DE69816298T2

DE69816298T2 - A sound reproduction

Info

Publication number: DE69816298T2
Application number: DE69816298T
Authority: DE
Inventors: Peter Michael Ipswich HOLLIER; Chee Kelvin Colchester FOO; Omar-University of Essex Malcolm Colchester HAWKSFORD
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: DE69816298D1; JP2002505057A; WO1998058522A3; EP0990369B1; WO1998058522A2; EP0990369A2; AU7664498A; AU735233B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Tonwiedergabesysteme und insbesondere auf ein verbessertes System zur binauralen Synthese, das ist die Erzeugung von Tonsignalen derart, dass der Druck an den Ohren des Benutzers dem Druck entspricht, der beim Vorhandensein der zu simulierenden Tonquelle bestanden hätte. Derartige Töne haben eine tatsächliche Quelle, die im Allgemeinen ein Lautsprecher oder eine Reihe von Lautsprechern ist, aber erscheinen dem Zuhörer als von einer anderen Quelle, an der Position der simulierten Quelle, kommend. Diese wahrgenommene Tonquelle ist als eine „virtuelle Quelle" bekannt.The invention relates to sound reproduction systems and in particular an improved system for binaural synthesis, that is the generation of sound signals such that the pressure is on the ears of the user corresponds to the pressure that exists in the presence of the sound source to be simulated. Have such tones an actual Source, which is generally a speaker or a series of Speakers, but appear to the listener as from another source, coming at the position of the simulated source. This perceived Sound source is considered a "virtual Source "known.

Das Prinzip der Verwendung einer herkömmlichen Stereo-Lautsprecher-Anordnung zur binauralen Synthese wurde zuerst vorgestellt von Atal B. S., & Shroeder M. R., „Apparent sound source translater", US Patent 3236949, 1966; und wurde später weiter optimiert von Cooper D. H., & Bauk J. L., „Prospects for transaural recording" Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 37, (3–19), 1989, welche den Ausdruck „Transaural Stereo" einführten. Siehe auch Shroeder M. R., „Models of Hearing", Proc. IEEE, Vol. 63 (1332–1350), 1975 und Cooper D. H. & Bauk J. L., „Generalised transaural stereo" 93^rd AES Convention, Preprint 3401, 1992.The principle of using a conventional stereo speaker arrangement for binaural synthesis was first introduced by Atal BS, & Shroeder MR, "Apparent sound source translater", US Patent 3236949, 1966; and was later further optimized by Cooper DH, & Bauk JL , "Prospects for transaural recording" Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 37, (3-19), 1989, which introduced the expression "Transaural Stereo". See also Shroeder MR, "Models of Hearing", Proc. IEEE, Vol. 63 (1332-1350), 1975, Cooper DH & Bauk JL, "Generalized transaural stereo" 93 ^rd AES Convention, Preprint 3401 1992.

Wenn Signale bezüglich der Richtung der Tonquelle an den Ohren exakt rekonstruiert werden können, könnte in Kombination mit einer exakten Rekonstruktion von sekundären Abbildungen, wie Reflexionen, eine zwingende räumliche Tiefe erreicht werden.When signals regarding the direction of the sound source could be exactly reconstructed on the ears in combination with a exact reconstruction of secondary images, such as reflections, an imperative spatial Depth can be achieved.

In einer Situation, in der ein Zuhörer über Lautsprecher hört, müssen, um die korrekten Signale an den Ohren zu synthetisieren und eine Tonquelle an einem anderen physikalischen Punkt als dem der Lautsprecher zu simulieren, die Signale zu den Lautsprechern derart ausgebildet sein, an den Ohren des Zuhörers einen Tondruck zu rekonstruieren, der von dem Druck nicht zu unterscheiden wäre, den die Ohren in einer Frei-Feld-Aufstellung erhalten hätten. Die Ausbreitung von jedem Lautsprecher L1, L2 zu jedem Ohr eines Zuhörers Z wird in 1 dargestellt und kann durch die folgenden Matrixgleichungen charakterisiert werden:

wobei:
X_L das am linken Ohr empfangene Signal ist;
X_R das am rechten Ohr empfangene Signal ist;
Y₁ das von der linken Quelle (Lautsprecher L1) übertragene Signal ist;
Y₂ das von der rechten Quelle (Lautsprecher L2) übertragene Signal ist;
H_1L = Übertragungsfunktion von linker Quelle (Lautsprecher L1) an linkes Ohr;
H_1R = Übertragungsfunktion von linker Quelle (Lautsprecher L1) an rechtes Ohr;
H_2L = Übertragungsfunktion von rechter Quelle (Lautsprecher L2) an linkes Ohr;
H_2R = Übertragungsfunktion von rechter Quelle (Lautsprecher L2) an rechtes Ohr.In a situation where a listener is listening over speakers, in order to synthesize the correct signals on the ears and to simulate a sound source at a physical point other than that of the speakers, the signals to the speakers must be designed on the ears to reconstruct the listener’s sound pressure that would be indistinguishable from the pressure that the ears would have received in a free field setup. The spread of each speaker L1, L2 to each ear of a listener Z is shown in 1 and can be characterized by the following matrix equations:

in which:
X _{L is} the signal received on the left ear;
X _{R is} the signal received on the right ear;
Y _{1 is} the signal transmitted from the left source (speaker L1);
Y _{2 is} the signal transmitted from the right source (speaker L2);
H _1L = transfer function from left source (loudspeaker L1) to left ear;
H _1R = transfer function from left source (loudspeaker L1) to right ear;
H _2L = transfer function from right source (speaker L2) to left ear;
H _2R = transfer function from right source (speaker L2) to right ear.

Ein Auflösen nach Y mit den bekannten Signalen X, welche die Tonquelle an einem willkürlichen Punkt im Raum beschreiben, sollte die entsprechenden an die Lautsprecher zu sendenden Signale ergeben.A dissolution according to Y with the known ones Signals X, which describe the sound source at an arbitrary point in space, should be the appropriate signals to send to the speakers result.

