-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines Eingabeschallsignals
gemäß Anspruch 1,
ein Verfahren zum Erzeugen eines Raumantwortmodells nach Anspruch
7, ein Raumantwortmodell nach Anspruch 8, eine Raumsimulationseinrichtung nach
Ansprüchen
11 und 13, und ein Verfahren zum Erzeugen eines Teilraumantwortmodells
nach Ansprüchen
18, 19 und 21.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Auf
dem Gebiet der Raumsimulation sind verschiedene Anstrengungen unternommen
worden, eine natürliche
Simulation von verschiedenen Typen von Räumen bereitzustellen, die durch
eine bestimmte "trockene" Eingabe erregt wird.
-
-
Ein
Problem, das mit solchen Anstrengungen verbunden ist, besteht darin,
dass jede kleine Verfeinerung typischerweise eine schwerwiegende Zunahme
bei den Signalverarbeitungsfähigkeiten
erforderlich macht.
-
Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein verfeinertes Raumsimulationsverfahren
mit einem höheren
Maß an
Natürlichkeit
bereitzustellen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines Eingabeschallsignals
(ISS) in mindestens ein Ausgabesignal (OSS) mittels Raumsimulationsverarbeitung
(RSP), wie in Anspruch 1 definiert.
-
Folglich
können
vorher erhaltene Raumsimulationscharakteristiken von jeweiligen
Teilkomponenten einfach kombiniert werden durch z. B. Überlagerung.
-
Gemäß der Erfindung
können
die kombinierenden Mittel vorzugsweise herkömmliche digitale oder analoge
Signalverarbeitungsmittel umfassen.
-
Die
Tatsache, dass eine gewünschte
Schallquellencharakteristik einfach kombiniert werden kann mittels
relativ weniger fundamentaler Charakteristiken, bedeutet, dass neue
Orientierungen oder modifizierte Abstrahlungsmuster erzeugt werden
können durch
Kombinieren von schon bestehenden fundamentalen Mustern. Augenscheinlich
impliziert ein solches Verfahren, dass die fundamentalen Muster
vorher erzeugt werden sollten durch Simulation oder Messen und die
resultierenden Ausbreitungsfunktionen zur späteren Verwendung gespeichert
werden.
-
Es
sei angemerkt, dass Raumsimulation oder Raummessung ein recht komplizierter
Prozess ist. Jedoch können
relativ wenige fundamentale Abstrahlungsmuster für eine sehr schnelle Erzeugung einer
recht großen
Anzahl von Abstrahlungsmustern in Kombination angewendet werden,
insoweit kann die gewünschte
Charakteristik offensichtlich durch die existierenden Muster kombiniert
werden.
-
Wenn
mindestens zwei der vordefinierten Richtungscharakteristikmuster
(PDP1, PDP2, PDP3, PDP4) Teilkomponenten einer gewünschten
Richtungsschallquellencharakteristik bilden, ist ein weiteres vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann fast jedes gewünschte Richtungscharakteristikmuster
einer simulierten Schallquelle erhalten werden mittels relativ weniger vorher
erzeugter "Bausteine" von Teilschallquellenmustern.
-
Wenn
mindestens zwei verschiedene Schallquellencharakteristiken zu verschiedenen
Sätzen
(S) der vordefinierten Richtungscharakteristikmuster (PDP1, PDP2,
PDP3, PDP4) kombiniert werden, ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann ein Nutzer, so wie ein Toningenieur, ein gewünschtes
Quellenrichtungscharakteristikmuster auswählen, ohne dass er irgend etwas über die
Natur der Teilschallquellen weiß.
Der Toningenieur muss nur etwas über
die gewünschte simulierte
Quelle selbst wissen.
-
Wenn
mindestens einer der verschiedenen Sätze (S) mindestens ein gewichtetes
vordefiniertes Richtungscharakteristikmuster (PDP1, PDP2, PDP3, PDP4)
umfasst, ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
erhalten worden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung können
die vorher erzeugten Richtungscharakteristikmuster kombiniert werden durch
Verwendung eines einfachen mathematischen Operators, so wie eine
einfache Wichtung von einem oder mehreren Teilrichtungscharakteristikmustern
in einer Kombination.
-
Wenn
mindestens eines der vordefinierten Richtungscharakteristikmuster
ein frequenzabhängiges
Richtungscharakteristikmuster aufweist, ist ein weiteres vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann eine natürlichere
Simulation verschiedener Typen von Schallquellen in einem Raum erzeugt
werden. Dieses Merkmal ist insbesondere vorteilhaft in Bezug auf
Musik-Ton-Engineering aufgrund
der Tatsache, dass eine natürliche
Wiedergabe eines Musikinstruments hochfrequenzabhängige Abstrahlungsmuster
der einzelnen Instrumente impliziert.
-
Wenn
die Raumverarbeitung des Eingabesignals dreidimensional ist, ist
ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann eine verbesserte und natürlichere Simulation innerhalb
des Bereichs der Erfindung erhalten werden.
-
Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Raumsimulationsverarbeitungseinrichtung
(RSPA) gemäß Anspruch
6.
