstracker 9 kann die adaptive Anpassung des Singularwiedergabebereiches 2 gestoppt oder in die symmetrische Position zwischen den Lautsprechern L1, L2, L3, ..., Ln zurückgeführt werden.
  • Die Verstärkungsfaktoren a sind frequenzabhängig, um zum Beispiel die Restlokalisationsfehler, welche durch Elevation der wahrgenommenen Position eine Phantomschallquelle entstehen, auszugleichen.
  • Die Verfolgung 20 der Hörerposition 3 und/oder die Ausrichtung des Hörers über eine Eingabe der Parameter für den Parameterschätzer 11 und den Restlokalisationsfehlerschätzer 7 können durch mindestens einen Balanceregler erfolgen.
  • Die Erfindung ermöglicht es, eine gezielte Nachführung des Singularwiedergabebereiches (engl. sweet spot) 2 bezüglich der Hörerposition 3 durch eine spezielle Verzögerung und durch eine Amplitudenanpassung der Audiosignale – der Lautsprechersignale – an die Hörerposition 3 zu erreichen, wobei im Besonderen die Asymmetrie der Signalwege bei einer außermittigen Hörersituation und Kopfdrehung berücksichtigt wird.
  • Der Vorteil der Erfindung ist es, dass die Lokalisation im außermittigen Hörbereich eines stereophonen Audiosystems 4 erhalten bleibt.
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Singularwiedergabebereich (engl. sweet spot)
    3
    Hörerposition
    4
    stereophones Schallwiedergabesystem
    5
    Anordnung von Lautsprechern
    6
    HRTF-Block
    7
    Restlokalisationsfehlerschätzer
    8
    Kanaleinrichtung
    9
    Positions- und Ausrichtungstracker
    10
    Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems enthaltender Speicher
    11
    Parameterschätzer zur Anpassung an die Hörerposition
    12
    Parameterschätzer zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers
    13
    Prozessor
    14
    Sollposition der mittigen Phantomschallquelle
    15
    Lokalisationsrichtung ohne Korrektur
    16
    Lokalisationsrichtung in Bezug auf die Kopfmitte
    17
    Restlokalisationsfehler
    18
    Lokalisationsrichtung mit Korrektur in Bezug auf die Kopfmitte und Korrektur des Restlokalisationsfehlers
    19
    Kopfmitte
    20
    Mitte zwischen zwei Lautsprechern
    20
    Schritt: Verfolgung
    21
    Schritt: Korrektur
    22
    Schritt: Schätzung
    23
    Schritt: Ausgleich
    L1
    erster einzelner Lautsprecher
    L2
    zweiter einzelner Lautsprecher
    Ln
    n-ter einzelner Lautsprecher
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1542503 A1 [0008]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91–94 [0004]
    • - Aarts: Enlarging the Sweet Spot for Stereophony by Time/Intensity Trading, preprint of the 94th Convention Berlin, 1993, Audio Engineering Society, S. 1–16 [0004]
    • - Kates: Optimum Loudspeaker Systems with Directional Patterns, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 28, No. 11, S. 787–794 [0004]
    • - Keele: A Loudspeaker Horn that Covers a Flat Rectangular Area from an Oblique Angle, preprint of the 74th Convention New York 1983, Audio Engeineering Society, S. 1–22 [0004]
    • - Davis: Loudspeaker Systems with Optimized Wide-Listening-Area Imaging, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 35, No 11, 1987, S. 888–896 [0004]
    • - Aoki et al.: Stereo Reproduction with Good Localization over a Wide Listening Area, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 38, No. 8, 1990, S. 433–439 [0005]
    • - Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91–94 [0005]
    • - Kyriakakis et al.: Signal Processing, Acoustics and Psychoacoustics for High Quality Desktop Audio, Journal of Visual Communication and Image Representation, Vol. 9, No. 1, 199, S. 51–61 [0007]

Claims (11)