Diese Gleichung zeigt klar, dass das Signal X durch eine Übersprech-Kompensierungsstufe gefiltert werden muss, die von der umgekehrten Matrix (im Folgenden als die Übersprech-Kompensierungsmatrix bezeichnet) gebildet wird, wie in der folgenden Gleichung dargestellt wird:

This equation clearly shows that the signal X must be filtered by a crosstalk compensation stage formed by the inverse matrix (hereinafter referred to as the crosstalk compensation matrix), as shown in the following equation:

In der Theorie könnte ein derartiges Ableitungsverfahren für eine Übersprech-Kompensierungslösung auf jede Anordnung eines Lautsprecherpaars angewendet werden, ob symmetrisch oder nicht- symmetrisch.In theory, such a derivation process could for a crosstalk compensation solution any arrangement of a pair of speakers can be applied whether symmetrical or not symmetrical.

Bei einer herkömmlichen Übersprech-Kompensierungkonfiguration für ein Paar Stereo-Lautsprecher und alle bisher beschriebenen Transaural-Systeme werden alle synthetisierten Tonabbildungen durch ein Übersprech-Kompensierungsverfahren gefiltert. Jedoch kann ein Stereo-Paar keine exakte Rekonstruktion von Signalen für alle Richtungen liefern. Ein vor einem Zuhörer angeordnetes typisches Stereo-Paar liefert eine exakte Simulation nur innerhalb von ungefähr ±100° der Richtung, in die der Zuhörer blickt. Wenn mehr als zwei Lautsprecher vorhanden sind, bricht darüber hinaus die Übersprech-Kompensierungstechnik zusammen, und das System wird zu einem unbestimmten System (mehr Unbekannte als Gleichungen). Cooper und Bauck dehnten ihre allgemeine Transaural-Theorie auf mehr als zwei diskrete Informationskanäle aus, was die Übersprech-Kompensierung auf jede Anzahl von Lautsprechern für jede Anzahl von Zuhörern ausweitete. Jedoch wurden nur ungefähre Lösungen bei einem Versuch erhalten, ein unbestimmtes System für einen Zuhörer zu lösen.In a conventional crosstalk compensation configuration for a pair of stereo speakers and all of the transaural systems described so far, all of the synthesized sound images are filtered by a crosstalk compensation method. However, a stereo pair cannot provide an exact reconstruction of signals for all directions. A typical stereo pair placed in front of a listener provides an exact simulation only within approximately ± 100 ° of the direction in which the listener is looking. In addition, if there are more than two speakers, the crosstalk compensation technique breaks down and the system becomes an indefinite system (more unknowns than equations). Cooper and Bauck extended their general transaural theory to more than two discrete channels of information, which extended crosstalk compensation to any number of speakers for any number of listeners. ever however, only approximate solutions have been obtained in an attempt to solve an undetermined system for a listener.

Gemäß der Erfindung ist ein Tonwiedergabesystem mit einer Vielzahl von Lautsprechern und einem Prozessor vorgesehen, der zu ermitteln fähig ist, wo innerhalb eines abgegrenzten Raumes eine oder mehrere virtuelle Tonquellen positioniert sind, gekennzeichnet durch Mittel zum Auswählen einer Teilmenge der Lautsprecher für jede virtuelle Tonquelle, wobei die Teilmenge aus der Vielzahl der Lautsprecher auf Grundlage der Position der virtuellen Tonquelle in dem abgegrenzten Raum ausgewählt wird, und durch Mittel zum Anwenden eines Übersprech-Kompensierungsverfahrens auf die ausgewählte Teilmenge der Lautsprecher.According to the invention is a sound reproduction system provided with a variety of speakers and a processor, who is able to determine is where within a delimited space one or more virtual ones Sound sources are positioned, characterized by means for selecting one Subset of speakers for each virtual sound source, the subset of the plurality of Speakers based on the position of the virtual sound source selected in the delimited room and by means of applying a crosstalk compensation method on the selected one Subset of speakers.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen ein Verfahren zum Wiedergeben von Ton über eine Vielzahl von Lautsprechern mit dem Schritt zum Ermitteln, wo innerhalb eines abgegrenzten Raumes eine oder mehrere virtuelle Tonquellen positioniert sind, und gekennzeichnet durch ein Anwenden eines Übersprech-Kompensierungsverfahrens für jede virtuelle Tonquelle auf eine Teilmenge der Lautsprecher, wobei die Teilmenge aus der Vielzahl der Lautsprecher auf Grundlage der Position der virtuellen Tonquelle in dem abgegrenzten Raum ausgewählt wird.According to another aspect of The invention provides a method for reproducing sound via a Variety of speakers with the step of determining where within of a delimited room one or more virtual sound sources and characterized by applying a crosstalk cancellation method for every virtual sound source on a subset of the speakers, the subset from the variety of speakers based on the position of the virtual sound source is selected in the delimited room.

Die Vielzahl der Lautsprecher, von der die Teilmenge ausgewählt wird, erlaubt eine exakte Simulation über einen größeren Bereich von Positionen der virtuellen Quelle als ein einzelnes Lautsprecherpaar erreichen könnte. Jedoch kann durch die Auswahl einer Teilmenge (vorzugsweise eines Paars) aus dieser größeren Menge von Lautsprechern die Übersprechverarbeitung sehr vereinfacht werden. Das hier vorgestellte paarweise Konzept umfasst eine endliche Anzahl von unabhängigen Übersprech-Kompensierungsverfahren, wobei jedes mit einem Lautsprecherpaar eine Anordnung mit mehreren Lautsprechern identifiziert. Die Ableitung des Übersprech-Kompensierungsmatrixverfahrens für jedes Paar ist identisch zu dem für ein herkömmliches Paar. Die Anzahl der unabhängigen Übersprech-Kompensierungsmatrixmodule, die in eine derartige Anordnung implementiert werden können, wird bestimmt von den Positionen der Lautsprecher in der Anordnung mit mehreren Lautsprechern, dem räumlichen Abdeckungsbereich und der Genauigkeit, die von einem optimierten Lautsprecherpaar in dieser Anordnung erreicht werden können.The variety of speakers, from who selected the subset allows an exact simulation over a larger area of virtual source positions as a single pair of speakers could achieve. However, by selecting a subset (preferably one Pairs) from this larger amount of speakers the crosstalk processing be very simplified. The concept presented here in pairs includes a finite number of independent cross-talk compensation methods, each with a pair of speakers an arrangement with several Speakers identified. The derivation of the crosstalk compensation matrix method for each Pair is identical to that for a conventional one Pair. The number of independent crosstalk compensation matrix modules, that can be implemented in such an arrangement determined by the positions of the speakers in the arrangement with several speakers, the spatial Coverage area and accuracy by an optimized Loudspeaker pair can be achieved in this arrangement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:Embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings in which:

