EP1800517A1 - Device and method for controlling a public address system, and a corresponding public address system - Google Patents

Device and method for controlling a public address system, and a corresponding public address system

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EP1800517A1
EP1800517A1 EP05801889A EP05801889A EP1800517A1 EP 1800517 A1 EP1800517 A1 EP 1800517A1 EP 05801889 A EP05801889 A EP 05801889A EP 05801889 A EP05801889 A EP 05801889A EP 1800517 A1 EP1800517 A1 EP 1800517A1
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EP
European Patent Office
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wave field
field synthesis
loudspeaker
sound
array
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EP05801889A
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René RODIGAST
Michael Strauss
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • H04S2420/13—Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems

Definitions

  • the present invention relates to audio reproduction systems, and more particularly to public address systems for supplying comparatively large sound reproduction spaces.
  • Typical public address systems for supplying a relatively large environment such as in a conference room on the one hand or a concert hall in a hall or even in the open air on the other hand all suffer from the problem that due to the commonly used small number of speaker channels a faithful reproduction of the sound sources anyway eliminated , But even if a left channel and a right channel are used in addition to the mono channel, you always have the problem of the level.
  • the back squares ie the squares that are far from the stage, must be provided with sound just as much as the squares that are close to the stage. If z. B.
  • a single monaural loudspeaker does not allow directional perception in a conference room. It only allows directional perception if the location of the loudspeaker corresponds to the direction. This is inherent in the fact that there is only one loudspeaker channel. However, even if there are two stereo channels, you can only fade between the left and right channels, so to speak, panning as it were. This may be beneficial if there is only one source. However, if there are several sources, the localization, which is only roughly possible with two stereo channels anyway, is completely impossible. You also have a sense of direction in stereo, but only in the sweet spot.
  • the loudspeakers in such medium to large auditoriums which are supplied with stereo or mono mixes, are arranged above the listeners, so that they can not reproduce any direction information of the source anyway.
  • support loudspeakers positioned near a source of sound are also being attempted to re-establish natural auditory location, which are usually controlled without delay, while the stereo sound is delivered through the powered speakers is delayed, so that the supporting loudspeaker is perceived first and thus according to the law of the first wavefront a localization is possible, but support loudspeakers have the problem that they are perceived as a point source, which leads on the one hand to a difference to the the actual position of the sound emitter results and that, moreover, there is the danger that everything is too loud for the front spectators, while for the rear spectators everything is too quiet.
  • support speakers only allow a real direction perception when the sound source, so z.
  • a speaker is located near the support speaker. This would work if a support speaker is installed in the lectern, and a speaker is always on the lectern, and in this playback room it is impossible that somebody stands next to the lectern and plays something for the audience.
  • support loudspeakers usually use conventional loudspeakers, which in turn have the acoustic properties of a point source-just as the supply loudspeakers-resulting in an excessive level which is often perceived as unpleasant in the immediate vicinity of the systems.
  • the object of the present invention is to provide a pleasant and accurate sound concept.
  • a device for controlling a public address system according to claim 1 a method for controlling a public address system according to patent claim 9, a public address system according to claim 10 and a computer program according to claim 16.
  • the present invention is characterized in that a wave field synthesis loudspeaker array is integrated into a typically already existing public address system in order to eliminate the problems with regard to the high sound level differences in the auditorium as well as the lack of directional perception or the wrong directional perception.
  • the device for controlling a sound system with loudspeaker signals, wherein the sound system has a wave field synthesis loudspeaker array and one or more supply loudspeakers, has an audio input for obtaining the audio signal from at least one sound source, a position input for obtaining information about a position of the sound source, a wave field synthesis unit for calculating loudspeaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array and means for supplying the loudspeaker signals for the one or more supply loudspeakers.
  • the large sound supply is achieved with still existing conventional power speakers.
  • the level for the front speakers due to the sound energy, which is supplied by the wave field synthesis loudspeaker array, the level for the front speakers, so they are in the front rows in the audience, can be made lower, because the front rows so now by the preferably front arranged wave field synthesis array pleasant and in particular directionally sensitive to be supplied with sound.
  • the present invention provides an improvement of conventional sound systems by the additionally integrated wave field synthesis sound reinforcement by providing and controlling the additional wave field synthesis loudspeaker array.
  • the present invention is advantageous in that the auditory perception of source positions is supported and enhanced. Furthermore, the concept of the invention improves the energy distribution and the perception of direction in auditoria, which will also lead to a better intelligibility of a speaker, in particular when used for conference systems.
  • the present invention can also be used advantageously in the installation and event sector and in particular, of course, also for larger public address systems.
  • the present invention is also advantageous in that existing hardware can be used for large-scale sound supplies. This concerns, on the one hand, the already existing audio mixing consoles and, on the other hand, the supply loudspeakers, which are typically already present and supplemented by the wave field synthesis array or the device for controlling the supply loudspeaker or the wave field synthesis array.
  • the drive device according to the invention is only at the level of the normal Speaker signals of the supply speakers act to provide attenuation compared to the case without wave field synthesis array. Further, in order to exploit the law of the first wave front in this preferred embodiment, a delay is also introduced for the sound signals of the supply speakers in ranges between one and 100 milliseconds to further support directional perception.
  • the drive device is transparent to the output signal of a mixer, which is typically present in such systems anyway.
  • the integration of the directional wave field synthesis front array creates a pleasant sound level distribution with real directional perception, can be executed in compact hardware and creates the urgently needed additional sound supply of the often underserved or too loudly sounded first listener rows with a natural sound impression. This is of particular importance when it is taken into account that in various conference rooms or concert halls the so-called VIPs, ie the persons on whom the economic survival of the theater, etc. depends, sit in the first row, ie in the area which has been particularly problematical in the prior art, and which will particularly benefit from the inventive use of the wavefield synthesis front array.
  • inventive concept is advantageous in comparison with a complete field-synthesizing system in that it can be implemented considerably less expensively, since a wave-field synthesis array is not used on four sides and thus a whole considerable effort on speakers and wiring, etc. must be driven. Instead, only a front array is used to position the virtual sources that typically occur at the front. to be able to The sweet spot of this open field synthesis array will be as large as in an entire wave field synthesis scenario if the sources are only at the front, only for sources in other directions the sweet spot is limited.
  • the quality of the sound reconstruction may be reduced by means of the flat wave field synthesis front loudspeaker array.
  • This is not problematical insofar as the stage will always be further away for the eye, and localization differences will be small, because the places themselves will, as it were, move closer together due to the greater distance.