  1. Vorrichtung (1) zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (2) in stereophonen Schallwiedergabesystemen (4) an Hörerpositionen (3) enthaltend folgende Funktionsgruppen – einen HRTF-Block (6) – einen Restlokalisationsfehlerschätzer (7), dem Signale vom Block (6) zugeführt werden, – eine Kanaleinrichtung (8) zur Übertragung von n-kanaligen Audiosignalen an den Restlokalisationsfehlerschätzer (7), – einen Positions- und Ausrichtungstracker (9) zur Feststellung von Lokalisationen und Restlokalisationen, der ebenfalls Signale an den Restlokalisationsfehlerschätzer (7) leitet, – einen eine Richtcharakteristik des Schallwiedergabesystems (4) enthaltenden Speicher (10), – einen Parameterschätzer (11) zur Anpassung an die Hörerposition (3), der Signale von Seiten des Speichers (10) und Signale von Seiten des Positions- und Ausrichtungstrackers (9) übernimmt, – einen Parameterschätzer (12) zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers, wobei der Parameterschätzer (12) Signale vom Restlokalisationsfehlerschätzer (7) und Parameter (τI1 ... τIn und aI1 ... aIn) vom Parameterschätzer (11) zur Anpassung an die Hörerposition (3) erhält, – eine Prozessor (13), dem m-kanalige Audiosignale (1 bis m) aus der Kanaleinrichtung (8) sowie Parameter (τI1 + τII1 ... τIn + τIIn und aI1 + aII1 ... aIn + aIIn) aus dem Parameterschätzer (12) zum Ausgleich des Restlokalisationsfehlers zugeführt werden, und – das n-kanalige stereophone Schallwiedergabesystem (4) mit mehreren Lautsprechern (5), die mit dem Prozessor (13) über n Audiosignalkommunikationsverbindungen verbunden sind und die die neuen, der geänderten Lokalisation der Phantomschallquelle angepassten Audiosignale (S1, S2, ... Sn) wiedergeben.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positions- und Ausrichtungstracker (9) auf Basis magnetischer Sensoren, Ultraschall- oder Infrarotsensoren aufgebaut ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positions- und Ausrichtungstrackers (9) ein markerloses, kamerabasiertes System mit einem Hörerpositionserkennungsalgorithmus ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, dass der Positions- und Ausrichtungstrackers (9) zusätzlich zur Hörerposition und Ausrichtung auch das Vorhandensein mehrerer Hörer erkennt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (13) die Schätzungen der Parameterschätzer (11, 12) in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale (S1, S2, ... Sn) anwendet, wobei sich die Schätzungen auf Verzögerungen (τ) und die Verstärkungsfaktoren (a) für die einzelnen Lautsprecher (L1, L2, ..., Ln) beziehen, die dabei in Abhängigkeit von Hörerposition (3) und/oder Hörerausrichtung und/oder vom Audiosignal in den Parameterschätzern (11, 12) geschätzt werden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in ein Gerät integriert wird, welches ein Monitor oder ein PC oder ein Lautsprecher oder ein Hi-Fi Gerät – Verstärker, CD-Player, Radio – oder ein tragbares Kommunikationsgerät ist.
  7. Verfahren zur adaptiven Anpassung des Singularwiedergabebereiches (2) in stereophonen Schallwiedergabesystemen (4) an Hörerpositionen (3), folgende Schritte aufweisend: – Verfolgung (20) der Position und die Ausrichtung der Hörerposition (3) durch einen Positions- und Ausrichtungstracker (9), – erste Korrektur (21) der Lokalisation (16) der Phantomschallquelle in Bezug auf die Kopfmitte der Hörerposition (3) durch Verzögerung (τ) und Amplitudenanpassung (a) der Lautsprechersignale, – Schätzung (22) eines Restlokalisationsfehlers (17) mittels eines vorgegebenen Modells oder Musters, wobei das Modell oder Muster die Lokalisation (16) der Phantomschallquelle ermittelt und durch Vergleich mit der Sollposition (14) der Phantomschallquelle einen Restlokalisationsfehler (17) schätzt, und – zweite Korrektur der Lokalisation (18) der Phantomschallquelle – Ausgleich (23) des Restlokalisationsfehlers (17) – durch Amplitudenanpassung mittels Verstärkungsfaktoren (a) und Laufzeitanpassung mittels Verzögerungen (τ) der Lautsprechersignale.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungen (τ) und die Verstärkungsfaktoren (a) für die einzelnen Lautsprecher (L1, L2, L3, ..., Ln) in Abhängigkeit von Hörerposition (3) und/oder Hörerausrichtung und/oder Audiosignal geschätzt werden, wobei der Prozessor (13) die Schätzungen in den Berechnungen durch programmtechnische Mittel zur Ausbildung der wiedergegebenen Audiosignale anwendet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen mehrerer Hörer durch den Positions- und Ausrichtungstracker (9) die adaptive Anpassung des Singularwiedergabebereiches (2) gestoppt oder in die symmetrische Position zwischen den Lautsprechern (L1, L2, L3, ..., Ln) zurückgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfaktoren (a) frequenzabhängig sind, um die Restlokalisationsfehler (17), welche zum Beispiel durch Elevation der wahrgenommenen Position eine Phantomschallquelle entstehen, auszugleichen.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfolgung (20) der Hörerposition (3) und/oder die Ausrichtung des Hörers über eine Eingabe der Parameter für den Parameterschätzer (11) und den Restlokalisationsfehlerschätzer (7) durch mindestens einen Balanceregler erfolgt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11741093B1 (en) 2021-07-21 2023-08-29 T-Mobile Usa, Inc. Intermediate communication layer to translate a request between a user of a database and the database
US11924711B1 (en) 2021-08-20 2024-03-05 T-Mobile Usa, Inc. Self-mapping listeners for location tracking in wireless personal area networks