1 eine herkömmliche Stereo-Paar-Konfiguration mit den jeweiligen Übertragungsfunktionen von den Quellen zu den Ohren, wie bereits beschrieben, zeigt; 1 shows a conventional stereo pair configuration with the respective transfer functions from the sources to the ears as already described;

2 vier physikalische Punktquellen mit einer maximal möglichen Anzahl von Übersprech-Kompensierungsverfahren darstellt; 2 represents four physical point sources with a maximum possible number of crosstalk compensation methods;

3 eine laterale Menge von vier Lautsprechern darstellt und den Abdeckungsbereich der Lautsprecher auf der Lateralebene (die horizontale Ebene mit den Ohren) zeigt; 3 represents a lateral set of four speakers and shows the coverage area of the speakers on the lateral plane (the horizontal plane with the ears);

4 die Anwendung von binaural synthetisierten Signalen auf entsprechende Übersprech-Kompensierungsverfahren der Konfiguration von 3 zeigt; 4 the application of binaurally synthesized signals to corresponding crosstalk compensation methods for the configuration of 3 shows;

5 eine Konfiguration mit drei Lautsprechern zeigt; 5 shows a three speaker configuration;

6 eine Konfiguration mit fünf Lautsprechern zeigt; 6 shows a configuration with five speakers;

7 eine Anwendung von statischen virtuellen Punktquellen zeigt, um Beschränkungen in vorhandenem Raum zu überwinden; 7 shows an application of static virtual point sources to overcome constraints in existing space;

8 eine weitere Konfiguration mit vier Lautsprechern zeigt; 8th shows another configuration with four speakers;

9 schematisch eine paarweise Übersprech-Kompensierungs-Implementierungsschaltung zeigt, um fünf monophone virtuelle Quellen unter Verwendung der Konfiguration mit vier Lautsprechern von 8 zu lokalisieren. 9 schematically shows a paired crosstalk compensation implementation circuit to five monophonic virtual sources using the four speaker configuration from 8th to localize.

2 zeigt eine Lautsprecher-Anordnung mit vier Lautsprechern L1, L2, L3, L4. Es ist im Allgemeinen nicht notwendig, alle möglichen paarweisen Verfahren zu implementieren, da in den meisten Konfigurationen nur nebeneinander stehende Lautsprecherpaare verwendet werden, aber für einige virtuelle Quellen können nicht nebeneinander stehende Paare gewählt werden (wie bei der Erläuterung von 6 zu sehen sein wird), so dass die maximale Anzahl von Übersprech- Kompensierungsverfahren zwischen Paaren von Lautsprechern in einer Anordnung von vier Lautsprechern nicht vier, sonder sechs ist, oder allgemeiner, für eine Anordnung von n Lautsprechern ist sie n(n – 1)/2. 2 shows a speaker arrangement with four speakers L1, L2, L3, L4. It is generally not necessary to implement all possible pairwise methods, since in most configurations only speaker pairs standing next to each other are used, but for some virtual sources it is not possible to choose pairs standing next to each other (as in the explanation of 6 ), so the maximum number of crosstalk compensation methods between pairs of speakers in an arrangement of four speakers is not four but six, or more generally, for an arrangement of n speakers it is n (n-1) / second

Die Auswahl eines geeigneten Übersprech-Kompensierungsverfahrens wird geregelt von der Richtung der synthetisierten Tonquelle oder -quellen, das heißt, wenn synthetisierte Tonabbildungen von Richtungen ausstrahlen sollen, die von einem Lautsprecherpaar abgedeckt werden, werden die verarbeiteten gerichteten Signale nur auf dieses Lautsprecherpaar und sein entsprechendes Übersprech-Kompensierungsverfahren angewendet. Wenn zwei oder mehrere Tonquellen mit verschiedenen Richtungen synthetisiert und über eine Anordnung von mehreren Lautsprechern zurückgespielt werden müssen, können entsprechende, sich auf jeweilige Lautsprecherpaare beziehende, Übersprech-Kompensierungsverfahrensmodule implementiert werden, um jedes Paar von gerichteten Signalen zu den Ohren unter Beachtung zu übertragen, dass das Verfahren immer paarweise ausgeführt wird.The selection of a suitable crosstalk compensation method is regulated by the direction of the synthesized sound source or -sources, that is, if synthesized sound images are to emit directions, that are covered by a pair of speakers are processed directed signals only to this pair of speakers and its corresponding crosstalk compensation method applied. If two or more sound sources with different Synthesized and about one directions Arrangement of several speakers must be played back, corresponding, crosstalk compensation method modules related to respective pairs of speakers be implemented to each pair of directional signals too to transmit to the ears with attention, that the procedure is always carried out in pairs.