-
Die
oben genannte Einrichtung bietet dem Benutzer eine signifikante
Verbesserung in Bezug auf Raumsimulation, d. h. Nachhall. Nun kann
ein Benutzer Schallquellencharakteristiken, d. h. Abstrahlungsmuster,
auf eine Raumsimulation eines Eingabesignals anwenden.
-
Wenn
mindestens eines der vom Benutzer auswählbaren Schallquellenrichtungscharakteristik-Quellenmuster
(USD) durch eine Kombination von Teilschallquellenrichtungscharakteristik-Quellenmustern
erzeugt wird, wobei die Kombinationen für jedes wählbare Schallquellenrichtungscharakteristikmuster vorbestimmt
sind, ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
erhalten worden.
-
Die
Raumsimulationsverarbeitungseinrichtung (RSPA) kann Schallquellenmustergestaltungsmittel
(SPDM) zur Erzeugung von mindestens zwei verschiedenen wählbaren
Schallquellenrichtungscharakteristikmustern (USD) umfassen.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung hat ein Benutzer die Möglichkeit, sein eigenes persönliches
Schallquellenrichtungscharakteristikmuster zu gestalten.
-
Wenn,
wie in Anspruch 14 festgestellt, die Schallquellenmustergestaltungsmittel
(SPDM) mindestens eine Richtungsauswahleinrichtung (DIS) und mindestens
eine Musterauswahleinrichtung (PAS) umfassen, ist ein weiteres vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann ein Benutzer, z. B. ein Toningenieur, verschiedene
Richtungen auf eine innerhalb eines bestimmten Raums simulierte
Schallquelle anwenden.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann ein Benutzer seine persönlich gestalteten und bevor zugten
Schallquellenrichtungscharakteristikmuster durch nur einige wenige
Operationen speichern und wiedergewinnen.
-
Wenn
die Einrichtung Mittel zum Speichern und Wiedergewinnen von benutzerdefinierten
Richtungscharakteristikmustern umfasst, ist ein weiteres vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Wenn
die Schallquellenmustergestaltungsmittel (SPDM) Signalverarbeitungsmittel
umfassen, die mit geeigneten Interface-Mitteln zusammenwirken, ist ein weiteres
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Wenn
die geeigneten Interface-Mittel vom Benutzer betätigbare Knöpfe und/oder Varia-Auswahleinrichtungen
und/oder bedienbare Skalen und/oder Einstellmittel umfassen, ist
ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Raumantwort
gemäß Anspruch
13.
-
Gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann eine Raumsimulation erhalten werden durch im
wesentlichen eine einzige Raumsimulation, die eine Anzahl von Reflexionen
in einer Anzahl von Richtungen an einem bestimmten Ort in dem simulierten
Raum bereitstellt. Nachfolgend kann jede erzeugte Reflexion gewichtet
werden durch einen einfachen Abschwächungsfaktor entsprechend der
Abschwächung
der spezifischen Reflexionen in jedem der das resultierende Schallquellenmodell
erzeugenden Teilschallquellenmodelle.
-
Wenn
ein gewünschtes
Modell einer Schallquelle (S) als mindestens ein Wichtungsparameter (WP)
entsprechend mindestens einer der Verzögerungszeitrepräsentationen
(DT) der die Schallquelle repräsentierenden
Elementardarstellungen (SRE) erzeugt wird, wobei der Wichtungsparameter
(WP) vorzugsweise eine Abschwächung
(ATT) oder Schallfarbe (SC) ist, ist ein weiteres vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Wenn
ein gewünschtes
Modell einer Schallquelle (S) durch Kombination von mindestens zwei Schallquellenmodellen
erzeugt wird, wobei jedes Schallquellenmodell ein vordefiniertes
Richtungscharakteristikmuster (PDP1, PDP2, PDP3, PDP4) repräsentiert,
ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
erhalten worden.
-
Wenn
die Kombination der vordefinierten Raumantworten den durch eine
einfache Kombination der Wichtungsparameter (WP) erzeugten kombinierten
Quellenmodellen entspricht, wobei die Kombination vorzugsweise als
eine Summation der jeder Richtung der Teilraumantworten entsprechenden Wichtungsparameter
durchgeführt
wird, ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten
worden.
-
Wenn
die die Quelle repräsentierenden
Elementardarstellungen (SRE) ein bestimmtes Darstellungssignal oder
ein Modell zum Erzeugen eines Signals, wenn das Signal eine bestimmte
Richtung in Bezug auf eine bestimmte Hörerposition (LP) hat, umfassen,
ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
erhalten worden.
-
Wenn
die erzeugte Anzahl von die Quelle repräsentierenden Elementardarstellungen
(SRE) in geeigneten Speichermitteln gespeichert werden, ist ein
weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erhalten worden.