  • the wave-field synthesis reconstruction of a straight front array in this case thus also leads to a situation in which the reconstruction gets worse the further one is removed from the array.
  • this disadvantage does not matter.
  • the rear rows are taken care of by the large and powerful supply speakers, which at least make it sufficiently loud for the rear rows.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of a device for controlling a public address system with loudspeaker signals
  • Fig. 2 shows a preferred embodiment of a public address system for a room to be supplied with sound in front of a stage.
  • FIG 1 shows a device for controlling a public address system with loudspeaker signals, the public address system having a wave field synthesis loudspeaker array 10 and one or more supply loudspeakers 12 which are arranged separately from the wave field synthesis loudspeaker array 10 and in the exemplary embodiment shown in FIG for a left supply speaker, R for a right supply speaker, and M for a mono or center speaker.
  • a mono speaker M may be present, or else a left speaker L or a right speaker R.
  • FIG. 2 A specific arrangement of the supply loudspeakers 12 is also shown in FIG. 2, in which there are only four supply speakers 12a, 12b, 12c, 12d, the left supply loudspeakers 12c, 12d being supplied with the L channel of the stereo signal, while the right speaker 12b, 12c are supplied to the right channel of the stereo signal.
  • a mono or center speaker is shown in Fig. 2 z. B. not available.
  • each of the loudspeakers 12a-12d could also be supplied with the mono channel M.
  • the entire room 13 to be sounded would be supplied with a mono signal radiated from the four loudspeakers.
  • the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged in front of a stage 11 on which are real sound sources, such as speakers, theater actors, musicians, etc., generally indicated by reference numeral 15 in FIG 2, may be located.
  • the wave field synthesis loudspeaker array 10 is a flat open array. This means that the wave field synthesis loudspeaker array does not extend around all four sides of the room 13 to be supplied with sound, shown in FIG. 2 from above, but only on one side.
  • This page is preferably located there with respect to the space to be supplied with sound, where the typically existing virtual / real sound sources can be. So is in a theater z. B. usually assume that the actors will be only on stage, but not laterally with respect to the audience or behind the spectators. Therefore, in order to be able to resolve these sound sources spatially, it suffices to arrange a wave field synthesis loudspeaker array on the side of the room 13 to be supplied with sound, which is opposite the stage 11 or opposite the area in which it is actually located Can stop sound sources. However, it is irrelevant whether the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged between the real sound sources and the room 13 to be sounded, ie as shown in FIG. 2, or if the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged behind the real sound sources, ie z. B. at a dashed position 17 shown in FIG.
  • the real sound sources are mapped into virtual sound sources by the wave field synthesis unit discussed below, such that a sound field reconstructed by the wave field synthesis loudspeaker array is configured is that a listener in the room 13 to be sounded actually means that the sound sources he hears are at the real positions on the stage, in the case of the wave field synthesis loudspeaker array 10 shown in FIG. 2, behind the loudspeaker array are located.
  • the scenario of FIG. 2 can be compared with a normal wave field synthesis setting to some extent, but in contrast to the normal setting, the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged only on one side, namely on the Stage side, whereas in a normal wave field synthesis setting, the wave field synthesis loudspeaker array would extend at least around the entire room 13 to be sounded, and possibly even wave field synthesis loudspeaker arrays could be mounted even in the ceiling and floor.
  • the drive device of FIG. 1 initially comprises an audio input 16, via which output signals from a microphone array 19 or any other audio source are supplied to an analog / digital converter 20.
  • the audio input 16 will receive analog microphone signals in the scenario shown in Figure 1, where there are actually microphones.
  • the audio input 16 will not receive analog output signals from a microphone array 19 but generally speaking, audio signals from at least one sound source, which may be in any form, for example in a compressed / encoded form or in the form of a sequence of samples, such as those found on a CD.
  • the audio signal of at least one sound source is fed to a wave field synthesis unit 22, which additionally receives information about the current position of this sound source via a position input 24.
  • the additional positioning signal may be fed to the controller rather than directly to the WFS unit.
  • the sources are thus positioned on the user interface or via the positioning input.
  • the current position of the previously recorded and position-determined sound source can in fact be supplied directly with the audio signal of the field-synthesizing unit 22.
  • the position of the source can also be transmitted as side information of the audio signal. In this case, the audio input and the position input coincide.
  • this actor will carry one of the microphones of the microphone array 19 with him and also z. B. be provided with a GPS transmitter so that its position can be currently determined.
  • Other techniques for example, by infrared triangulation or by HF triangulation or by any other position determination method are known.
  • the wave field synthesis unit 22 will receive, via the position input 24, at least the then naturally fixed position of all the microphones and carry out a reconstruction thereof.
  • the wave field synthesis unit 22 is designed to generate loudspeaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array based on the position obtained via the position input 24, the audio signal obtained via the audio signal input 16 and based on the position of the loudspeakers of the wave field synthesis. Calculate loudspeaker arrays so that a sound field generated by the wave field synthesis loudspeaker array allows localization of the at least one sound source by a listener.
  • the down-mixed channels generated by a conventional mixer 14 such as the left channel L, the right channel R and the center channel M and mono channel M are also incorporated in the drive device according to the invention to a device for providing the loudspeaker signal to the one or more supply loudspeakers on the basis of the audio signal from the at least one sound source.
  • this device may comprise the analog / digital converter 20, a delay stage 24a and an amplitude manipulation stage 24b. Both stages are driven by a control 26 preferably present in the drive device, with delay parameters relating to the delay stage 24a and gain or attenuation parameters with respect to the amplitude manipulation stage 24b.
  • all supply speaker channels can be delayed or amplified by the same value or by different values.
  • the controller 26 is preferably operable via a user interface 28, which will typically be a graphical user interface.
  • the drive device will be provided on the output side with a digital / analog converter 30 which outputs analog output signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array 10 on the one hand and loudspeaker signals for the supply loudspeakers L, R, M on the other hand in Fig. 1 denoted by 12 outputs, in which case, depending on the implementation, an additional amplifier 32 for amplifying the Lautsselerersig- will be present for the typically high-level supply speakers.
  • the wave-field synthesis unit 22 is configured to provide a scalable number of wave-field synthesis channels 23.
  • a loudspeaker of a wave field synthesis loudspeaker array will receive its own loudspeaker signal.
  • the drive may also be such that a group of adjacent loudspeakers in the wave field synthesis loudspeaker array are driven with the same loudspeaker signal.
