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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines stereofonen Klangsignals mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Im Bereich der elektronischen Medien, welche insbesondere Filme und Videospiele umfassen, werden zunehmend bessere dreidimensionale Bild- und Videoeffekte erreicht. Die mit Computergrafik erreichbare Auflösung, die Simulation von Lichtverhältnissen sowie die Geschwindigkeit, in welcher Grafikberechnungen stattfinden, haben sich alle rasant verbessert. Mittlerweile sind Anwendungen der virtuellen Realität möglich, bei denen eine z. B. über eine VR-Brille wiedergegebene, dreidimensionale und sehr realistische grafische Darstellung schnell genug berechnet werden kann, um im Wesentlichen freie Drehbewegungen des Trägers der VR-Brille mit synchroner Bilderzeugung zu erlauben. Mit anderen Worten kann der Träger der VR-Brille im Wesentlichen frei und beliebig schnell seine Blickrichtung verändern, wobei ihm im Wesentlichen in Echtzeit eine entsprechende Darstellung angezeigt wird, welche ebenfalls in Echtzeit berechnet wurde. Für eine realistische dreidimensionale Benutzererfahrung sind aber nicht nur Bilder wichtig, sondern auch ein dreidimensionaler Klang. In Analogie zu einer computertechnisch berechneten und entsprechend dargestellten dreidimensionalen Ansicht einer Umgebung kann auch der Klang dieser Umgebung möglichst genau dreidimensional reproduziert werden. Der räumliche Klangeindruck - die Stereofonie - wird dabei unter Benutzung der menschlichen interauralen Wahrnehmung erreicht. Es geht dabei um das Vermögen des menschlichen Gehörs, die Lokalisation einer Klangquelle eines wahrgenommenen Signals mittels der Auswertung von Laufzeit-, Pegel- und Phasenunterschieden zwischen den beiden Ohren durchzuführen. Für einen möglichst realistischen Klangeindruck in einer virtuellen dreidimensionalen Umgebung muss also das stereofone Klangsignal so erzeugt werden, dass es der virtuellen Position der Klangquelle gegenüber der virtuellen Position des Hörers entspricht.
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Die aus dem Stand der Technik bekannte
DE 10 2010 060 940 A1 , von welcher die vorliegende Erfindung als nächstkommend ausgeht, beschreibt ein Verfahren zur computergestützten Erzeugung eines dreidimensionalen Klangeindrucks, wobei eine virtuelle Schallquelle in einem virtuellen Raum platziert und berechnet wird und wobei eine Instanz eines Audiosignals mit der virtuellen Schallquelle verknüpft wird. Auf diese Weise kann prinzipiell der Weg des Klangs von der Schallquelle zu dem Hörer berechnet werden. Dabei erfolgt auch eine Berücksichtigung von Objekten im virtuellen Raum, da diese Schallreflexionen und damit indirekte, also reflektierte Schallwege von der Schallquelle zu dem Hörer verursachen. In diesem Stand der Technik können zwar für die Objekte die Geometrie, die Oberflächenbeschaffenheit und/oder eine Materialeigenschaft festgelegt werden, da diese Merkmale alle für die Reflexion des Schalls bedeutsam sind. Doch kommt diese Festlegung der Abbildung der Wirklichkeit nicht so nahe, wie sie es vorteilhafterweise tun könnte.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung daher darin, das bekannte Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Klangeindrucks so weiterzuentwickeln und zu verbessern, dass klangtechnisch eine noch realistischere Replikation einer realen Umgebung erreicht wird.