Um das paarweise Konzept und die obige Erklärung zu veranschaulichen, betrachte man die in 3 gezeigte laterale Anordnung. Die Anordnung besteht aus einem vorderen Lautsprecherpaar L1, L2 unter ±30° und einem rückwärtigen Lautsprecherpaar L3, L4 unter ±120° (Einfallswinkel werden bezüglich der Richtung der Vorderseite des Zuhörers Z gemessen). Es werden sieben virtuelle Abbildungen V1 bis V7 gezeigt, die von verschiedenen Richtungen ausstrahlen. Um jedes binaural synthetisierte Tonsignal (welches Richtungsinformation trägt) korrekt an das Ohr des Zuhörers zu übertragen, wird jedes Signalpaar auf Übersprech-Kompensierungsverfahrensmodule von entsprechenden Lautsprecherpaaren angewendet, welche die Position der Tonabbildungen abdecken. Es werden vier Abdeckungsbereiche gezeigt, wobei die Lautsprecher L1, L2 den vorderen Sektor 31 (±60°), L1, L3 und L2, L4 entsprechend die linken und rechten Sektoren 32, 33 und L3, L4 die rückwärtige Abdeckung (Sektor 34) umfassen. Das Blockdiagramm in 4 zeigt das strategische Umschalten von einer Anzahl von verarbeiteten Signalen mit linken und rechten Komponenten (X_L, X_R), wie an den Ohren gehört wird, zu entsprechenden Modulen 41, 42, 43, 44, wobei jedes mit dem Lautsprecherpaar übereinstimmt, das den lateralen Richtungen dieser Signale entspricht.To illustrate the paired concept and explanation above, consider the in 3 shown lateral arrangement. The arrangement consists of a front pair of speakers L1, L2 at ± 30 ° and a rear pair of speakers L3, L4 at ± 120 ° (angles of incidence are measured with respect to the direction of the front of the listener Z). Seven virtual images V1 to V7 are shown, which radiate from different directions. In order to correctly transmit each binaurally synthesized sound signal (which carries directional information) to the listener's ear, each signal pair is applied to crosstalk compensation method modules from corresponding pairs of loudspeakers which cover the position of the sound images. Four coverage areas are shown, with speakers L1, L2 the front sector 31 (± 60 °), L1, L3 and L2, L4 respectively the left and right sectors 32 . 33 and L3, L4 the rear cover (sector 34 ) include. The block diagram in 4 shows the strategic switching from a number of processed signals with left and right components (X _L , X _R ), as heard on the ears, to corresponding modules 41 . 42 . 43 . 44 , each matching the pair of speakers corresponding to the lateral directions of these signals.

Ein Übertragen von beweglichen virtuellen Tonquellen unter Verwendung des paarweisen Konzepts kann dadurch erreicht werden, dass die synthetisierten Signale fehlerfrei an das entsprechende paarweise Übersprech-Kompensierungsverfahren geschaltet oder geleitet werden. Unter Verwendung des in 3 gezeigten Beispiels kann eine Tonquelle dazu gebracht werden, sich von dem linken Sektor (32) in den vorderen Sektor (31) zu bewegen, indem das synthetisierte Signal zuerst auf den Übersprech-Kompensierungsprozessor 42 für den linken Sektor 32 angewendet wird, um sowohl seine ursprüngliche Position als auch die Bewegungspunkte innerhalb des linken Sektors abhängig von der Schrittgröße des Winkels zwischen den synthetisierten Quellen anzugeben. Wenn die Abbildung in den nächsten Sektor wechselt, werden die synthetisierten Signale zu dem Übersprech-Kompensierungsprozessor 41 für den vorderen Sektor 31 umgeschaltet, um weiterhin die bewegliche Quelle zu projizieren.A transmission of moving virtual sound sources using the pairwise concept can be achieved in that the synthesized signals are switched or directed to the corresponding pairwise crosstalk compensation method without errors. Using the in 3 Example shown, a sound source can be made to move away from the left sector ( 32 ) in the front sector ( 31 ) to move the synthesized signal first to the crosstalk compensation processor 42 for the left sector 32 is used to indicate both its original position and the movement points within the left sector depending on the step size of the angle between the synthesized sources. When the mapping changes to the next sector, the synthesized signals become the crosstalk cancellation processor 41 for the front sector 31 switched to continue projecting the movable source.

Es kann erscheinen, als wolle das Beispiel behaupten, dass das paarweise Konzept die Übersprech-Kompensierung auf den Winkel zwischen dem Lautsprecherpaar beschränkt. Der Winkel der Abdeckung, sei er lateral oder kugelförmig, hängt jedoch nur davon ab, wie gut ein Lautsprecherpaar innerhalb seiner Leistungsfähigkeit (in der Bedeutung von Lokalisierungsgenauigkeit) räumlich wirksam ist. Die folgenden Beispiele wurden aus Experimenten genommen, die zeigen, dass verschiedene paarweise Konfigurationen zu signifikant unterschiedlichen Lokalisierungsfähigkeiten führten, und Vorteile einer unkonventionellen Lautsprecheranordnung gegenüber der herkömmlichen Anordnungspraxis aufzeigen.It may appear that it wants to Example claim that the paired concept is the crosstalk compensation limited to the angle between the pair of speakers. The The angle of the cover, be it lateral or spherical, depends only on how well a pair of speakers within its capabilities (in the meaning of localization accuracy) spatially effective is. The following examples were taken from experiments that show that different paired configurations are too significant different localization skills, and advantages of an unconventional Loudspeaker arrangement opposite the conventional Show arrangement practice.

Eine ungewöhnliche Anordnung, die bei der ersten Betrachtung als undurchführbar erscheinen mag, wird in 5 gezeigt. Sie weist nur drei Lautsprecher L1, L2, L3 (links, vorne mittig und rechts) auf, die unter 0° (vorne mittig) und ±90° (rechts und links) angeordnet sind. Sie zeigt eine gute Abbildungsfähigkeit innerhalb der optimierten Abdeckungsbereiche der entsprechenden Lautsprecher, wie in 5 gezeigt wird. Die linken und rechten vorderen Quadranten 51, 52, die von dem links/ Mitte-Paar L1/L2 und dem rechts/Mitte-Paar L2/L3 abgedeckt werden, liefern auch bei einer deutlichen Drehung des Kopfes, um der virtuell positionierten Quelle gegenüber zu sein, gute statische vordere Quellen. Das unübliche links/rechts-Paar L1/L3 entlang der Achse des Ohrs liefert bemerkenswerte rückwärtig einfallende synthetisierte Abbildungen, die den Bereich von +90° bis –90° abdecken, auch beim Anklingen der synthetisierten Tonprobe. Das Lautsprecherpaar L1/L3 in der linkes-Ohr-rechtes-Ohr-Achse liefert nicht nur eine Abdeckung entlang der rückwärtigen Hälfte der Lateralebene (Sektor 53), sondern schließt auch die rückwärtige Halbku gel ein, das heißt, Punktquellen oberhalb oder unterhalb der Lateralebene.An unusual arrangement that may seem impracticable at first glance is in 5 shown. It has only three loudspeakers L1, L2, L3 (left, front center and right), which are arranged at 0 ° (front center) and ± 90 ° (right and left). It shows a good imaging capability within the optimized coverage areas of the corresponding loudspeakers, as in 5 will be shown. The left and right front quadrants 51 . 52 covered by the left / center pair L1 / L2 and the right / center pair L2 / L3 provide good static front sources even when the head is turned significantly to face the virtually positioned source. The unusual left / right pair L1 / L3 along the axis of the ear provides remarkable backward-incident synthesized images that cover the range from + 90 ° to -90 °, even when the synthesized tone sample resounds. The pair of loudspeakers L1 / L3 in the left-ear-right-ear axis not only provides coverage along the rear half of the lateral plane (sector 53 ), but also includes the back hemisphere, that is, point sources above or below the lateral plane.