  • the position of the wave field synthesis loudspeaker array and thus each individual loudspeaker in the wave field synthesis loudspeaker array is known and, like the position input of the sound source, is used for the wave field synthesis calculation.
  • the wave field synthesis unit 22 is scalable. This means that, depending on the number of wave field synthesis loudspeaker arrays 10 connected to the wave field synthesis unit 22, it will generate a corresponding number of output channels. Requires an array z. For example, if there are ten different wave field synthesis loudspeaker signals, a second array of the same size will also require ten field synthesizer loudspeaker channels, so that when two such arrays are connected to it, the wave field synthesizer unit 22 will also provide the appropriate number of loudspeaker signals.
  • each loudspeaker signal naturally also depends on the number and position of other loudspeakers or depends on whether other loudspeakers are on other positions are provided or not.
  • the scalability may be formed by a sensor that detects whether, for example, a fiber optic cable for a field-effect synthesizer loudspeaker array is connected to an output of the drive device of FIG. 1 or not.
  • the outputs will be labeled "first array”, "second array”, .... so that the drive device may be e.g. B. via a table access or something similar positions and number of additional arrays automatically receives.
  • the number of channels / arrays of the wave field synthesis unit 22 can also be communicated via the graphical user interface 28 and the controller 26.
  • the scalability is particularly valuable because anyway only an open wave field synthesis array is used, so no speaker bands around a listener room, but only on the stage side of the auditorium, so that in the case in which straight array is then placed on an already existing straight array, the positions of the other speakers particularly favorable z.
  • the controller 26 is configured to drive the delay stage 24a such that the loudspeaker signals are delayed such that the wavefront due to the wave field synthesis loudspeaker array 10 is about 2 to 10 milliseconds prior to the time of a Listener arrives, to which the wave front of the supply speaker arrives.
  • the law of the first sound wave front is exploited to the effect that the listener in the room initially - relatively quietly - perceives the wavefront of the wave field synthesis loudspeaker array 10 and then only the wave front of the typically louder supply speakers.
  • the user will feel that the sound sources are at the positions as suggested by the wave field synthesis loudspeaker array, although the actual sound supply is through the supply speakers.
  • the controller 26 driving the amplitude manipulation unit 24b to either all channels or only a few channels or signals for specific speakers by the same amount or to dampen different amounts.
  • WFS Wave Field Synthesis
  • Applied to the acoustics can be simulated by a large number of speakers, which are arranged side by side (a so-called speaker array), any shape of an incoming wavefront.
  • a single point source to be reproduced and a linear arrangement of the speakers the audio signals of each loudspeaker have to be fed with a time delay and amplitude scaling in such a way that the radiated sound fields of the individual loudspeakers are superimposed correctly.
  • the contribution to each loudspeaker is calculated separately for each source and the resulting signals are added together. If the sources to be reproduced are in a room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The cost of the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the recording room and the number of speakers.
  • the advantage of this technique is in particular that a natural spatial sound impression over a large area of the playback room is possible.
  • the direction and distance of sound sources are reproduced very accurately.
  • virtual sound sources may even be positioned between the real speaker array and the listener.
  • wavefield synthesis works well for environments whose characteristics are known, irregularities occur when the texture changes or when wave field synthesis is performed based on environmental conditions that do not match the actual nature of the environment.
  • An environmental condition can be described by the impulse response of the environment.
  • the space compensation using wavefield synthesis would be to first determine the reflection of that wall to determine when a sound signal reflected from the wall will return to the loudspeaker and what amplitude this reflected sound signal will be Has. If the reflection from this wall is undesirable, then with the wave field synthesis it is possible to eliminate the reflection from this wall by impressing the loudspeaker with a signal of opposite amplitude to the reflection signal in addition to the original audio signal, so that the traveling compensating wave is the Reflectance wave extinguished, so that the reflection from this wall in the environment that is considered, is eliminated.
  • Wave field synthesis thus enables a correct reproduction of virtual sound sources over a large reproduction range. At the same time it offers the sound engineer and sound engineer new technical and creative potential in the creation of even complex soundscapes.
  • Wave field synthesis (WFS or sound field synthesis), as developed at the end of the 1980s at the TU Delft, represents a holographic approach to sound reproduction. The basis for this is the Kirchhoff-Heimholtz integral. This states that any sound fields within a closed volume can be generated by means of a distribution of monopole and dipole sound sources (loudspeaker arrays) on the surface of this volume. Details can be found in MM Boone, ENG Verheijen, PF v.
  • an audio signal that emits a virtual source at a virtual position is used to calculate a synthesis signal for each loudspeaker of the loudspeaker array, the synthesis signals being designed in amplitude and phase in such a way that a wave resulting from the superimposition of the loudspeaker array individual sound wave output by the speakers existing in the loudspeaker array, corresponding to the wave that would have originated from the virtual source at the virtual position, if this virtual source at the virtual position was a real source with a real position.
  • multiple virtual sources exist at different virtual locations.
  • the computation of the synthesis signals is performed for each virtual source at each virtual location, typically resulting in one virtual source in multiple speaker synthesis signals. Seen from a loudspeaker, this loudspeaker thus receives several synthesis signals, which go back to different virtual sources. A superimposition of these sources, which is possible due to the linear superposition principle, then gives the reproduced signal actually emitted by the speaker.
  • the final-rendered and analog-to-digital converted reproduction signals for the individual loudspeakers could be transmitted to the individual loudspeakers via two-wire lines, for example, from the wave field synthesis central unit.
  • the wave field synthesis central unit could always be made only for a special reproduction room or for a reproduction with a fixed number of loudspeakers.
  • a wave field synthesis-based front array 10 of FIG. 1 reproduces the recorded sound sources from the correct direction and distance, respectively, so that a source is heard where it originates. These virtual sound sources are reproduced with the shortest systemic latency. Significant sources of latency are the wave-field synthesis unit 22 and optionally the analog-to-digital converters 20 and 30, respectively.
  • the main sonication reproduces conventional mono / stereo / multi-channel signals, but is delayed from the front array by a few milliseconds, with the delay in the Section 2-100 milliseconds, and preferably between 3 and 8 milliseconds.
  • the main sound through the supply speakers 12 sonicates the auditorium with sufficient levels.
  • the front array operates at a reduced level to obtrusively support directional perception. If the front array is optimally arranged, then a real sense of direction will result up to the rear rows, whereby a sufficient sound distribution is ensured.
  • the drive device shown in FIG. 1 can be implemented as a compact audio system based on PC or DSP consisting of audio crossbar, delay unit, wave field synthesis-based real-time renderer unit, controller module and connection and operator control unit.