-
Figuren
-
Die
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, wobei
-
1 die
grundlegenden Phänomene
von Raumnachhall darstellt,
-
2 das
frühere
Reflexionsmuster mittels eines Spiegelquellenmodells darstellt,
-
3a) bis f) die Kombination von zwei verschiedenen
Teilschallquellen zu einem resultierenden Schallquellenrichtungscharakteristikmuster
darstellen,
-
4 die
Verarbeitung von Teilraumantworten gemäß einem Teilraumantwortmodell
gemäß der Erfindung
darstellt,
-
5 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt,
-
6 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt,
-
7 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt,
-
8 die
Grundlagen eines weiteren modellorientierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung darstellt, und wobei
-
9 eine
Einrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 zeigt
die grundlegenden Prinzipien von Raumsimulation mittels eines sogenannten
Spiegelquellenmodells. Anfänglich
sollte betont werden, dass das dargestellte Modell in keiner Weise
den Schutzbereich der Erfindung darauf beschränkt, dass sie sich mit Spiegelquellenmodellen
eines Raums befasst. Andere Modelltypen können in der gleichen Weise
innerhalb des Bereichs der Erfindung angewendet werden, so wie Strahlspurverfolgung
oder ähnliche
Methoden.
-
1 stellt
einen Raum R dar, der eine Schallquelle S umfasst, wie einen Schallgenerator. Der
Schallgenerator, z. B. ein Lautsprecher emittiert Schallwellen in
den Raum R, und ein Hörer
an einer Hörerposition
LP nimmt den emittierten Schall wahr.
-
Der
dargestellte Raum R umfasst vier Seitenwände W1, W2, W3 und W4.
-
Es
sei bemerkt, dass die Darstellung sich zum Zwecke der Einfachheit
nur mit zweidimensionaler Raumsimulation befasst und dass sich die
Erfindung natürlich
ebenso mit dreidimensionaler Raumsimulation befasst.
-
Wenn
die vier Seitenwände
W1, W2, W3 und W4 einen sehr hohen Absorptionswert haben, d. h. eine
unendliche Absorption von Schalldruckwellen, werden die von der
Schallquelle S emittierten Wellen an der Hörerposition wahrgenommen als
direkt über den
Schallausbreitungspfad P zur Hörerposition
LP übertragener
Schall. Diese Situation wird niemals in einer Anwendung der realen
Welt auftreten, aber ein freies Schallfeld wird idealerweise keine
Reflexionen liefern.
-
Wenn,
auf der anderen Seite, die Seitenwände keinen Schall absorbieren
und Schall ohne Verlust reflektieren, wird eine von der Schallquelle
S emittierte Schallwelle zunächst über den
direkten Pfad P zwischen der Schallquelle und der Hörerposition
aufgenommen werden. Zweitens wird das Schallfeld an der Hörerposition
nach und nach weitere über
die Seitenwände
zur Hörerposition übertragene
Schallwellen umfassen.
-
Wenn
man sich mit einer Anwendung der realen Welt befasst, wird das Verhalten
eines bestimmten Raums irgendwo zwischen den beiden oben genannten
Extremen liegen.
-
Typischerweise
würden
die Wände
eines physikalischen Raums einen Absorptionswert haben, der größer als
Null aber kleiner als unendlich ist. Folglich wird ein Schallfeld
der realen Welt an einer Hörerposition
direkt über
die Luft zu dem Empfänger übertragenen
Schall gefolgt von einer Anzahl von über die Seitenwände übertragenen
Reflexionen umfassen. Das nachfolgende Schallfeld kann als Nachhall
charakterisiert werden.
-
Das
typische nachfolgende Schallfeld wird nach und nach eine zunehmende
Anzahl von Reflexionen höherer
Ordnung umfassen. Jedoch werden diese Reflexionen nach und nach
gedämpft
werden aufgrund der Absorption der Seitenwände.
-
Zwei
der sogenannten Reflexionen erster Ordnung sind in 1 dargestellt,
nämlich
eine Reflexion erster Ordnung, erzeugt über einen Schallausbreitungspfad
PA1, der von der Rückseite der
Schallquelle S zur Wand W4 verläuft,
und einen zweiten Schallausbreitungspfad PA2, der von der Wand W4
zur Hörerposition
LP verläuft.
Schließlich stellt
eine durchgezogene Linie die direkte Schallausbreitung P dar, d.
h. die Ausbreitung nullter Ordnung.
-
Die
zweite dargestellte Reflexion erster Ordnung wird erhalten über einen
ersten Schallreflexionspfad PB1 zur Wand W2 und einen zweiten Schallreflexionspfad
PB2 zur Hörerposition
LP.
-
Offensichtlich
wird es vier zusätzliche
Reflexionen erster Ordnung geben (nicht gezeigt), reflektiert von
den Wänden
W1, W3, dem Boden und der Decke, wenn der Raum rechteckig ist. Der
Raum wird weitere Reflexionen erzeugen, wenn er in der Form etwas
unregelmäßig ist,
und jede Reflexion wird abhängen
von den Absorptionseigenschaften und den Oberflächeneigenschaften der Wand.
-
Die
anfänglichen
Schallreflexionen eines solchen Schallfeldes werden im Stande der
Technik als frühes
Muster gekennzeichnet. Der nachfolgende Widerhall höherer Ordnung
kann typischerweise als Schleppenschall bezeichnet werden.
-
Offensichtlich
wird das Raummodell ziemlich kompliziert, wenn zusätzliche
Reflexionen in dem Modell enthalten sind.
-
Gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung liefert das Raummodell nicht weniger als 50 frühe Musterreflexionen
bei einer typischen Nachhallerzeugung.