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Bezogen auf ein Verfahren zum Erzeugen eines stereofonen Klangsignals mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, dass das unterschiedliche Reflexionsverhalten des Schalls an Objekten im Raum einen sehr wesentlichen Aspekt für eine lebensgetreue Nachbildung eines Klangeindrucks bildet. So ist mittlerweile bekannt, dass blinde Menschen eine recht genaue Ortung und Charakterisierung von Objekten alleine nach dem akustischen Reflexionsverhalten dieser Objekte vornehmen können. Bei einer solchen Wahrnehmung kommt nicht nur einer Oberflächenbeschaffenheit oder einer Materialeigenschaft des Objekts eine besondere Relevanz zu, sondern auch der Frage, wie sich diese Oberflächenbeschaffenheit oder Materialeigenschaft auf einzelne Bereiche der Objektgeometrie verteilt. Gerade wenn ein Objekt bereichsweise aus einem unterschiedlichen Material besteht, hat dies auch für das Reflexionsverhalten eine wichtige Bedeutung. Dies gilt umso mehr, wenn man die ggf. veränderliche Lage oder Ausrichtung des Objekts zwischen der Klangquelle und der Position des Hörers im Rechnung stellt. Durch einen Bezug von Klangeigenschaften wie der Oberflächenbeschaffenheit und des Materials nicht nur auf das Objekt insgesamt, sondern speziell auf die Geometrie des Objekts, kann die Wirklichkeitsnähe des Klangeindrucks nochmals wirksam verbessert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Erzeugen eines stereofonen Klangsignals. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein virtueller Klangraum mit einer virtuellen Hörerposition in dem virtuellen Klangraum definiert wird, wobei mindestens eine Klangquelle relativ zu der virtuellen Hörerposition in dem Klangraum definiert wird, von welcher Klangquelle eine jeweilige digitale Klangfolge ausgeht. Die Definition der virtuellen Hörerposition kann auch dadurch erfolgen, dass sie an den Ursprung im koordinatentechnischen Sinne des Klangraums gesetzt. Mit anderen Worten bildet dann die virtuelle Hörerposition den Fixpunkt, bezogen auf den alle anderen Positionen und/oder Bewegungen in dem virtuellen Klangraum relativ definiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein virtueller Schallempfänger an der virtuellen Hörerposition mit einer linken Empfängerseite und einer rechten Empfängerseite definiert, wobei Objekte an einer jeweiligen Objektposition, insbesondere im virtuellen Klangraum, definiert werden, wobei für jedes Objekt mindestens eine Klangeigenschaft zum Einflussverhalten auf Schallwellen definiert werden, wobei ein linkes und ein rechtes Klangsignal eines Stereoklangsignals durch Simulation von Schallwegen der mindestens einen Klangfolge von der jeweiligen Klangquelle jeweils an die linke Empfängerseite und die rechte Empfängerseite, insbesondere im virtuellen Klangraum, unter Berücksichtigung der Objekte und ihrer jeweiligen mindestens einen Klangeigenschaft berechnet wird. Die linke und die rechte Empfängerseite kann jeweils einen relativen Versatz zu der virtuellen Hörerposition aufweisen, so dass in Abbildung der Verhältnisse beim menschlichen Ohr zwischen der linken und der rechten Seite ein Abstand besteht. Ferner braucht die linke und die rechte Empfängerseite nicht nur durch eine einzelne Position definiert sein. Vielmehr kann für die linke und die rechte Empfängerseite eine Vielzahl von untereinander versetzten Empfängerpositionen definiert sein, welche dann zur Bestimmung des linken bzw. des rechten Klangsignals unterschiedlich stark gewichtet werden. Bei dem linken bzw. dem rechten Klangsignal handelt es sich also um dasjenige Signal, welches aus den vorstehenden Voraussetzungen als von dem linken bzw. dem rechten Ohr wahrgenommen ermittelt wurde.