  • the audio signals of the natural sources are conventionally provided to the summator unit or mixer 14 and the wave field synthesis rendering unit.
  • the audio signals for conventional sound such as stereo, mono, 5.1, etc. are generated (14) and then delayed in a delay stage 24a accordingly.
  • the amplitude between main and directional array can be adjusted.
  • the individual sources in the wave field synthesis rendering unit 22 become virtual sound sources which are positioned or moved according to their actual position on the stage.
  • the wave field synthesis rendering unit 22 calculates the audio signals needed for the wave field synthesis front array, thereby ensuring real direction mapping of the audio sources.
  • the virtual sound sources are positioned according to the implementation, so that in this case the user interface 28 represents the position input 24 of FIG. 1, for example in the form of a pointer.
  • the delay of the stage 24a as well as the level between the front array, main PA, delay line and other audio sinks are adjusted.
  • the corresponding generated setups are each storable, so as not to have to be reset each time, but to be made available for later or other applications / scenarios.
  • the wave field synthesis front array With regard to the placement of the wave field synthesis front array in a conventional stage environment, it is preferred to place the wave field synthesis front array at head height of the viewers or above the head height of the viewers and place them in front of the stage. Further, it is preferred to take a wavefield synthesis front array 10 that is wider than the viewer rows to avoid edge effects on the array edge.
  • the inventive concept provides a real sense perception by representing virtual sound sources based on the wave field synthesis. Furthermore, no angular errors are made in the directional resolution.
  • virtual sound sources can be placed where the actor stands. Movements of the actors are possible without crossfading. Static sources remain stable. The sound supply of the auditorium with a sufficient sound level is still ensured with standard systems, which means that existing hardware can be used optimally.
  • the concept according to the invention does not require a closed array for supplying the listening area, since the supply can be ensured by the conventional sonication. It now results in a moderate sound level, especially in the first rows of spectators, as the sound energy is distributed. Namely, several loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array always play, which results in a natural listening environment, especially in the first showy areas, where typically the persons who are responsible for the continuity of a theater / auditorium will sit and, of course, especially well supply.
  • the wave field synthesis array is placed slightly above the heads of the listeners. Even higher arrangements are potentially possible here, but too high an arrangement will lead to possibly occurring mislocalizations in the vertical. However, due to psychoacoustic laws, it has been found that vertical mislocalizations are less problematic than horizontal mislocalizations. So it is not so problematic for a listener if he hears a source a bit too high, if the left / right position on the stage is exactly right.
  • both loudspeaker systems are controlled either synchronously or, as has been stated, such that the wavefront of the wave field synthesis loudspeaker array is slightly ahead of the wavefront of the supply loudspeakers in the listener arrives.
  • Preferred areas of application of the inventive concept are conference rooms.
  • the inventive device now a location of a speaker is possible.
  • Several speakers become several localizable virtual / real sound sources, which is particularly advantageous for situations in which understanding problems can exist anyway, ie when people of different nationalities talk to each other.
  • a spatial separation of the individual speakers supports the acoustic understanding of all speakers, especially when several people talk at the same time.
  • the concept according to the invention allows a localization of the speaker not only visually but also audibly.
  • the device according to the invention can be used well, since in the stage design often no support speakers can be installed.
  • the installation of a continuous loudspeaker band in the stage edge is particularly advantageous and less conspicuous.
  • the functionality of the concept according to the invention namely that the sound sources can move and are accordingly acoustically moved along, is of particular advantage for theatrical applications which depend on the movement of the actors.
  • the inventive concept provides a resolution of individual instruments by virtual sound sources, while still a total supply of the usual level is possible, which is particularly important for popular music concerts of high importance.
  • the method according to the invention can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is performed.
  • the invention thus also exists in a computer program product with a nem stored on a machine-readable carrier program code for performing the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

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Abstract

A driving device for a sound system by loudspeaker signals, wherein the sound system has a wave field synthesis loudspeaker array and one or several supply loudspeakers arranged separate from the wave field synthesis array includes an audio input for receiving at least one audio signal from at least one sound source, a position input for receiving information on a position of the sound source, a wave field synthesis unit for calculating loudspeaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array, and a provider for providing the loudspeaker signal for the one or the several supply loudspeakers. The driving device enables a sound system by means of which sound localization becomes possible for the audience and at the same time pleasant levels can be achieved also in the first rows of the audience.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage und Beschallungsanlage Device and method for controlling a sound system and public address system
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Audiowiedergabe- Systeme und insbesondere auf Beschallungsanlagen zur Versorgung von vergleichsweise großen Wiedergaberäumen mit Schall.The present invention relates to audio reproduction systems, and more particularly to public address systems for supplying comparatively large sound reproduction spaces.
Typische Beschallungsanlagen zum Versorgen einer relativ großen Umgebung, wie beispielsweise in einem Konferenzraum einerseits oder einer Konzertbühne in einer Halle oder sogar unter freiem Himmel andererseits leiden alle unter der Problematik, dass auf Grund der üblicherweise verwendeten geringen Anzahl von Lautsprecherkanälen eine ortgetreue Wiedergabe der Schallquellen ohnehin ausscheidet. Doch auch dann, wenn ein Links-Kanal und ein Rechts-Kanal zusätzlich zum Monokanal verwendet werden, hat man immer die Problematik des Pegels. So müssen natürlich die hinteren Plätze, also die Plätze, die weit entfernt von der Bühne sind, ge- nauso mit Schall versorgt werden, wie die Plätze, die nah an der Bühne sind. Wenn z. B. nur vorne am Zuhörerraum oder an den Seiten des Zuhörerraums Lautsprecher angeordnet sind, so ist inhärent problematisch, dass Personen, die nahe am Lautsprecher sitzen, den Lautsprecher als übertrieben laut wahrnehmen, damit die Personen ganz hinten noch etwas hören. Anders ausgedrückt werden auf Grund der Tatsache, dass einzelne Versorgungslautsprecher in einem solchen Beschallungsszenario als Punktquellen wahrgenommen werden, immer Personen vorhanden sein, die sagen, dass es zu laut ist, während die anderen Personen sagen, dass es zu leise ist. Die Personen, denen es normalerweise immer zu laut ist, sind die Personen sehr nahe an den punktquellenartigen Lautsprechern, während die Personen, denen es zu leise ist, sehr weit entfernt von den Lautsprechern sitzen werden.Typical public address systems for supplying a relatively large environment, such as in a conference room on the one hand or a concert hall in a hall or even in the open air on the other hand all suffer from the problem that due to the commonly used small number of speaker channels a faithful reproduction of the sound sources anyway eliminated , But even if a left channel and a right channel are used in addition to the mono channel, you always have the problem of the level. Of course, the back squares, ie the squares that are far from the stage, must be provided with sound just as much as the squares that are close to the stage. If z. B. speakers are arranged only at the front of the auditorium or on the sides of the audience, it is inherently problematic that people who sit close to the speaker perceive the speaker as exaggeratedly loud, so that people hear something at the very back. In other words, due to the fact that individual utility loudspeakers are perceived as point sources in such a sounding scenario, there will always be people who say that it is too loud while the other people say that it is too quiet. The persons who are usually always too loud are the people very close to the point source Speakers while those who are too quiet will sit very far away from the speakers.