-
2 zeigt
ein sogenanntes Spiegelquellenmodell zur Darstellung der oben genannten
Phänomene
und der entsprechenden Erfordernisse an den Raumsimulator. Die dargestellte
Spiegelquelle wird sich typischerweise mit "hochfrequenten" Schallfeldern eines Raums befassen,
während
sich ein Wellenfeldmodell typischerweise mit dem "niederfrequenten" Schallfeld des Raums
befassen würde. Darüber hinaus
ist es der Zweck des Spiegelquellenmodells, sich in erster Linie
mit der Erzeugung sogenannter früher
Muster zu befassen, d. h. den ersten Reflexionen niedriger Ordnung
des Raums, z. B. der ersten 50 Reflexionen, während sich der sogenannte Schleppenschall
des Nachhalls typischerweise mit dem nachfolgenden Teil des Nachhallsignals
befasst, welcher von einer etwas diffusen Natur ist. Folglich kann
der Schleppenschall typischerweise erzeugt werden ohne das Spiegelquellenmodell
zu implizieren.
-
Das
Modell stellt eine Schallquelle S und eine Anzahl von entsprechenden
Spiegelquellen dar. Der Spiegel an der rechten Seite der Schallquelle
S repräsentiert
ein Spiegelschallquellenmodell der Reflexion PA1 + PA2 in 1 von
der Hörerposition
LP aus gesehen. Weiterhin repräsentiert
der Spiegel an der linken Seite der Schallquelle S ein Spiegelschallquellenmodell
der Reflexion PB1 + PB2 in 1 von der
Hörerposition
LP aus gesehen. Folglich sieht der Hörer die Rückseite der Schallquelle über eine
Reflexion erster Ordnung PA1 + PA2 und die Vorderseite der Schallquelle über die
andere Reflexion erster Ordnung PB1 + PB2.
-
Weitere
Reflexionen höherer
Ordnung können
mittels des Modells erzeugt werden und jedes Mal sollte die Natur
der reflektierenden Wände
bewertet werden.
-
Offensichtlich
ist die Simulation eines solchen Schallfeldes ziemlich kompliziert
aufgrund der Tatsache, dass zusätzliche
Faktoren in eine Simulationsroutine aufgenommen werden sollten,
so wie eine frequenzabhängige
Absorption der Wände
und eine aufgrund der Tatsache, dass die reflektierende Wand nicht
eben ist, auftretende Schallfärbung
des reflektierten Schalls.
-
Solche
komplizierten Nachhallalgorithmen, die sich mit verschiedenen Kombinationen
von raumbeschreibenden Parametern befassen, sind im Stande der Technik
ausführlich
beschrieben. Nichtsdestoweniger ist es eine Tatsache, dass die Anzahl
von raumbeschreibenden Parametern beschränkt werden sollte, um sich
an die verfügbare
Verarbeitungsleistung anzupassen. Weiterhin ist es eine Tatsache, dass
zu viele (und falsche) Zwangsbedingungen die Möglichkeit reduzieren, eine
natürliche
Raumantwortsimulation zu erhalten.
-
Nichtsdestoweniger
ist es eines der Ziele der Erfindung, eine Schallquelle einzuschließen, die
verschiedene mögliche
Richtungscharakteristikmuster in einem Raumsimulationsmodell oder
-prozess aufweist.
-
Nun
Bezug nehmend auf 3 soll das grundlegende
Verständnis
der Erzeugung einer Teilschallquelle beschrieben werden.
-
Augenscheinlich,
es sollte bemerkt werden, dass das dargestellte zweidimensionale
Verfahren ebenso für
dreidimensionale Modelle erzeugt werden kann und mehrere weitere
Teilschallquellen einbeziehen kann, z. B. 12 bis 16.
-
3a) und 3b) stellen
zwei Teilschallquellenmuster dar, die jeweils die Form einer Acht aufweisen.
-
Die
zwei durch Achter dargestellten Schallquellenmuster können zu
einer "geneigten" Acht kombiniert
werden, wie in 3c) dargestellt, mittels eines
einfachen Skalierens der zwei teilweisen Achtermuster von 3a) und 3b) zu einem
resultierenden Achtermuster mit geänderter Richtungscharakteristik.
-
Das
Raumantwortmodell der jeweiligen Teilschallquelle wird typischerweise
vorher erzeugt werden für
eine bestimmte Schallquellenposition und eine bestimmte Hörerposition.
-
Wenn
man die resultierende Raumantwort erzeugt, kann jede Raumantwort
linear kombiniert werden zu einer resultierenden Raumantwort, indem die
entsprechende Skalierung von Teilraumantworten angewendet wird.
-
Es
sei bemerkt, dass eine solche lineare Kombination von Raumantworten
Nutzen zieht aus der Tatsache, dass die Position jeder Teilquelle
beibehalten worden ist und dass die Hörerposition beibehalten worden
ist.
-
Es
sollte darüber
hinaus bemerkt werden, dass Raumantworten von mehreren verschiedenen Schallquellenrichtungscharakteristikmustern
erzeugt werden können
durch Anwenden von relativ wenigen Teilraumantworten. Bei Anwendungen
des wirklichen Lebens kann die gewünschte Anzahl von Raumantworten
erzeugt werden durch so wenige wie 2 bis 16 Teilraumantworten.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung können
verschiedene Quellenrichtungsmuster erzeugt werden durch vorgegebene
Kombinationen von Teilschallquellenmustern oder Teilraumantworten.