Ein weiteres Beispiel wird in 6 erläutert. Es zeigt, dass die von paarweisen Lautsprechern gelieferte Abdeckung begrenzt ist, aber durch ein Kombinieren mit mehreren anderen Lautsprecherpaaren der Anordnung werden die Lücken gefüllt und eine gewünschte Räumlichkeit wird erfüllt. Es werden fünf Lautsprecher verwendet, die unter 0° (mittig vorne: L2), ±60° (rechts vorne: L3 und links vorne: L1) und ± 120° (rechts hinten: L4 und links hinten: L5) angeordnet sind. Das vordere ±60° Stereopaar L1/L3 liefert schlechte Frontalabbildungen in dem ±10° abdeckenden Bereich (Sektoren 62/63). Durch Hinzufügen der mittig vorderen Einheit L2 und Implementierung von Übersprech-Kompensierung auf die Paare links vorne/mittig vorne (L1/L2) und rechts vorne/ mittig vorne (L3/L2) wird eine ausreichende Abdeckung für Tonabbildungen in diesen Sektoren geliefert. Es kann gesehen werden, dass es eine Möglichkeit gibt, die Abdeckung zwischen dem mittigen Lautsprecher L2 und jedem der jeweiligen vorderen Lautsprecher L1, L3 auszudehnen. Das paarweise Konzept verwendet eine Strategie der Anwendung des besten verfügbaren Paares, um eine gute Positionierung zu erreichen, und in diesem Fall haben subjektive Versuche gezeigt, dass Tonabbildungen, die unter Winkeln zwischen –10° und –60° (Sektor 61) und zwischen +10° und +60° (Sektor 64) projiziert werden, besser unter Verwen- dung des nicht nebeneinander stehenden Paares links vorne/rechts vorne (L1/L3) lokalisiert werden als die Tonabbildung, die entweder von dem Paar links vorne/ vorne mittig (L1/L2) oder dem Paar vorne mittig/rechts vorne (L2/L3) verarbeitet wird.Another example is in 6 explained. It shows that the coverage provided by paired speakers is limited, but by combining with several other speaker pairs of the arrangement, the gaps are filled and a desired space is achieved. Five loudspeakers are used, which are arranged at 0 ° (center front: L2), ± 60 ° (right front: L3 and left front: L1) and ± 120 ° (right rear: L4 and left rear: L5). The front ± 60 ° stereo pair L1 / L3 provides poor frontal images in the ± 10 ° covering area (sectors 62 / 63 ). By adding the center front unit L2 and implementing crosstalk compensation on the pairs left front / center front (L1 / L2) and right front / center front (L3 / L2), sufficient coverage for sound images in these sectors is provided. It can be seen that there is a way to extend the coverage between the center speaker L2 and each of the respective front speakers L1, L3. The pairwise concept uses a strategy of using the best pair available to achieve good positioning, and in this case subjective attempts have shown that sound images that are at angles between -10 ° and -60 ° (sector 61 ) and between + 10 ° and + 60 ° (sector 64 ) can be projected better using the non-adjacent pair at the front left / front right (L1 / L3) than the sound image either from the pair at the front left / front center (L1 / L2) or the pair at the front center / right front (L2 / L3) is processed.

Das paarweise Konzept ist nicht auf diese wenigen Konfigurationen und Positionen von Lautsprechern beschränkt. Die Erfindung liefert einen neuen, aber schon direkten Ansatz, eine dreidimensionale Tonfeld-Räumlichkeit für mehrere Lautsprecheranwendungen zu lösen. Die Anordnung der Lautsprecher kann derart gestaltet sein, dass sie andere Beschränkungen berücksichtigt, wie beispielsweise Kosten (insbesondere die Anzahl der zu verwendenden Lautsprecher) und der Verfügbarkeit von Örtlichkeiten, um die Lautsprecher aufzustellen. Auf diese Weise wird, allgemein gesagt, die beste Positionierungswirkung einer Tonquelle erreicht, indem ein Übersprech-Kompensierungsverfahren auf das in der Anordnung am besten geeignete Lautsprecherpaar angewendet wird. Dies beschränkt sich nicht nur auf den direkten Pfad der Tonquellen. Jede individuelle Reflektion einer Tonquelle kann als weitere virtuelle Quelle mit einer geeigneten Verzögerung hinsichtlich der primären Quelle behandelt werden, um einen reflektierten Ton zu simulieren. Eine Anwendung des entsprechenden Übersprech-Kompensierungsverfahrens auf jede Reflektion könnte ihre Positionen im Raum genau aufzeigen, was für eine tiefe räumliche Umgebung wesentlich ist.The paired concept is not limited to these few speaker configurations and positions. The invention provides a new, but already direct, approach to solving a three-dimensional sound field space for multiple speaker applications. The arrangement of the speakers can be designed to take other constraints into account, such as costs (particularly the number of speakers to be used) and the availability of locations to place the speakers. In this way, generally speaking, the best positioning effect of a sound source is achieved by applying a crosstalk compensation method to the pair of speakers most suitable in the arrangement. This is not just limited to the direct path of the sound sources. Each individual reflection of a sound source can be treated as another virtual source with a suitable delay with respect to the primary source in order to simulate a reflected sound. Applying the appropriate crosstalk compensation method to each reflection could pinpoint their positions in space, which is essential for a deep spatial environment.

Die Einführung von ungewöhnlichen Lautsprecherpositionen zeigt eine außergewöhnliche rückwärtige Lokalisierung von Tonabbildungen und lieferte zusammen mit einer weiteren paarweisen Konfiguration, welche gute vordere Merkmale aufweist, einen großen Unterschied zwischen vorderen und rückwärtigen virtuellen Abbildungen, wodurch vordere-rückwärtige und rückwärtige-vordere Unbestimmtheiten beseitigt wurden.The introduction of unusual Speaker positions shows an exceptional rear localization of sound images and delivered along with another pairwise configuration, which has good front features, a big difference between front ones and rear virtual Illustrations, creating front-back and rear-front Uncertainties have been eliminated.