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das linke und das rechte Klangsignal über eine jeweilige Kopfhörerlautsprecheranordnung ausgegeben. Jede Kopfhörerlautsprecheranordnung kann einen oder mehrere einzelne Lautsprecher umfassen. Der Gebrauch eines Kopfhörers ermöglicht eine besonders genaue Erzeugung eines Klangeindrucks mit möglichst wenig störenden Effekten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Objekte eine jeweilige Objektgeometrie mit mindestens einer objektgeometriebezogenen Klangeigenschaft definiert wird und dass die Simulation des Schallwegs an die linke und rechte Empfängerseite jeweils unter Berücksichtigung der jeweiligen Objektgeometrie und der mindestens einen objektgeometriebezogenen Klangeigenschaft der Objekte erfolgt. Bei dieser mindestens einen Klangeigenschaft handelt es sich vorzugsweise um Parameter und/oder Merkmale, welche einen ggf. wertabhängigen Einfluss auf die Simulation derjenigen Schallwege haben, welche eine Reflexion von dem jeweiligen Objekt aufweisen. Insbesondere kann es sein, dass die mindestens eine Klangeigenschaft mittelbar oder unmittelbar ein Reflexions- oder Schallabsorbierungsverhalten des Objekts beschreibt. Der Bezug der mindestens einen Klangeigenschaft auf die Objektgeometrie bedeutet, dass für ein Objekt nicht nur eine Geometrie und insofern eine globale, also auf das gesamte Objekt bezogene Klangeigenschaft wie z. B. ein Reflexionsverhalten, eine Steifigkeit, eine Oberflächenrauigkeit oder eine Materialbeschaffenheit definiert wird. Vielmehr wird die mindestens eine Klangeigenschaft auf die Geometrie bezogen. Dies kann auf im Grunde beliebige Art und Weise erfolgen. So kann es sein, dass bestimmte Klangeigenschaften nur für bestimmte Bereiche der Objektgeometrie bestimmt sind und für andere nicht. Die Klangeigenschaft kann auch als Funktion über der Oberfläche der Objektgeometrie definiert werden. Hier ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Klangeigenschaft über die Objektgeometrie des jeweiligen Objekts variiert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwege einen direkten und reflexionsfreien Schallweg von der Klangquelle zu der Hörerposition und mindestens einen indirekten Schallweg jeweils mit mindestens einer Schallreflexion an einem Objekt von der Klangquelle zu der Hörerposition umfassen. Dann gibt es für jede Klangquelle also mehrere Schallwege zu der Hörerposition. Insbesondere hinsichtlich der indirekten Schallwege kann es eine im Grunde beliebige Anzahl geben. Bevorzugt ist, dass die Schallwege durch ein Aussenden von Strahlen basierend auf der Hörerposition ermittelt werden. Die Schallwege entsprechen dann denjenigen ausgesendeten Strahlen, welche auf eine Klangquelle treffen. Das Aussenden von Strahlen kann auch von einer jeweiligen zur Hörerposition versetzten Position gemäß der linken und der rechten Empfängerseite erfolgen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klangeigenschaft eine Reflexionseigenschaft für Schall umfasst. Damit ist eine beliebige Eigenschaft oder ein beliebiger Wert gemeint, welcher die Reflexion von Schall an dem Objekt bzw. an der Objektgeometrie beschreibt. Insbesondere kann es sein, dass der jeweiligen Objektgeometrie mindestens eine Oberflächeneigenschaft, bei der es sich vorzugsweise um einen Rauheitswert und/oder einen Starrheitswert handelt, zugeordnet ist, aus welcher die mindestens eine Reflexionseigenschaft bestimmt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der jeweiligen Objektgeometrie mindestens eine Materialeigenschaft zur Beschreibung eines Materials des Objekts zugeordnet ist und dass die mindestens eine Klangeigenschaft basierend auf der Materialeigenschaft bestimmt wird. Entsprechend kann auch die Reflexionseigenschaft basierend auf der Materialeigenschaft bestimmt werden. Es kann ebenso sein, dass ein Schwingungsverhalten des Objekts basierend auf der mindestens einen Materialeigenschaft bestimmt wird und dass die mindestens eine Klangeigenschaft basierend auf dem Schwingungsverhalten bestimmt wird.