Dementsprechend kann der Benutzer eine Raumantwort einfach erzeugen
durch Definieren des gewünschten
Schallgeneratorrichtungscharakteristikmusters (z. B. Form und Winkel).
-
Darüber hinaus
sollte bemerkt werden, dass das oben genannte zweidimensionale Prinzip
leicht angewendet werden kann auf eine dreidimensionale Schallquelle
und eine entsprechende dreidimensionale Raumsimulation.
-
Schließlich sollte
bemerkt werden, dass die oben genannte Erzeugung einer Schallquelle
in Form einer geneigten Acht ein Achtermuster mit einer Neigung
von 45 Grad repräsentiert,
siehe 3c), und dass die Teilachtermuster
von 3a) und 3b) gewichtet
worden sind mit 21/2/2.
-
Ein
solcher einfacher Wechsel der Richtung eines beibehaltenen Quellenmusters
würde die
Berechnung eines neuen Raumantwortmodells erfordern, wenn die Teilraumantworten
nicht genutzt würden.
-
3d) und 3e) stellen
eine andere Weise der Kombination von 2D-Teilschallquellenmustern
dar.
-
Nun
wird ein kreisförmiges
Muster, siehe 3d), mit einem Achtmuster in 3e) kombiniert, was in einem herzförmigen Muster
mit einer Neigung von 0 Grad resultiert, wie in 3f) gezeigt. Die Muster der 3d) und 3e) sind
mit 1/2 gewichtet worden.
-
Es
sollte betont werden, dass das oben genannte zweidimensionale "Teilmodellieren" in ähnlicher
Weise durchgeführt
werden kann, wenn z. B. dreidimensionale Schallquellenmuster erzeugt
werden.
-
Die
einbezogenen Teilquellen können
sogenannte sphärische
Harmonische sein, die auf dem Gebiet der Quantenmechanik wohlbekannt
sind. Verschiedene Ordnungen von Harmonischen können zu dem gewünschten
Schallquellenmuster kombiniert werden. Offensichtlich sollten Harmonische
höherer Ordnung
angewendet werden, wenn Schallquellenmuster ein höheres Maß an Detailliertheit
erfordern.
-
In
der Praxis sollte, wenn man sich mit Raumsimulation befasst, eine
dreidimensionale Quellenmodellierung angewendet werden, falls eine bestimmte
Simulation ein hohes Maß an
Natürlichkeit aufweisen
soll. Wenn das Wiedergabesystem zweidimensional ist, d. h. ein typisches
Kino-Fünfkanalwiedergabesystem,
wird eine dreidimensionale Darstellung vor der Wiedergabe in eine
zweidimensionale Klangdarstellung abgebildet werden. Gemäß einer Anwendung
innerhalb des Bereichs der Erfindung wird eine dreidimensionale
Simulation an einem oder mehreren Eingabesignalen durchgeführt. Dreidimensionale
Simulation sollte entsprechend der Position von einer oder mehreren
simulierten Quellen in einem bestimmten simulierten Raum vorgenommen werden.
Das simulierte Schallfeld kann dann auf eine gewählte Hörerposition LP als dreidimensionale
Darstellung eines an der Hörerposition
ankommenden simulierten Schallfeldes abgebildet werden. Das Schallfeld
kann in ein Signal zweidimensionaler Darstellung umgewandelt werden,
das die gleichen Richtungsreflexionen umfasst.
-
Bis
jetzt ist die obige Darstellung verwendet worden zur Darstellung
der Erzeugung einer theoretischen Simulation eines Raums. Es sollte
nichtsdestoweniger bemerkt werden, dass die teilweise Erzeugung
einer Schallquelle angewendet werden kann für die Erzeugung einer Messung
einer Raumantwort, die zum Simulieren einer anderen Raumantwort
als der exakt gemessenen verwendet wird.
-
Dementsprechend
kann innerhalb des Bereichs der Erfindung eine Teilmessung von Raumcharakteristiken
angewendet werden unter Verwendung verschiedener Arten von Schallquellen,
z. B. Lautsprechern oder Funkengeneratoren, die verschiedene Schallquellenabstrahlungsmuster
aufweisen. Wieder Bezug nehmend auf 3a) und 3b), kann ein Lautsprecher mit der dargestellten 3D-Achtercharakteristik
(oder ungefähr
einem Achter) verwendet werden zum Erregen eines bestimmten Raums,
und die resultierende Raumantwort kann dann gemessen werden. Nachfolgend
kann die gleiche Schallquelle um 90 Grad gedreht werden, entsprechend 3b),
und eine Messung kann entsprechend vorgenommen werden.
-
Darauf
kann eine Raumantwort einer Achterschallquelle mit einer unterschiedlichen
Richtung auf der Grundlage der zwei erhaltenen Messungen simuliert
werden, z. B. eine 45°-Drehung
wie in 3c) dargestellt.
-
Nun
Bezug nehmend auf 4 soll das oben erläuterte Verfahren
weiter beschrieben werden.
-
4 stellt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar.