Die Fähigkeit, statische virtuelle Punktquellen genau zu projizieren, liefert einen großen Beitrag im Bereich der Telekonferenzen und voll umfassende Anwendungen im Bereich des persönlichen Arbeitsplatzrechners. Weitere Anwendungen betreffen eine heimische Kinoanlage, in der die für ein Kino vorgesehenen Lautsprecherpositionen simuliert werden müssen. Die häusliche Umgebung ist sowohl in der Anzahl der zur Verfügung stehenden Lautsprecher als auch den Positionen, sie zu platzieren, beschränkt. Virtuelle Lautsprecher in einer derartigen Anlage könnten an ihren jeweiligen Positionen ermöglicht werden, wie in 7 gezeigt. In dem gezeigten Beispiel werden fünf virtuelle Einheiten 71, 72, 73, 74, 75 von nur drei realen Einheiten L1, L2, L3 simuliert, die, wie bereits unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, konfiguriert werden. Zwei der virtuellen Einheiten 74, 75 sind außerhalb des Zimmers R, in dem sich die Lautsprecher L1, L2, L3 und der Zuhörer Z befinden. Dies könnte die Beschränkung von physikalischen Punktquellen und verfügbarem Zuhörraum in einem Zimmer überwinden. Es können Richtlautsprecher verwendet werden, um die Lautstärke von hörbarem Ton an Standorten entfernt vom Zuhörer Z zu verringern, insbesondere an den Positionen der virtuellen rückwärtigen Raumklangeinheiten 74, 75 außerhalb des Zimmers.The ability to accurately project static virtual point sources makes a major contribution in the area of teleconferencing and fully comprehensive applications in the area of personal workstations. Other applications relate to a home cinema system in which the loudspeaker positions intended for a cinema have to be simulated. The home environment is limited both in the number of speakers available and in the positions to place them. Virtual speakers in such a system could be enabled in their respective positions, as in 7 shown. In the example shown, five virtual units 71 . 72 . 73 . 74 . 75 simulated by only three real units L1, L2, L3 which, as already referring to 5 described, configured. Two of the virtual units 74 . 75 are outside the room R, in which the speakers L1, L2, L3 and the listener Z are located. This could overcome the limitation of physical point sources and available listening space in a room. Directional speakers can be used to reduce the volume of audible sound at locations away from the listener Z, particularly at the positions of the virtual rear surround units 74 . 75 outside the room.

Ein vereinfachtes Beispiel einer Implementierung des Systems wird nun auf Grundlage einer Anordnung mit vier Lautsprechern mit nur zwei Sektoren, wie in 8 gezeigt, beschrieben. 9 zeigt die Anordnung mit paarweiser Übersprech-Kompensierung, die angewendet wird auf ein unter ±60° angebrachtes vorderes Paar L1, L2 und ein unter ±90° angebrachtes seitliches Paar L3, L4, dass heißt, sie basiert auf der Annahme, dass das vordere Paar L1, L2 die beste Re konstruktion von räumlichen Abbildungen in dem vorderen Sektor (Sektor 81) und das seitliche Paar L3, L4 die beste Rekonstruktion von räumlichen Abbildungen in dem rückwärtigen Sektor (Sektor 82) liefert.A simplified example of an implementation of the system is now based on a four speaker arrangement with only two sectors, as in FIG 8th shown, described. 9 shows the paired crosstalk compensation arrangement applied to a ± 60 ° front pair L1, L2 and a ± 90 ° side pair L3, L4, that is, it is based on the assumption that the front pair L1, L2 the best reconstruction of spatial maps in the front sector (sector 81 ) and the side pair L3, L4 the best reconstruction of spatial images in the rear sector (sector 82 ) delivers.

Das Beispiel zeigt fünf räumlich anzuordnende virtuelle Quellen X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, jedoch beschränkt die Implementierung des paarweisen Konzepts nicht die Anzahl der Eingangsquellen.The example shows five virtual sources X ₀ , X ₁ , X ₂ , X ₃ , X ₄ to be spatially arranged, but the implementation of the pair-wise concept does not limit the number of input sources.

Die Eingangsquellen X₀–X₄ werden jeweils zuerst einer analog/digital-Umwandlung in einer Bank 91 aus Konvertern A/D unterzogen. Die Eingangsquellen werden dann in einer Prozessoren-Bank 92 mit den entsprechenden Hörantwort-Übertragungsfunktionen (HRTFs) H_X0L, H_X0R, H_X1L, H_X1R, H_X2L, H_X2R, H_X3L, H_X3R, H_X4L, H_X4R behandelt; wobei H_X0 _L die HRTF von Quelle X₀ an das linke Ohr ist, H_X0R die HRTF von Quelle X₀ an das rechte Ohr ist, usw. Die linken Ausgaben der drei vorderen Quellen X₀ _L, X₁ _L, X_2L werden dann in einem Kombinator 93 kombiniert. Ähnliches geschieht für die rechten Ausgaben X_0R, X₁ _R, X_2R (Kombinator 93a) und die beiden Ausgaben werden in einem Prozessor 94 von der Übersprech-Kompensierungsmatrix des vorderen Paares für die Rekonstruktion von virtuellen Abbildungen in dem vorderen Sektor 81 gefiltert. Die verbleibenden zwei Eingangsquellen X₃, X₄, werden ähnlich von der Übersprech-Kompensierungsmatrix des seitlichen Paares (Prozessor 94a) gefiltert für die Rekonstruktion von virtuellen Abbildungen in dem rückwärtigen Sektor 82. Die Ausgaben von den Kompensierungsstufen 94, 94a werden dann einer analog/digital-Umwandlung (D/A) (Konverter 96) zur Ausgabe an die entsprechenden Lautsprecher L1, L2; L3, L4 unterzogen.The input sources X ₀ -X ₄ are each first an analog / digital conversion in a bank 91 subjected to converters A / D. The input sources are then in a processor bank 92 treated with the corresponding hearing response transmission functions (HRTFs) H _X0L , H _X0R , H _X1L , H _X1R , H _X2L , H _X2R , H _X3L , H _X3R , H _X4L , H _X4R ; where H _X0 _{L is} the HRTF from source X ₀ to the left ear, H _{X0R is} the HRTF from source X ₀ to the right ear, etc. The left outputs of the three front sources X ₀ _L , X ₁ _L , X _2L become then in a combiner 93 combined. The same happens for the right outputs X _0R , X ₁ _R , X _2R (combinator 93a ) and the two editions are in one processor 94 from the front pair crosstalk compensation matrix for reconstruction of virtual images in the front sector 81 filtered. The remaining two input sources X ₃ , X ₄ , are similar from the crosstalk compensation matrix of the side pair (processor 94a ) filtered for reconstruction of virtual images in the back sector 82 , The expenditure from the compensation levels 94 . 94a are then an analog / digital conversion (D / A) (converter 96 ) for output to the corresponding loudspeakers L1, L2; L3, L4 subjected.