Um dieser Problematik wenigstens etwas aus dem Weg zu ge- hen, wird daher versucht, die Lautsprecher höher anzuordnen, also über den Personen, die nahe an den Lautsprechern sitzen, so dass sie wenigstens nicht den kompletten Schall voll mitbekommen, sondern dass sich eine beträchtliche Menge des Schalls des Lautsprechers über den Köpfen der Zu- schauer ausbreitet und damit einerseits von den Zuschauern vorne nicht wahrgenommen wird und andererseits dennoch für die Zuschauer weiter hinten einen ausreichenden Pegel liefert.To at least somewhat avoid this problem, it is therefore attempted to arrange the loudspeakers higher, that is to say above the persons who are sitting close to the loudspeakers, so that they at least do not fully hear the complete sound, but that there is a considerable noise The amount of sound from the loudspeaker spreads over the heads of the spectators and is therefore not perceived by the spectators at the front and still provides a sufficient level for the spectators further back.
Andere Möglichkeiten bestehen darin, dass man, um die Personen in den vorderen Reihen, also nahe an den Lautsprechern, nicht überzubelasten, einen geringen Pegel fährt, so dass natürlich dann, weiter hinten im Raum, die Gefahr besteht, dass alles wieder zu leise ist.Other possibilities are that in order not to overload the people in the front rows, so close to the speakers, a low level, so of course, further back in the room, there is a risk that everything is again too quiet ,
Bezüglich der Richtungswahrnehmung ist die ganze Sache noch problematischer. So erlaubt ein einziger Monolautsprecher beispielsweise in einem Konferenzsaal keine Richtungswahrnehmung. Er erlaubt nur dann eine Richtungswahrnehmung, wenn der Ort des Lautsprechers der Richtung entspricht. Dies liegt inhärent an der Tatsache, dass es nur einen einzigen Lautsprecherkanal gibt. Selbst wenn jedoch zwei Stereokanäle vorhanden sind, kann man höchstens zwischen dem linken und dem rechten Kanal hin- und herblenden, also ge- wissermaßen ein Panning machen. Dies mag von Vorteil sein, wenn es nur eine einzige Quelle gibt. Gibt es jedoch mehrere Quellen, so ist die Lokalisation, die ohnehin bei zwei Stereokanälen nur grob möglich ist, komplett unmöglich. Man hat zwar auch bei Stereo eine Richtungswahrnehmung, jedoch nur im Sweet-Spot. Bei mehreren Quellen wird insbesondere bei steigender Quellenzahl dieser Richtungseindruck immer mehr verwaschen. In anderen Szenarien sind die Lautsprecher in solchen mittleren bis großen Auditorien, die mit Stereo- oder MonoMischungen versorgt werden, über den Zuhörern angeordnet, so dass sie ohnehin keine Richtungsinformationen der Quelle wiedergeben können.Regarding direction perception, the whole thing is even more problematic. For example, a single monaural loudspeaker does not allow directional perception in a conference room. It only allows directional perception if the location of the loudspeaker corresponds to the direction. This is inherent in the fact that there is only one loudspeaker channel. However, even if there are two stereo channels, you can only fade between the left and right channels, so to speak, panning as it were. This may be beneficial if there is only one source. However, if there are several sources, the localization, which is only roughly possible with two stereo channels anyway, is completely impossible. You also have a sense of direction in stereo, but only in the sweet spot. In the case of several sources, this directional impression becomes more and more blurred, especially as the number of sources increases. In other scenarios, the loudspeakers in such medium to large auditoriums, which are supplied with stereo or mono mixes, are arranged above the listeners, so that they can not reproduce any direction information of the source anyway.
Obgleich sich die Schallquelle, also z. B. ein Sprecher o- der ein Theaterspieler auf der Bühne befindet, wird er aus den seitlichen oder mittig angeordneten Lautsprechern wahr- genommen. Auf eine natürliche Richtungswahrnehmung wird hier bisher nach wie vor verzichtet. Man ist bereits zufrieden, wenn es für die hinteren Zuschauer noch ausreichend laut ist, und wenn es für die vorderen Zuschauer nicht unerträglich laut ist.Although the sound source, so z. For example, a speaker or a theater player is on stage, he is perceived from the side or center loudspeakers. On a natural direction perception is still omitted here so far. One is already satisfied when it is still loud enough for the rear viewers, and when it is not unbearably loud for the front viewers.
Bei bestimmten Szenarien wird auch mit so genannten „Stützlautsprechern" gearbeitet, die in der Nähe einer Schallquelle positioniert sind. Damit wird versucht, die natürliche Gehör-Ortung wieder herzustellen. Diese Stützlautspre- eher werden normalerweise ohne Verzögerung angesteuert, während die Stereobeschallung über die Versorgungslautsprecher verzögert ist, so dass der Stützlautsprecher zuerst wahrgenommen wird und somit nach dem Gesetz der ersten Wellenfront eine Lokalisation möglich wird. Auch Stützlaut- Sprecher haben jedoch die Problematik, dass sie als Punktquelle wahrgenommen werden. Dies führt zum einen dazu, dass sich eine Differenz zur tatsächlichen Position des Schallemitters ergibt und dass ferner die Gefahr besteht, dass für die vorderen Zuschauer wieder alles zu laut ist, wäh- rend für die hinteren Zuschauer alles zu leise ist.In certain scenarios, so-called "support loudspeakers" positioned near a source of sound are also being attempted to re-establish natural auditory location, which are usually controlled without delay, while the stereo sound is delivered through the powered speakers is delayed, so that the supporting loudspeaker is perceived first and thus according to the law of the first wavefront a localization is possible, but support loudspeakers have the problem that they are perceived as a point source, which leads on the one hand to a difference to the the actual position of the sound emitter results and that, moreover, there is the danger that everything is too loud for the front spectators, while for the rear spectators everything is too quiet.