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Wie bereits festgestellt, kann die Objektgeometriebezogenheit der mindestens einen Klangeigenschaft auf grundsätzlich beliebige Art und Weise gegeben sein. Eine diesbezüglich bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Objektgeometrie in eine Vielzahl von Objektbereichen, bei welchen es sich insbesondere um Objektoberflächen handeln kann, unterteilt ist und dass die mindestens eine Klangeigenschaft, vorzugsweise auch die mindestens eine Materialeigenschaft, separat für jeden Objektbereich definierbar ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Klangeigenschaft und/oder die mindestens eine Materialeigenschaft separat für jeden Objektbereich definiert. Weiter ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Klangeigenschaft und/oder die mindestens eine Materialeigenschaft zwischen mindestens zwei Objektbereichen variiert. Mit anderen Worten ist die mindestens eine Klangeigenschaft und/oder die mindestens eine Objekteigenschaft nicht für alle Objektbereiche gleich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass für jedes Objekt eine Ausrichtung zur Richtungsangabe der jeweiligen Objektgeometrie im virtuellen Klangraum definiert wird und dass basierend auf dem Schallweg und der Ausrichtung des Objektes die Berücksichtigung der Klangeigenschaft erfolgt. Auf diese Weise kann bestimmt werden, wie der Schallweg zur Objektgeometrie für eine Reflexion steht. Hier ist es weiter bevorzugt, dass basierend auf dem indirekten Schallweg und der Ausrichtung des Objekts der Objektbereich für die jeweilige Schallreflexion bestimmt wird und dass die für diesen Objektbereich definierte Klangeigenschaft und/oder Materialeigenschaft für die Simulation dieses indirekten Schallwegs angewandt wird. Es kann also derjenige Objektbereich ermittelt werden, an dem die Schallreflexion des indirekten Schallwegs stattfindet.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für einige Objekte die jeweilige Objektgeometrie durch einen Polyeder definiert wird. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Flächen des Polyeders die Objektbereiche bilden. Weiter kann es sein, dass der Polyeder mit einer im Wesentlichen frei wählbaren Anzahl von Flächen definierbar ist. Auf diese Weise kann die Komplexität des Polyeders und damit auch die Anzahl der Kanten und Ecken beliebig ausgesucht werden. Grundsätzlich lässt sich durch einen hinreichend komplexen Polyeder jede beliebige dreidimensionale Form zumindest annähern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest für einige Objekte die jeweilige Objektgeometrie durch eine feste Zahl variabler Parameter definiert wird. Es handelt sich dann um eine parametrierbare Geometrie. Beispielsweise kann eine Quadergeometrie durch die Bestimmung der drei Kantenlängen als Parameter bestimmt werden. Auch komplexere Geometrien können auf diese Weise parametrierbar sein, insbesondere wenn nicht für jede potenziell einstellbare Größe auch tatsächlich ein einstellbarer Parameter vorgesehen ist. Bevorzugt ist weiter, dass die Parameter einen Granularitätsparameter zur Einstellung einer Auflösung der Objektgeometrie aufweisen. Beispielsweise kann eine Kugel durch den Parameter des Radius definiert werden. Wird die Kugel nun in der Berechnung durch einen entsprechenden Polyeder angenähert, so kann durch einen solchen Granularitätsparameter die Auflösung der an sich runden Kugeloberfläche in einzelne ebene Flächen angegeben werden. Solche parametrierbaren Geometrien sind häufig durch besonders wenige Parameter definierbar.
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Grundsätzlich kann die digitale Klangfolge von einer stationären Klangquelle aus ausgehen. Eine diesbezüglich bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass für die mindestens eine Klangquelle ein zeitlicher Verlauf einer Bewegung im virtuellen Klangraum definiert wird und dass bei der Berechnung des linken und des rechten Klangsignals der jeweilige Verlauf der Bewegung der Klangquelle zugrunde gelegt wird. Für eine Vielzahl von abzubildenden Szenarien findet eine Relativbewegung zwischen dem Hörer und der Klangquelle ab, sodass auf diese Weise für diese Fälle ein erhöhter Realismus erreicht werden kann. Insbesondere kann es sein, dass der zeitliche Verlauf der Bewegung für jede Klangquelle jeweils unabhängig voneinander definiert wird. Mit anderen Worten bewegen sich die Klangquellen dann nicht synchron, sondern in unterschiedliche und ggf. variable Richtungen mit ebenso unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Vorzugsweise umfasst der Verlauf der Bewegung der Klangquelle eine translatorische Bewegung und/oder eine rotatorische Bewegung der Klangquelle. Insbesondere wenn für die Klangquelle, wie unten noch näher beschrieben wird, ein richtungsabhängiger Schallsender definiert wird, kann auch eine bloße Drehung der Klangquelle zu variierenden Klangsignalen führen.