In den paarweisen Übersprech-Kompensierungsverfahren werden die folgenden Berechnungen durchgeführt: für Lautsprecher L1: Y1 = (H'2R) X_L+ (H'2L)X_R, wobei:

für Lautsprecher L2: Y2 = (H'1R)X_L + (H'1L)X_R, wobei:

wobei:
H1L = HRTF von Lautsprecher L1 an das linke Ohr
H1R = HRTF von Lautsprecher L1 an das rechte Ohr
H2L = HRTF von Lautsprecher L2 an das linke Ohr
H2R = HRTF von Lautsprecher L2 an das rechte Ohr
für Lautsprecher L3: Y3 = (H'4R)X_L + (H'4L)X_R, wobei:

für Lautsprecher L4: Y4 = (H'3L)X_R + (H'3R)X_L, wobei:

wobei: H3L = HRTF von Lautsprecher L3 an das linke Ohr
H3R = HRTF von Lautsprecher L3 an das rechte Ohr
H4L = HRTF von Lautsprecher L4 an das linke Ohr
H4R = HRTF von Lautsprecher L4 an das rechte OhrThe following calculations are carried out in the pairwise crosstalk compensation methods: for loudspeakers L1: Y1 = (H'2R) X _L + (H'2L) X _R , where:

for speakers L2: Y2 = (H'1R) X _L + (H'1L) X _R , where:

in which:
H1L = HRTF from speaker L1 to the left ear
H1R = HRTF from speaker L1 to the right ear
H2L = HRTF from speaker L2 to the left ear
H2R = HRTF from speaker L2 to the right ear
for speakers L3: Y3 = (H'4R) X _L + (H'4L) X _R , where:

for speaker L4: Y4 = (H'3L) X _R + (H'3R) X _L , where:

where: H3L = HRTF from speaker L3 to the left ear
H3R = HRTF from speaker L3 to the right ear
H4L = HRTF from speaker L4 to the left ear
H4R = HRTF from speaker L4 to the right ear

Claims

Tonwiedergabesystem mit einer Vielzahl von Lautsprechern (L1, L2, L3, L4) und einem Prozessor, der fähig ist, zu ermitteln, wo innerhalb eines abgegrenzten Raumes eine oder mehrere virtuelle Tonquellen (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7) positioniert sind, gekennzeichnet durch Mittel (91) zum Auswählen einer Teilmenge der Lautsprecher für jede virtuelle Tonquelle, wobei die Teilmenge aus der Vielzahl der Lautsprecher auf Grundlage der Position der virtuellen Tonquelle in dem abgegrenzten Raum ausgewählt wird, und Mittel (94) zum Anwenden eines Übersprech-Kompensierungsverfahrens auf die ausgewählte Teilmenge der Lautsprecher.Sound reproduction system with a large number of loudspeakers (L1, L2, L3, L4) and a processor which is able to determine where one or more virtual sound sources (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7 ) are positioned, characterized by means ( 91 ) for selecting a subset of the loudspeakers for each virtual sound source, the subset being selected from the plurality of loudspeakers based on the position of the virtual sound source in the delimited space, and means ( 94 ) to apply a crosstalk cancellation method to the selected subset of speakers.

Tonwiedergabesystem gemäß Anspruch 1, welches Mittel aufweist zum Wiedergeben zumindest einer primären virtuellen Tonquelle und einer sekundären virtuellen Tonquelle, und zum Verzögern des sekundären virtuellen Tonquellensignals bezüglich der primären Quelle, um eine Reflexion der primären Quelle zu simulieren.A sound reproduction system according to claim 1, which means has for playing at least one primary virtual sound source and a secondary virtual sound source, and to delay the secondary virtual Sound source signal regarding the primary Source to simulate a reflection of the primary source.

Tonwiedergabesystem gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Teilmenge der Lautsprecher Paare (L1, L2; L3, L4) von Lautsprechern sind.A sound reproduction system according to claim 1 or claim 2, the subset of the speaker pairs (L1, L2; L3, L4) of Speakers.

Tonwiedergabesystem gemäß Anspruch 3, wobei vier Lautsprecher (L1, L2, L3, L4) unter im wesentlichen 30° und 120° links und rechts einer vorbestimmten Mittellinie angeordnet sind, und wobei vier Sektoren (31, 32, 33, 34) abgegrenzt und von Teilungen unter im wesentlichen 60° und 120° links und rechts der Mittellinie begrenzt sind, und wobei für virtuelle Quellen in dem Sektor (31), der von den Teilungen unter 60° links und rechts der Mittellinie begrenzt ist, die Lautsprecher (L1, L2) unter 30° von der Mittellinie ausgewählt sind, für Positionen (34) größer als 120° links und rechts der Mittellinie die Lautsprecher (L3, L4) unter 120° links und rechts der Mittellinie ausgewählt sind, und für Zwischenwinkel (32, 33) links der Mittellinie die zwei linksseitigen Lautsprecher (L1, L3) ausgewählt sind, und für Zwischenwinkel rechts der Mittellinie die zwei rechtsseitigen Lautsprecher (L2, L4) ausgewählt sind.A sound reproduction system according to claim 3, wherein four speakers (L1, L2, L3, L4) are arranged at substantially 30 ° and 120 ° left and right of a predetermined center line, and wherein four sectors ( 31 . 32 . 33 . 34 ) delimited and delimited by divisions at substantially 60 ° and 120 ° to the left and right of the center line, and for virtual sources in the sector ( 31 ), which is limited by the divisions at 60 ° left and right of the center line, the speakers (L1, L2) are selected at 30 ° from the center line, for positions ( 34 ) greater than 120 ° left and right of the center line the speakers (L3, L4) are selected below 120 ° left and right of the center line, and for intermediate angles ( 32 . 33 ) to the left of the center line, the two left-hand speakers (L1, L3) are selected, and for intermediate angles, to the right of the center line, the two right-hand speakers (L2, L4) are selected.