Andererseits erlauben Stützlautsprecher nur dann eine reale Richtungswahrnehmung, wenn sich die Schallquelle, also z. B. ein Sprecher unmittelbar in der Nähe des Stützlautspre- chers befindet. Dies würde dann funktionieren, wenn ein Stützlautsprecher im Rednerpult eingebaut ist, und ein Redner immer am Rednerpult steht, und in diesem Wiedergaberaum es ausgeschlossen ist, dass einmal jemand neben dem Rednerpult steht und etwas für die Zuhörerschaft wiedergibt.On the other hand support speakers only allow a real direction perception when the sound source, so z. For example, a speaker is located near the support speaker. This would work if a support speaker is installed in the lectern, and a speaker is always on the lectern, and in this playback room it is impossible that somebody stands next to the lectern and plays something for the audience.
So stellt sich bei einer lokalen Differenz zwischen Stütz- lautsprecher und Schallquelle beim Hörer ein Winkelfehler in der Richtungswahrnehmung ein, der insbesondere für Zuhörer, die Stützlautsprecher vielleicht nicht gewohnt sind, sondern eine Stereowiedergabe gewohnt sind, zur weiteren Verunsicherung führt. Es hat sich herausgestellt, dass ins- besondere dann, wenn man mit dem Gesetz der ersten Wellenfront arbeitet und einen Stützlautsprecher verwendet, es besser ist, den Stützlautsprecher zu deaktivieren, wenn sich die reale Schallquelle, also der Sprecher z. B. zu weit vom Stützlautsprecher entfernt hat. Anders ausgedrückt ist dieser Punkt mit der Problematik verwandt, dass der Stützlautsprecher nicht bewegt werden kann, so dass, um nicht die oben bezeichnete Verunsicherung bei der Zuhörerschaft zu erzeugen, der Stützlautsprecher ganz deaktiviert wird, wenn sich der Sprecher zu weit vom Stützlautsprecher entfernt hat.Thus, with a local difference between the support speaker and the sound source at the listener, an angle error occurs in the direction perception, which leads to further uncertainty, in particular for listeners who are perhaps not accustomed to support speakers, but are used to stereo reproduction. It has been found that, in particular, when working with the law of the first wave front and uses a support speaker, it is better to disable the support speaker when the real sound source, ie the speaker z. B. has removed too far from the support speakers. In other words, this point is related to the problem that the support speaker can not be moved, so that in order not to create the above-mentioned uncertainty in the audience, the support speaker is completely disabled when the speaker has moved too far from the support speaker.
Wie es bereits ausgeführt worden ist, werden bei Stützlautsprechern üblicherweise konventionelle Lautsprecher eingesetzt, die wiederum die akustischen Eigenschaften einer Punktquelle - genau so wie die Versorgungslautsprecher - aufweisen, wodurch sich in unmittelbarer Nähe der Systeme ein überhöhter oft als unangenehm empfundener Pegel ergibt.As has already been stated, support loudspeakers usually use conventional loudspeakers, which in turn have the acoustic properties of a point source-just as the supply loudspeakers-resulting in an excessive level which is often perceived as unpleasant in the immediate vicinity of the systems.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein angenehmes und genaues Beschallungskonzept zu schaffen.The object of the present invention is to provide a pleasant and accurate sound concept.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage gemäß Pa- tentanspruch 9, eine Beschallungsanlage gemäß Patentanspruch 10 und ein Computer-Programm gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Wellenfeldsynthese-Lautsprecher-Array in eine typischerweise schon vorhandene Beschallungsanlage integriert wird, um die Probleme bezüglich der hohen Schallpegelunter- schiede im Zuhörerraum sowie der mangelnden Richtungswahrnehmung oder der falschen Richtungswahrnehmung zu eliminieren.This object is achieved by a device for controlling a public address system according to claim 1, a method for controlling a public address system according to patent claim 9, a public address system according to claim 10 and a computer program according to claim 16. The present invention is characterized in that a wave field synthesis loudspeaker array is integrated into a typically already existing public address system in order to eliminate the problems with regard to the high sound level differences in the auditorium as well as the lack of directional perception or the wrong directional perception.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ansteuern einer Be- schallungsanlage mit Lautsprechersignalen, wobei die Beschallungsanlage ein Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray sowie einen oder mehrere Versorgungslautsprecher aufweist, hat einen Audioeingang zum Erhalten des Audiosignals von wenigstens einer Schallquelle, einen Positionseingang zum Erhalten einer Information über eine Position der Schallquelle, eine Wellenfeldsyntheseeinheit zum Berechnen von Lautsprechersignalen für die Lautsprecher des Wellenfeld- synthese-Lautsprecherarrays sowie eine Einrichtung zum Liefern der Lautsprechersignale für den einen oder die mehre- ren Versorgungslautsprecher.The device according to the invention for controlling a sound system with loudspeaker signals, wherein the sound system has a wave field synthesis loudspeaker array and one or more supply loudspeakers, has an audio input for obtaining the audio signal from at least one sound source, a position input for obtaining information about a position of the sound source, a wave field synthesis unit for calculating loudspeaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array and means for supplying the loudspeaker signals for the one or more supply loudspeakers.
Durch Kombination der üblicherweise bereits vorhandenen Versorgungslautsprecher mit einem Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray wird eine lokale Wahrnehmung der Schall- quellen, die genau ist und sogar für bewegliche Schallquellen funktioniert, erreicht, während gleichzeitig die Pegelproblematik dahingehend eliminiert wird, dass ein Lautspre- cherarray nicht mehr als Punktquelle sondern als Linienquelle wahrgenommen wird, dahingehend, dass die Lautspre- eher, die nah bei einem Zuhörer angeordnet sind, leiser angesteuert werden im Vergleich zu einem Punktquellen- Lautsprecher, da es ja noch weitere Arraylautsprecher gibt, die weiter vom Zuhörer entfernt sind und dennoch Schallenergie in den Beschallungsraum bringen.By combining the already existing supply speakers with a wave field synthesis loudspeaker array, local perception of the sound sources, which is accurate and even works for movable sound sources, is achieved, while at the same time eliminating the level problem that a loudspeaker array is no longer a point source but perceived as a line source, in that the loudspeakers, which are located close to a listener, are quieter controlled compared to a point source loudspeaker, since there are still more array loudspeakers farther from the listener and yet sound energy into the sound room.