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Neben den Klangquellen ist es aber auch möglich, dass sich die Objekte im Klangraum über die Zeit bewegen. Daher ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass für die Objekte ein zeitlicher Verlauf einer Bewegung im virtuellen Klangraum definiert wird und dass bei der Berechnung des linken und des rechten Klangsignals der jeweilige Verlauf der Bewegung des Objekts zugrunde gelegt wird. In sinngemäß gleicher Entsprechung zu der unabhängigen Bewegung der Klangquellen kann es insbesondere sein, dass der zeitliche Verlauf der Bewegung für jedes Objekt jeweils unabhängig voneinander definiert wird. Ebenso ist es bevorzugt, dass der Verlauf der Bewegung des Objekts eine translatorische Bewegung und/oder eine rotatorische Bewegung des Objekts umfasst. Eine solche rotatorische Bewegung des Objekts umfasst auch eine entsprechende Veränderung der Ausrichtung des jeweiligen Objekts. Vor allem durch die objektgeometriebezogenen Klangeigenschaften der Objekte kommt auch ihrer rotatorischen Bewegung eine besondere Bedeutung zu, weil durch eine solche rotatorische Bewegung regelmäßig ein unterschiedlicher Teil der Geometrie des Objekts den Schall reflektiert.
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Grundsätzlich kann die Definition der obigen Entitäten auf beliebige Art und Weise und durch eine beliebige Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgen. Bevorzugt vorgesehen ist, dass aus dem linken und dem rechten Klangsignal ein digitales Audiosignal mit Stereodaten erzeugt wird und dass aus dem Audiosignal das linke und das rechte Klangsignal rekonstruiert wird. Ein solches Audiosignal kann übertragen werden, sodass die Erzeugung der Klangsignale und die Ausgabe der Klangsignale örtlich oder zeitlich beabstandet zueinander erfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine digitale Klangfolge, die mindestens eine Klangquelle,die Objekte, die Objektpositionen, die mindestens eine Klangeigenschaft und/oder die Objektgeometrien von einem Quell-Clientrechner, vorzugsweise über das Internet, auf einen Server übertragen werden, dass die Berechnung des linken und des rechten Klangsignals auf dem Server erfolgt und dass das Audiosignal an einen Ziel-Clientrechner, insbesondere über das Internet, übertragen wird. Auf diese Weise können die wesentlichen Berechnungen in der Cloud vorgenommen werden. Dies bietet sich deshalb an, weil einerseits die verfügbare Bandbreite zum Übertragen des digitalen Audiosignals regelmäßig hinreichend groß ist und umgekehrt durch die Verlagerung der Berechnung in die Cloud hinreichende Rechenleistung abgerufen werden kann. Grundsätzlich kann der Ziel-Clientrechner in einem beliebigen Verhältnis zu dem Quell-Clientrechner stehen. Bevorzugt ist es, dass der Ziel-Clientrechner der Quell-Clientrechner ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Audiosignal im Wesentlichen kontinuierlich als Streamingsignal an den Ziel-Clientrechner übertragen wird. Auf diese Weise kann eine durchgehende Klangsimulation über ein Netzwerk wie etwa das Internet bereitgestellt werden. Weiter ist es bevorzugt, dass die Berechnung des linken und des rechten Klangsignals im Wesentlichen in Echtzeit erfolgt.
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Neben dem Bereitstellen des Audiosignals in kontinuierlicher Weise per Streaming von dem Server - also in Downstream-Richtung - kann in sinngemäß gleicher Weise auch die Definition der verschiedenen Parameter in ebenso kontinuierlicher Weise an den Server - also in Upstream-Richtung - bereitgestellt werden. Eine entsprechende bevorzugte Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine digitale Klangfolge, die mindestens eine Klangquelle, die Objekte, die Objektpositionen, die mindestens eine Klangeigenschaft und/oder die Objektgeometrien im Wesentlichen kontinuierlich als Streamingsignal an den Server übertragen wird. Auf diese Weise lassen sich alle Schritte zum Erzeugen des stereofonen Klangsignals kontinuierlich und in Echtzeit durchführen.