Tonwiedergabesystem gemäß Anspruch 3, wobei fünf Lautsprecher (L1, L2, L3, L4, L5) unter im wesentlichen 0°, 60° und 120° links und rechts einer vorbestimmten Mittellinie angeordnet sind, und wobei fünf Sektoren (61, 62, 63, 64, 65) abgegrenzt und von Teilungen unter im wesentlichen 0°, 10° und 120° links und rechts der Mittellinie begrenzt sind, und wobei für virtuelle Quellen in dem Sektor (62), der von den Teilungen unter 0° und 10° links der Mittellinie begrenzt ist, die Lautsprecher (L1, L2) unter 0° und 60° links von der Mittellinie ausgewählt sind, für virtuelle Quellen in dem Sektor (63), der von den Teilungen unter 0° und 10° rechts der Mittellinie begrenzt ist, die Lautsprecher (L1, L3) unter 0° und 60° rechts von der Mittellinie ausgewählt sind, für Positionen (65) größer als 120° links und rechts der Mittellinie die Lautsprecher (L4, L5) unter 120° links und rechts der Mittellinie ausgewählt sind, und für Zwischenwinkel (61, 64) zwi schen 10° und 120° links oder rechts der Mittellinie die zwei Lautsprecher (L1, L3) unter 60° links und rechts der Mittellinie ausgewählt sind.A sound reproduction system according to claim 3, wherein five speakers (L1, L2, L3, L4, L5) are arranged at substantially 0 °, 60 ° and 120 ° left and right of a predetermined center line, and wherein five sectors ( 61 . 62 . 63 . 64 . 65 ) delimited and delimited by divisions at substantially 0 °, 10 ° and 120 ° to the left and right of the center line, and being for virtual sources in the sector ( 62 ) limited by the divisions at 0 ° and 10 ° to the left of the center line, the speakers (L1, L2) at 0 ° and 60 ° to the left of the center line are selected for virtual sources in the sector ( 63 ), which is limited by the divisions at 0 ° and 10 ° to the right of the center line, the speakers (L1, L3) at 0 ° and 60 ° to the right of the center line are selected for positions ( 65 ) greater than 120 ° left and right of the center line the speakers (L4, L5) are selected below 120 ° left and right of the center line, and for intermediate angles ( 61 . 64 ) between 10 ° and 120 ° left or right of the center line the two loudspeakers (L1, L3) are selected under 60 ° left and right of the center line.

System gemäß Anspruch 3, wobei drei Lautsprecher (L1, L2, L3) vor einem Hörort (Z) und unter 90° von der Mittellinie links und rechts angeordnet sind, wobei virtuelle Quellen (74, 75) hinter dem Hörort (Z) unter Verwendung der linken und rechten Lautsprecher (L1, L3) wiedergegeben werden, und virtuelle Quellen vor dem Hörort (Z) von dem zentralen Lautsprecher (L2) und dem linken oder rechten Lautsprecher (L1, L3) dargestellt werden, je nachdem, auf welcher Seite der Mittellinie sich die virtuelle Quelle befindet.System according to claim 3, wherein three loudspeakers (L1, L2, L3) are arranged in front of a listening location (Z) and at 90 ° from the center line to the left and right, virtual sources ( 74 . 75 ) can be played behind the listening location (Z) using the left and right loudspeakers (L1, L3), and virtual sources in front of the Listening location (Z) from the central speaker (L2) and the left or right speaker (L1, L3) are displayed, depending on which side of the center line the virtual source is located.

Verfahren zum Wiedergeben von Ton über eine Vielzahl von Lautsprechern (L1, L2, L3, L4) mit dem Schritt zum Ermitteln, wo innerhalb eines abgegrenzten Raumes eine oder mehrere virtuelle Tonquellen (V 1, V2, V3, V4, V5, V6, V7) positioniert sind, und gekennzeichnet durch ein Anwenden eines Übersprech-Kompensierungsverfahrens für jede virtuelle Tonquelle auf eine Teilmenge der Lautsprecher, wobei die Teilmenge aus der Vielzahl der Lautsprecher auf Grundlage der Position der virtuellen Tonquelle in dem abgegrenzten Raum ausgewählt wird.Process for playing sound through a Variety of speakers (L1, L2, L3, L4) with the step to Find where one or more within a delimited space virtual sound sources (V 1, V2, V3, V4, V5, V6, V7) positioned and characterized by applying a crosstalk compensation method for every virtual sound source on a subset of the speakers, the Subset from the plurality of speakers based on the position the virtual sound source is selected in the delimited room.

Verfahren gemäß Anspruch 7 zum Wiedergeben zumindest einer primären virtuellen Tonquelle und einer sekundären virtuellen Tonquelle, wobei das sekundäre virtuelle Tonquellensignal bezüglich der primären Quelle verzögert wird, um eine Reflexion der primären Quelle zu simulieren.Method according to claim 7 for playing back at least one primary virtual sound source and a secondary virtual sound source, the secondary virtual sound source signal in terms of the primary source delayed becomes a reflection of the primary Simulate source.

Verfahren gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die Lautsprecher paarweise ausgewählt werden.Method according to claim 7 or claim 8, wherein the speakers are selected in pairs.

Verfahren zur Tonwiedergabe gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei mehrere virtuelle Tonquellen gleichzeitig betrieben werden, und Übersprech-Kompensierungsverfahren auf entsprechende Teilmengen der Lautsprecher für jede virtuelle Tonquelle angewendet werden.A method of sound reproduction according to claim 7, 8 or 9, wherein multiple virtual sound sources are operated simultaneously, and crosstalk compensation method to appropriate subsets of speakers for each virtual sound source be applied.