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6243476B1 (en) * 1997-06-18 2001-06-05 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for producing binaural audio for a moving listener
EP1542503A1 (de) 2003-12-11 2005-06-15 Sony International (Europe) GmbH Dynamische Folgeregelung für den Bereich des optimalen Höreindrucks

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6243476B1 (en) * 1997-06-18 2001-06-05 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for producing binaural audio for a moving listener
EP1542503A1 (de) 2003-12-11 2005-06-15 Sony International (Europe) GmbH Dynamische Folgeregelung für den Bereich des optimalen Höreindrucks

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aarts: Enlarging the Sweet Spot for Stereophony by Time/Intensity Trading, preprint of the 94th Convention Berlin, 1993, Audio Engineering Society, S. 1-16
Aoki et al.: Stereo Reproduction with Good Localization over a Wide Listening Area, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 38, No. 8, 1990, S. 433-439
Bauer: Broadening the Area of Stereophonic Perception, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 8, No. 2, 1960, S. 91-94
Davis: Loudspeaker Systems with Optimized Wide-Listening-Area Imaging, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 35, No 11, 1987, S. 888-896
Kates: Optimum Loudspeaker Systems with Directional Patterns, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 28, No. 11, S. 787-794
Keele: A Loudspeaker Horn that Covers a Flat Rectangular Area from an Oblique Angle, preprint of the 74th Convention New York 1983, Audio Engeineering Society, S. 1-22
KIM, Sumin (et al.): Adaptive Virtual Surround Sound Rendering Method for an Arbitrary Listening Position, AES 30th International Conference, Saariselkä, Finland, 2007 March 15-17 *
Kyriakakis et al.: Signal Processing, Acoustics and Psychoacoustics for High Quality Desktop Audio, Journal of Visual Communication and Image Representation, Vol. 9, No. 1, 199, S. 51-61

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10448193B2 (en) 2016-02-24 2019-10-15 Visteon Global Technologies, Inc. Providing an audio environment based on a determined loudspeaker position and orientation

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