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Grundsätzlich kann das Verfahren auch nur mit einer einzigen digitalen Klangfolge durchgeführt werden. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Verfahrens ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Klangquellen definiert wird, von denen eine jeweilige digitale Klangfolge ausgeht. Auf diese Weise können noch komplexere Klangszenarien realistisch simuliert werden. Sinngemäß gleich zu dem Szenario mit nur einer digitalen Klangfolge ist weiter bevorzugt, dass durch jeweilige Schallwege, welche einen direkten und reflexionsfreien Schallweg sowie indirekte Schallwege umfassen, von jeder Klangquelle zu der Hörerposition das linke und das rechte Klangsignal berechnet wird. Folglich wird das linke und das rechte Klangsignal jeweils durch eine Überlagerung der verschiedenen Schallwege von den verschiedenen Klagquellpositionen bestimmt.
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Eine noch genauere Simulation lässt sich erreichen, wenn neben den Objekten auch die Quelle des Klangsignals selbst möglichst genau simuliert wird. Daher ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass für jede Klangfolge an der jeweiligen Klangquelle ein Schallsender definiert wird, welcher eine Schallsendergeometrie mit mindestens einer schallsendergeometriebezogenen Schalleigenschaft aufweist und dass bei der Berechnung des linken und des rechten Klangsignals die Schallsender mit der Schallsendergeometrie und der mindestens einen Schalleigenschaft berücksichtigt werden. So kann etwa eine Dämpfung o.dgl. in bestimmte Richtungen vorliegen oder es können Reflexionsflächen am Schallsender selbst vorgesehen sein. Entsprechend kann es sein, dass die Schallsendergeometrie richtungsabhängige Schalleigenschaften aufweist.
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Sinngemäß gleich gelten diese Überlegungen auch für den Empfänger des Schalls und damit für den Hörer. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Schallempfänger eine Schallempfängergeometrie mit mindestens einer schallempfängergeometriebezogenen Schalleigenschaft definiert wird und dass bei der Berechnung des linken und des rechten Klangsignals die Schallempfängergeometrie mit der mindestens einen Schalleigenschaft berücksichtigt wird.
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Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen, Merkmale und Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. In der lediglich ein Ausführungsbeispiel wiedergebenden Zeichnung zeigt
- 1 eine Prinzipdarstellung eines virtuellen Klangraums im Zusammenhang mit der Ausführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens und
- 2 eine Prinzipdarstellung eines Systems von Rechenvorrichtungen zur Ausführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens.
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Die 2 zeigt die Vorrichtungen bei der Ausführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen des stereofonen Klangsignals. Dieses Verfahren basiert auf der Simulation eines virtuellen Klangraums, welcher wiederum in der 1 wiedergeben ist. In diesem virtuellen Klangraum, welcher hier durch ein kartesisches Koordinatensystem beschrieben wird, wird die virtuelle Hörerposition 1 an dem Ursprung des Koordinatensystems definiert. An dieser virtuellen Hörerposition ist ein virtueller Schallempfänger 4 mit einer linken Empfängerseite 5a und einer rechten Empfängerseite 5b definiert.
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Versetzt zu dieser virtuellen Hörerposition 1 sowie untereinander versetzt werden zwei Klangquellen 2a, b im virtuellen Klangraum definiert, von denen jeweils eine unterschiedliche digitale Klangfolge im virtuellen Klangraum ausgeht. Die Klangquellen 2a, b sind dabei nicht stationär, sondern bewegen sich über der Zeit in dem virtuellen Klangraum. Ein jeweiliger zeitlicher Verlauf 3a, b einer Bewegung für die Klangquellen ist in der 1 ebenfalls dargestellt.
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Ferner sind zwei Objekte 6a, b an einer jeweiligen Objektposition 7a, b im virtuellen Klangraum definiert. Diese bewegen sich ebenfalls über der Zeit in dem virtuellen Klangraum, wobei ein entsprechender jeweiliger zeitlicher Verlauf 8a, b der Bewegung für die Objektpositionen 7a, b ebenfalls in der 1 dargestellt ist.