Andererseits wird jedoch die große Schallversorgung mit nach wie vor vorhandenen konventionellen Versorgungslautsprechern erreicht. So wird jedoch auf Grund der Schall- energie, die durch das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray geliefert wird, der Pegel für die vorderen Lautsprecher, also die bei den Zuschauern in den vorderen Reihen sind, niedriger ausgebildet werden können, da die vorderen Reihen ja nun durch das vorzugsweise vorne angeordnete Wellenfeld- synthese-Array angenehm und insbesondere richtungssensitiv mit Schall versorgt werden.On the other hand, however, the large sound supply is achieved with still existing conventional power speakers. However, due to the sound energy, which is supplied by the wave field synthesis loudspeaker array, the level for the front speakers, so they are in the front rows in the audience, can be made lower, because the front rows so now by the preferably front arranged wave field synthesis array pleasant and in particular directionally sensitive to be supplied with sound.
Die vorliegende Erfindung schafft also eine Verbesserung konventioneller Beschallungsanlagen durch die zusätzlich eingebundene Wellenfeldsynthese-Beschallung durch das Bereitstellen und die Ansteuerung des zusätzlichen Wellen- feldsynthese-LautSprecherarrays.Thus, the present invention provides an improvement of conventional sound systems by the additionally integrated wave field synthesis sound reinforcement by providing and controlling the additional wave field synthesis loudspeaker array.
Ferner ist die vorliegende Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass die auditive Wahrnehmung von Quellpositionen unterstützt und verbessert wird. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Konzept die Energieverteilung und die Richtungswahrnehmung in Auditorien verbessert, was insbesondere bei der Anwendung für Konferenzsysteme auch zu einer besseren Verständlichkeit eines Sprechers führen wird.Further, the present invention is advantageous in that the auditory perception of source positions is supported and enhanced. Furthermore, the concept of the invention improves the energy distribution and the perception of direction in auditoria, which will also lead to a better intelligibility of a speaker, in particular when used for conference systems.
Neben Konferenzsystemen ist die vorliegende Erfindung jedoch auch im Installations- und Eventbereich sowie insbe- sondere auch natürlich für größere Beschallungsanlagen vorteilhaft einsetzbar.In addition to conference systems, however, the present invention can also be used advantageously in the installation and event sector and in particular, of course, also for larger public address systems.
Die vorliegende Erfindung ist ferner dahingehend vorteilhaft, dass bereits vorhandene Hardware für großflächige Schallversorgungen verwendet werden kann. Dies betrifft zum einen die bereits bestehenden Audio-Mischpulte sowie zum anderen die Versorgungslautsprecher, die typischerweise bereits vorhanden sind und durch das Wellenfeldsynthesearray bzw. die Vorrichtung zum Steuern der Versorgungslautspre- eher bzw. des Wellenfeldsynthesearrays ergänzt werden.The present invention is also advantageous in that existing hardware can be used for large-scale sound supplies. This concerns, on the one hand, the already existing audio mixing consoles and, on the other hand, the supply loudspeakers, which are typically already present and supplemented by the wave field synthesis array or the device for controlling the supply loudspeaker or the wave field synthesis array.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung nur auf den Pegel der normalen Lautsprechersignale der Versorgungslautsprecher einwirken um eine Dämpfung im Vergleich zum Fall ohne Wellenfeldsyn- these-Array herzustellen. Ferner wird, um bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Gesetz der ersten Wellen- front auszunutzen, auch eine Verzögerung für die Schallsignale der Versorgungslautsprecher in Bereichen zwischen einer und 100 Millisekunden eingeführt, um die Richtungswahrnehmung zusätzlich zu unterstützen.In preferred embodiments, the drive device according to the invention is only at the level of the normal Speaker signals of the supply speakers act to provide attenuation compared to the case without wave field synthesis array. Further, in order to exploit the law of the first wave front in this preferred embodiment, a delay is also introduced for the sound signals of the supply speakers in ranges between one and 100 milliseconds to further support directional perception.
Ansonsten ist die Ansteuervorrichtung transparent für das Ausgangssignal eines Mischpults, das ohnehin in solchen Anlagen typischerweise vorhanden ist.Otherwise, the drive device is transparent to the output signal of a mixer, which is typically present in such systems anyway.
Die Einbindung des richtungsgebenden Wellenfeldsynthese- Frontarrays schafft eine angenehme Schallpegelverteilung mit realer Richtungswahrnehmung, ist in kompakter Hardware ausführbar und schafft die dringend benötigte zusätzliche Schallversorgung der oft unterversorgten oder zu laut beschallten ersten Zuhörerreihen mit einem natürlichen Hör- eindruck. Dies ist insbesondere dann von hoher Bedeutung, wenn berücksichtigt wird, dass in verschiedenen Konferenzräumen bzw. Konzertsälen die so genannten VIPs, also die Personen, von denen vielleicht das wirtschaftliche Überleben des Theaters etc. abhängt, in der ersten Reihe sitzen, also in dem Bereich, der im Stand der Technik besonders problematisch war, und der von der erfindungsgemäßen Verwendung des Wellenfeldsynthese-Frontarrays besonders profitieren wird.The integration of the directional wave field synthesis front array creates a pleasant sound level distribution with real directional perception, can be executed in compact hardware and creates the urgently needed additional sound supply of the often underserved or too loudly sounded first listener rows with a natural sound impression. This is of particular importance when it is taken into account that in various conference rooms or concert halls the so-called VIPs, ie the persons on whom the economic survival of the theater, etc. depends, sit in the first row, ie in the area which has been particularly problematical in the prior art, and which will particularly benefit from the inventive use of the wavefield synthesis front array.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Konzept im Vergleich zu einer kompletten WeI- lenfeldsynthese-Anlage dahingehend vorteilhaft ist, dass es erheblich preisgünstiger implementiert werden kann, da nicht auf vier Seiten ein Wellenfeldsynthese-Array einge- setzt wird und somit ein ganz erheblicher Aufwand an Lautsprechern und Verkabelung, etc. getrieben werden muss. Statt dessen wird nur ein Front-Array eingesetzt, um die typischerweise vorne auftretenden virtuellen Quellen posi- tionieren zu können. Der „Sweet Spot" dieses offenen WeI- lenfeldsynthese-Arrays ist dann, wenn die Quellen nur vorne sind, so groß wie in einem gesamten Wellenfeldsynthese- Szenario. Nur bei Quellen in anderen Richtungen ist der Sweet Spot eingeschränkt.It should be noted at this point that the inventive concept is advantageous in comparison with a complete field-synthesizing system in that it can be implemented considerably less expensively, since a wave-field synthesis array is not used on four sides and thus a whole considerable effort on speakers and wiring, etc. must be driven. Instead, only a front array is used to position the virtual sources that typically occur at the front. to be able to The sweet spot of this open field synthesis array will be as large as in an entire wave field synthesis scenario if the sources are only at the front, only for sources in other directions the sweet spot is limited.