-
Gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist
ein Raumantwortmodell einer bestimmten Schallquelle mit einem bestimmten
gewünschten
Richtungscharakteristikmuster DDSS als eine lineare Kombination
von Teilschallquellenkomponenten PSSC erzeugt worden.
-
Darüber hinaus
ist das Raumantwortmodell PRR von jeder der Teilschallquellenkomponenten mittels
eines Teilraumantwortmodells erzeugt worden. Jedes der Teilraumantwortmodelle
PRR kann innerhalb des Bereichs der Erfindung auf mehreren unterschiedlichen
Wegen dargestellt werden.
-
Ein
wichtiges Merkmal der Erfindung ist, dass ein gewünschtes
Richtungscharakteristikmuster einer Schallquelle DDSS erzeugt werden
kann als die oben genannte lineare Kombination von Teilschallquellenkomponenten
PSSC, jeweils mit einem entsprechenden Teilraumantwortmodell der
Teilschallquellenkomponenten PSSC. Die erzeugten Teilraumantwortmodelle
PRR können
nachfolgend zu einem resultierenden Raumantwortmodell RR kombiniert
werden, z. B. durch einfaches Addieren oder ein gewichtetes Addieren
der Teilraumantwortmodelle PRR.
-
Das
resultierende Raumantwortmodell RR zieht Nutzen aus der Tatsache,
dass das Modell erzeugt werden kann als eine Kombination von relativ wenigen
vorher erzeugten Teilraumantwortmodellen PRR auf der Grundlage eines
Teilschallquellenkomponenten PSSC umfassenden Modells. Dementsprechend
kann die erforderliche Signalverarbeitung zur Erzeugung einer bestimmten
Raumsimulation einer Schallquelle mit einem Richtungsmuster erzeugt werden
durch Wiederverwenden relativ weniger schon erzeugter Teilraumantwortmodelle
PRR anstelle einer neuerlichen Erzeugung eines Modells jedes Mal,
wenn eine neue Charakteristik zu erzeugen ist.
-
Gemäß der Erfindung
kann fast jede mögliche
gewünschte
Quellencharakteristik erzeugt werden mittels einer Kombination von
z. B. 8 bis 16 Teilraumschallquellenkomponenten PSSC.
-
Das
resultierende Raumantwortmodell RR kann dann angewendet werden zur
Erzeugung einer Raumantwort eines Eingabesignals ISS mit der gewünschten
simulierten Schaliquellencharakteristik hin zu einem Ausgaberaumantwortsignal
OSS.
-
Es
sei angemerkt, dass die Raumverarbeitung der Teilschallquellen innerhalb
des Bereichs der Erfindung auf mehreren verschiedenen Wegen vorgenommen
werden kann. Die dargestellte Raumverarbeitung jeder Teilschallquellenkomponente
kann auch durchgeführt
werden als einzelne Raumverarbeitung basierend auf einer vorher
erzeugten Wichtung der Teilschallquellenkomponenten.
-
Nun
Bezug nehmend auf 5, ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt worden.
-
5 zeigt
den grundlegenden Signalverarbeitungsablauf, wenn man eine Richtungscharakteristik
einer in einen Raumsimulator gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der Erfindung abspielende Schallquelle simuliert.
-
Eine
Signaleingabe 51 wird vier Multiplizierern 52a, 52b, 52c und 52d zugeführt. Die
Multiplizierer 52a, 52b, 52c und 52d werden
durch vier korrespondierende Wichtungsfaktoren W, X, Y und Z gesteuert.
-
Die
gewichteten Subsignale werden über entsprechende
Nachhallprozessoren 53a, 53b, 53c und 53d einer
Ausgabematrix 54 zugeführt
und die Ausgabematrix erzeugt zwei Ausgaben 55, 56.
-
Gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird jedes Teilraumantwortmodell durch gewichtete Größen W, X,
Y und Z dargestellt. Zusammen bilden sie das gewünschte Schallquellenrichtungscharakteristikmuster.
Die dargestellten geometrischen Formen der Teilschallquellen werden
als sphärische
harmonische Darstellungen erster Ordnung von Richtungscharakteristiken
erzeugt. Ersichtlicherweise können
andere Teilmuster angewandt werden.
-
Darauf
kann eine Eingabekomponente erarbeitet werden durch Zuführen des
Signals zu den vier verschiedenen eine Teilraumantwort erzeugenden Teilmodellen
und schließlich
lineares Addieren dieser Antworten, um eine Zweikanalausgabe zu
bilden.
-
Jede
der Teilraumantworten wird einzeln verarbeitet.
-
Die
Nachhallprozessoren 53a, 53b, 53c und 53d können eine
geeignete und gewünschte
Raumantwort erzeugen, die typischerweise die erste Folge von Raumantworten
umfasst, d. h. ein sogenanntes frühes Muster. Ersichtlicherweise
können
sowohl der direkte Schall als auch/oder der Schleppenschall in der
gleichen Weise erzeugt werden.
-
Die
dargestellte Ausgabematrix umfasst zwei Addierer 54a und 54b.
Ersichtlicherweise können
andere geeignete Wiedergabesysteme innerhalb des Bereichs der Erfindung
angewandt werden.