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Nachfolgend werden die Schallwege 9a-f von den Klangquellen 2a, b zu der virtuellen Hörerposition 1 beschrieben. Bezogen auf eine zeitliche Momentaufnahme, geht die jeweilige Klangfolge nun von einer der Klangquellen 2a, b aus und erreicht die virtuelle Hörerposition 1 auf einem von insgesamt zwölf Schallwegen 9a-f. Der übersichtlicheren Darstellung halber wird nicht zwischen den Schallwegen 9a-f jeweils für die linke Empfängerseite 2a und die rechte Empfängerseite 2b unterschieden, wobei diese Unterscheidung für das Ermitteln des linken und des rechten Klangsignals durchaus relevant sein kann und daher bei der eigentlichen Berechnung auch sehr wohl berücksichtigt wird. Nachfolgend werden daher sechs Schallwege 9a-f genannt, wobei unter jedem einzelnen dieser Schallwege 9a-f eigentlich und für die Berechnung zwei verschiedene Schallwege zu verstehen sind.
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Bezogen auf die von der ersten Klangquelle 2a ausgehende erste Klangfolge führt ein erster Schallweg 9a von der ersten Klangquelle 2a - gemäß ihrer Position auf dem Verlauf 3a zum fraglichen Zeitpunkt - in gerader Linie zu der virtuellen Hörerposition 1. Es handelt sich dabei also um einen direkten und reflexionsfreien Schallweg 9a. Ein zweiter Schallweg 9b der ersten Klangfolge führt ebenfalls von der ersten Klangquelle 2a - an der selben Position wie für den Schallweg 9a - zu dem ersten Objekt 6a an der ersten Objektposition 7a und nach einer Reflektion an dem ersten Objekt 6a weiter zu der virtuellen Hörerposition 1. Schließlich führt ein dritter Schallweg 9c der ersten Klangfolge von der ersten Klangquelle 2a - abermals an der selben Position entlang des Verlaufs 3a - zu dem zweiten Objekt 6b an der zweiten Objektposition 7b und nach der entsprechenden Reflektion an dem zweiten Objekt 6b weiter zu der virtuellen Hörerposition. Bei dem zweiten Schallweg 9b und dem dritten Schallweg 9c handelt es sich demnach um einen jeweiligen indirekten Schallweg 9b, c. Der vierte Schallweg 9d, der fünfte Schallweg 9e und der sechste Schallweg 9f verläuft nun sinngemäß gleich jeweils ausgehend von der zweiten Klangquelle 2b.
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Mit den zeitlichen Verläufen 3a, b der Klangquellen 2a, b sowie der Objektpositionen 7a, b und deren zeitlichen Verläufen 8a, b verändern sich auch die Schallwege 9a-f in der Zeit, wobei insbesondere die Längen der Schallwege 9a-f variieren. Auf dieser Grundlage wird nun das linke und das rechte Klangsignal des Stereoklangsignals durch Simulation der Schallwege 9a-f der Klangfolgen an die linke Empfängerseite 5a und die rechte Empfängerseite 5b berechnet. Neben der Signalverschiebung durch die unterschiedlichen und veränderlichen Laufzeiten entlang der Schallwege 9a- f ist dabei insbesondere die Reflektion der Klangsignale an den Objekten 6a, b von Bedeutung.
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Für die Berechnung der Reflektion an den Objekten 6a, b werden für die Objekte 6a, b eine jeweilige Objektgeometrie 10a, b, eine Ausrichtung im virtuellen Klangraum und eine Klangeigenschaft definiert, welche Ausrichtung und Klangeigenschaft wiederum auf die Objektgeometrie 10a, b bezogen sind.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das erste Objekt 6a als Objektgeometrie 10a eine Kreiszylinderform auf. Die für das erste Objekt 6a definierte Ausrichtung gibt die in der 1 wiedergegebene Lage der Kreiszylinderform an. Eine solche Kreiszylinderform kann durch zwei Paramater definiert werden, nämlich durch den Radius der kreisförmigen Grundfläche und die Höhe der Mantelfläche. Diese Kreiszylinderform ist in einen ersten Objektbereich 11a entsprechend den Grundflächen und einen zweiten Objektbereich 11b entsprechend der Mantelfläche unterteilt. Dabei weist der erste Objektbereich 11a und der zweite Objektbereich 11b als zugeordnete Klangeigenschaft jeweils eine unterschiedliche Reflexionseigenschaft auf, welche hier beispielhaft als Dämpfung des reflektierten Schalls angenommen wird. Mit anderen Worten findet eine unterschiedliche Dämpfung des reflektierten Schalls in Abhängigkeit davon ab, ob die Reflektion an dem ersten Objektbereich 11a oder dem zweiten Objektbereich 11b stattfindet.
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Das zweite Objekt 6b wiederum weist als Objektgeometrie 10b einen Polyeder mit sechs Flächen auf. Hier gibt die für das zweite Objekt 6b definierte Ausrichtung die in der 1 wiedergegebene Lage des Polyeders an. Jeweils drei dieser Flächen bilden einen ersten Objektbereich 11a und einen zweiten Objektbereich 11b, wobei bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für den ersten Objektbereich 11a und den zweiten Objektbereich 11b des zweiten Objekts 6b jeweils die selbe unterschiedliche Dämpfung vorliegt wie bei dem ersten Objekt 6a für den ersten Objektbereich 11a bzw. den zweiten Objektbereich 11b.
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Es liegt auf der Hand, dass der jeweilige Objektbereich IIa, b für die Reflektion auch von der Ausrichtung des jeweiligen Objekts 6a, b im virtuellen Klangraum abhängt. In der in der 1 dargestellten Situation umfasst hinsichtlich der ersten Klangfolge der zweite Schallweg 9b eine Reflektion an dem ersten Objektbereich 11a des ersten Objekts 6a und der dritte Schallweg 9c eine Reflektion an dem zweiten Objektbereich 11b des zweiten Objekts 6b, bei welcher Reflektion also die jeweils unterschiedliche Dämpfung in der Berechnung berücksichtigt wird. Hinsichtlich der zweiten Klangfolge umfasst der fünfte Schallweg 9e eine Reflektion an dem zweiten Objektbereich 11b des ersten Objekts 6a und der sechste Schallweg 9f eine Reflektion an dem ersten Objektbereich 11a des zweiten Objekts 6b, wobei ebenfalls die jeweils unterschiedliche Dämpfung in der Berechnung berücksichtigt wird.
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Neben dem oben beschriebenen Einfluss der Objekte 6a, b auf die Klangsignale wird ferner die dem Schallempfänger 4 zugeordnete Schallempfängergeometrie 17 bei der Berechnung des rechten und des linken Klangsignals berücksichtigt. Im vorliegenden Beispiel wird je nach Winkel des Schallwegs 9a-f bezogen auf die Schallempfängergeometrie eine unterschiedliche Dämpfung angesetzt.
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Analog zu der Schallempfängergeometrie 17 wird auch für jede Klangquelle 2a, b ein Schallsender mit einer Schallsendergeometrie 16a, b definiert. Die Lage des jeweiligen Schallwegs 9a-f bezogen auf die jeweilige Schallsendergeometrie 16a, wird durch eine schallsendergeometriebezogene Schalleigenschaft bei der Berechnung berücksichtigt.
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Die Definition des virtuellen Klangraums wie für die 1 beschrieben erfolgt an dem in der 1 dargestellten Quell-Clientrechner 12, wobei die entsprechenden Daten über das Internet 13 an den Server 14 übertragen werden. Auf diesem findet die Berechnung des linken Klangsignals und des rechten Klangsignals statt. Aus diesen wird ein digitales Audiosignal erzeugt, welches wiederum über das Internet 13 an den Ziel-Clientrechner 15 im Wege des Streaming übertragen wird. Eine an den Ziel-Clientrechner 15 angeschlossene Kopfhöreranordnung gibt dann das linke und das rechte Klangsignal wieder.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010060940 A1 [0003]