-
Das
dargestellte Modell zieht Nutzen aus einem hohen Maße an Genauigkeit,
wenn sich bewegende oder drehende Schallquellenmodelle simuliert werden,
aufgrund der Tatsache, dass die Multiplikation durchgeführt wird,
bevor die Raumfilterung stattfindet.
-
6 illustriert
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wie in 5 dargestellt, gemäß welchem
jede Teilraumantwort erzeugt wird durch eine Simulation von frequenzabhängigen Richtungscharakteristiken.
-
Eine
Signaleingabe 61 wird vier frequenzselektiven Filtern 69a, 69b, 69c und 69d zugeführt. Die Ausgabe
jedes Filters 69a, 69b, 69c, 69d wird
dann entsprechenden wichtenden Multiplizierern zugeführt, die
durch Wichtungsfaktoren W1, W2, W3; X1, X2, X3; Y1, Y2, Y3 und Z1,
Z2, Z3 gesteuert werden.
-
Jede
gewichtete Ausgabe der oben genannten Filter wird darauf über einen
individuellen Teilraumantwortprozessor 63 einer Ausgabematrix 64 zugeführt.
-
Schließlich erzeugt
die Ausgabematrix Dreikanalausgaben 65, 66, 67.
Ersichtlicherweise können
andere Kanalzahlen innerhalb des Bereichs der Erfindung angewandt
werden.
-
Eine
Ausgabematrix 64 gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
umfasst einfache Addierermittel, da jeder raumsimulierende Filter 63 Dreikanalausgaben
erzeugt.
-
Die
durch die Ausgabematrix 64 durchgeführte Wiedergabe sollte ersichtlicherweise
geeignet sein, die Anzahl und Natur der Ausgabekanäle der Teilraumantwortprozessoren 63 in
die gewünschte Anzahl
und Natur von Ausgabekanälen
abzubilden, z. B. direkt in das Wiedergabeformat oder ein Signalspeicherformat.
-
Für die Erzeugung
der resultierenden Ausgabeantwort wird jedem der Teilraummodelle
W, X, Y und Z ein Eingabesignal zugeführt.
-
Die
Verarbeitung jeder Teilantwort erfolgt durch Aufspalten des Eingabesignals
in eine Anzahl von Frequenzbändern,
z. B. die dargestellten drei, und Durchführen einer nachfolgenden Raumverarbeitung
für jedes
Frequenzband in ein Mehrkanalsignal, hier drei Kanäle.
-
Darauf
wird jedes verarbeitete Signal zu einer resultierenden gewünschten
Raumantwort addiert.
-
Der
oben erläuterte
Prozess wird für
jede Teilraumantwort durchgeführt.
-
Nun
Bezug nehmend auf 7 ist ein weiteres zweikanaliges
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben worden als eine Transformation der Signalverarbeitung
in 6 mit reduzierten Erfordernissen an Rechenleistung.
-
Eine
Eingabe 71 wird vier verschiedenen Teilraumantwortprozessoren 73a, 73b, 73c und 73d zugeführt, die
Zweikanalausgaben aufweisen (nur der Signalfluss eines Ausgabekanals
ist dargestellt).
-
Jede
der Zweikanalausgaben der Teilraumantwortprozessoren 73a, 73b, 73c und 73d wird Teilwichtungsmultiplizierern 72 zugeführt, die
mittels entsprechender Wichtungsfaktoren W1, W2, W3; X1, X2, X3;
Y1, Y2, Y3 und Z1, Z2, Z3 gesteuert werden.
-
Die
erzeugten gewichteten Raumantwortsignale eines Kanals werden dann
mittels Addierern 78 zu drei Signalen addiert, welche nachfolgend
drei frequenzselektiven Filtern 79a, 79b und 79c zugeführt werden.
Schließlich
werden die Signale zu einem Ausgabesignal 75 kombiniert,
das einen Ausgabekanal des dargestellten Raumsimulators bildet.
Der andere angenommene Kanal kann in der gleichen Weise erzeugt
werden (nicht gezeigt).
-
Die
oben genannten frequenzselektiven Filter 79a, 79b und 79c können in
einem Tiefpassfilter, einem Bandpassfilter bzw. einem Hochpassfilter
bestehen.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sollte die Anzahl an frequenzselektiven Filtern nicht
weniger als 6 bis 10 Bänder
sein.
-
Das
dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung impliziert, dass die Bandpassfilterung nachfolgend
auf jede der Teilraumantwortverarbeitungen durchgeführt wird.
-
Dieses
Ausführungsbeispiel
zieht Nutzen aus der Tatsache, dass die Raumverarbeitung auf vier
getrennte Prozesse reduziert werden kann anstelle der in 6 dargestellten
entsprechenden zwölf.
-
Es
sei bemerkt, dass eine Raumverarbeitung eine sehr komplizierte und
schwerwiegende Signalverarbeitung mit sich bringt und dass eine
solche Raumverarbeitung der Eingabesignale idealerweise auf ein
Minimum reduziert werden sollte.
-
8 illustriert
ein weiteres Merkmal der Erfindung, gemäß welchem jede der Teilraumantworten PRR
als eine Anzahl von die Schallquelle repräsentierenden Elementardarstellungen
(SRE) erzeugt worden ist.
-
Solche
die Schallquelle repräsentierende Elementardarstellungen
(SRE) können
z. B. erzeugt werden in einem Richtungsformat, das das Richtungsmuster
der Teilschallquelle repräsentiert.
Gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist die Quelle repräsentiert
worden durch ein Format mit acht Richtungskomponenten: 0°, 180°, +/–45°, +/–90° und +/–135°. Viele andere
mögliche
Richtungselementardarstellungen sind innerhalb des Schutzbereichs
möglich.
Ersichtlicherweise sind andere Formate innerhalb des Bereichs der
Erfindung anwendbar.
-
Jede
Richtungselementardarstellung kann darüber hinaus repräsentiert
werden durch die Abbildung von Verzögerungen, die jeweils eine
Verzögerung
zu einer gegebenen Verzögerungszeit
DT repräsentieren.
Jede Verzögerung
zu einer gegebenen Verzögerungszeit
DT kann beschrieben werden als dass sie einen bestimmten Verzögerungswichtungsparameter,
so wie die Abschwächung
ATT und/oder eine bestimmte Schallfärbung SC aufweist.
-
Gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
umfasst jede der die gerichtete Schallquelle repräsentierenden
Elementardarstellungen SRE eine Abbildung von Verzögerungen
und entsprechenden Abschwächungen
ATT und Schallfärbungen
SC.
-
Ähnlich können andere
Teilraumantworten PRRM erzeugt werden.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die Kombination von Teilraumantworten PRR einfach
erzeugt werden durch Modifizieren der Verzögerungswichtungsparameter aufgrund
der Tatsache, dass die Position der Teilschallquelle beibehalten
wird, d. h. konstant ist. Dies bedeutet, dass die "kostspielige" Erzeugung von verarbeitetem Schall
bei einer Raumsimulation nur einmal durchgeführt werden braucht anstelle
individueller Erzeugungen von mehreren zur gleichen Zeit vorhandenen
Komponenten und danach Kombinieren derselben, um das resultierende
Verzögerungssignal zu
bilden.
-
Es
sei bemerkt, dass die oben erläuterte
Erzeugung einer Raumantwort mittels nur einem Raumsimulationsmodell
innerhalb des Bereichs der Erfindung auf verschiedenen anderen Wegen
zustande gebracht werden kann. Ein weiterer vorteilhafter Weg des
Abbildens von Teilraumantworten in nur ein gerichtetes Raumantwortmodell
würde sein, eine
Abbildung der simulierten Reflexionen mit relationaler Datenbasis
auszuführen,
wobei einer der Parameter ein Einfallswinkel zur Hörerposition
ist. Dementsprechend kann eine hohe Richtungsauflösung ohne übermäßigen Speicherverbrauch
erreicht werden.
-
Das
oben genannte Ausführungsbeispiel wird
unter Bezugnahme auf 9 weiter erläutert.
-
9 stellt
eine Raumsimulationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar.
-
Ersichtlicherweise
sind mehrere andere Hardware- und Software-Anwendungen innerhalb des
Bereichs der Erfindung möglich,
z. B. in der Form einer in einen Computer einsetzbaren Karte.
-
Die
dargestellte Nachhalleinheit umfasst eine Anzahl von Eingängen (nicht
gezeigt) und eine Anzahl von Signalausgängen (nicht gezeigt).
-
Weiterhin
umfasst die Einrichtung ein Frontpanel 100, das eine Anzeige 101,
eine Anzahl von Auswahleinrichtungen 102 und eine Anzahl
von Knöpfen 103 verkörpert.
-
Die
Anzeige 101 kann dynamisch angepasst werden, um das laufend
komponierte Schallwellenrichtungscharakteristikmuster anzuzeigen.
Die Anzeige 101 sollte darüber hinaus geeignet sein, verschiedene
grundlegende numerische Parameter des Richtungscharakteristikmusters
anzuzeigen, so wie einen Musterrichtungswinkel.
-
Die
vom Benutzer betätigbaren
Formungsauswahleinrichtungen 102 können z. B. geeignet sein, ein
bestimmtes gewünschtes
Richtungscharakteristikmuster zu erzeugen. Solche Auswahleinrichtungsoptionen
würden
z. B. Richtung, Musterbreite und Mustercharakteristiken sein.
-
Die
vom Benutzer betätigbaren
Knöpfe 103 können verwendet
werden, um verschiedene vorher erzeugte Richtungscharakteristikmuster
zu wählen, und
einige der Knöpfe
können
in ähnlicher
Weise geeignet sein, vom Benutzer hergestellte Richtungscharakteristikmuster
zu speichern, die mittels der oben genannten Formungsauswahleinrichtungen 102 bestimmt
wurden.
-
Ersichtlicherweise
können
die Formungsauswahleinrichtungen 102, oder zumindest die
zur Erzeugung eines Richtungswinkels geeignete Auswahleinrichtung,
dazu vorgesehen sein, die durch die Knöpfe 103 ausgewählten Richtungscharakteristikmuster
zu modifizieren.
-
Typischerweise
sollte die Erzeugung einer Kombination von Teilschallquellenmustern
und der entsprechenden Teilraumant worten zu einer resultierenden
Raumantwort nur intern durchgeführt
werden.