Möglicherweise kann für hintere Zuhörerbereiche die Qualität der Schallrekonstruktion mittels des ebenen Wellenfeld- synthese-Front-Lautsprecherarrays nachlassen. Dies ist je- doch insofern nicht problematisch, da auch fürs Auge die Bühne immer weiter weg .sein wird und Lokalisierungsunterschiede klein werden, da auf Grund der größeren Entfernung auch die Orte selber gewissermaßen enger zusammenrücken. Die Wellenfeldsynthese-Rekonstruktion eines geraden Front- Arrays führt in diesem Fall somit ebenfalls zu einer Situation, bei der die Rekonstruktion schlechter wird, je weiter man vom Array entfernt wird. Da dies jedoch auch mit dem natürlichen Empfinden übereinstimmt, fällt dieser Nachteil nicht ins Gewicht. Für die hinteren Reihen wird durch die großen und leistungsstarken Versorgungslautsprecher gesorgt, die wenigstens erreichen, dass es für die hinteren Reihen noch ausreichend laut ist.For rear audience areas, the quality of the sound reconstruction may be reduced by means of the flat wave field synthesis front loudspeaker array. However, this is not problematical insofar as the stage will always be further away for the eye, and localization differences will be small, because the places themselves will, as it were, move closer together due to the greater distance. The wave-field synthesis reconstruction of a straight front array in this case thus also leads to a situation in which the reconstruction gets worse the further one is removed from the array. However, since this also agrees with the natural feeling, this disadvantage does not matter. The rear rows are taken care of by the large and powerful supply speakers, which at least make it sufficiently loud for the rear rows.
Wenn in einem solchen Fall ein komplettes Wellenfeldsynthe- se-Array eingesetzt würde, was insbesondere für große Bühnen ohnehin nur mit einem sehr hohen Aufwand machbar wäre, so würde dies insbesondere in dem Fall, in dem alle Schallquellen ohnehin vorne positioniert sind, zu keiner erheblichen Schallverbesserung führen. Das erfindungsgemäße Kon- zept, bei dem normale Versorgungslautsprecher mit einem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray zusammenarbeiten, schafft somit nahezu dieselbe Qualität wie ein komplett mit Wellenfeldsynthese-Arrays umrandeter Zuhörerbereich, jedoch zu erheblich reduzierten Kosten.If, in such a case, a complete wave field synthesis array were used, which would be feasible anyway, in particular for large stages, only with a very high outlay, this would not be significant, especially in the case where all sound sources are already positioned at the front Improve sound. The concept according to the invention, in which normal supply loudspeakers cooperate with a wave field synthesis loudspeaker array, thus provides almost the same quality as a listener area completely surrounded by wave field synthesis arrays, but at considerably reduced costs.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage mit Lautsprechersignalen; undPreferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it: Fig. 1 shows a preferred embodiment of a device for controlling a public address system with loudspeaker signals; and
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführung einer Beschallungsanlage für einen mit Schall zu versorgenden Raum vor einer Bühne.Fig. 2 shows a preferred embodiment of a public address system for a room to be supplied with sound in front of a stage.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage mit Lautsprechersignalen, wobei die Beschallungsanlage ein Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray 10 sowie einen oder mehrere Versorgungslautsprecher 12 aufweist, die von dem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray 10 getrennt angeordnet sind und bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit L für einen linken Versorgungslautsprecher, R für einen rechten Versorgungslautsprecher und M für einen Mono- oder Mitten-Lautsprecher bezeichnet sind. Je nach Ausführungsform kann nur ein Mono-Lautsprecher M vorhanden sein, oder aber auch ein linker Lautsprecher L oder ein rechter Lautsprecher R.1 shows a device for controlling a public address system with loudspeaker signals, the public address system having a wave field synthesis loudspeaker array 10 and one or more supply loudspeakers 12 which are arranged separately from the wave field synthesis loudspeaker array 10 and in the exemplary embodiment shown in FIG for a left supply speaker, R for a right supply speaker, and M for a mono or center speaker. Depending on the embodiment, only a mono speaker M may be present, or else a left speaker L or a right speaker R.
Eine bestimmte Anordnung der Versorgungslautsprecher 12 ist auch in Fig. 2 dargestellt, bei der es lediglich vier Ver- sorgungslautsprecher 12a, 12b, 12c, 12d gibt, wobei die linken Versorgungslautsprecher 12c, 12d mit dem L-Kanal des Stereosignals versorgt werden, während die rechten Lautsprecher 12b, 12c mit dem rechten Kanal des Stereosignals versorgt werden. Ein Mono- oder Mitten-Lautsprecher ist in Fig. 2 z. B. nicht vorhanden.A specific arrangement of the supply loudspeakers 12 is also shown in FIG. 2, in which there are only four supply speakers 12a, 12b, 12c, 12d, the left supply loudspeakers 12c, 12d being supplied with the L channel of the stereo signal, while the right speaker 12b, 12c are supplied to the right channel of the stereo signal. A mono or center speaker is shown in Fig. 2 z. B. not available.
Prinzipiell könnte jedoch auch jeder der Lautsprecher 12a- 12d mit dem Mono-Kanal M versorgt werden. In diesem Fall würde der ganze mit Schall zu versorgende Raum 13 mit einem Mono-Signal, das von den vier Lautsprechern ausgestrahlt wird, versorgt werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Beschallungsanlage ist das Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray 10 vor einer Bühne 11 angeordnet, auf der sich reale Schallquellen, wie beispielsweise Sprecher, The- aterschauspieler, Musiker, etc., die allgemein mit dem Bezugszeichen 15 in Fig. 2 bezeichnet sind, befinden können. Das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray 10 ist ein flaches offenes Array. Dies bedeutet, dass sich das Wellenfeldsyn- these-Lautsprecherarray nicht um alle vier Seiten des in Fig. 2 von oben dargestellten mit Schall zu versorgenden Raums 13 erstreckt, sondern nur auf einer Seite. Diese Seite ist vorzugsweise dort bezüglich des mit Schall zu versorgenden Raums angeordnet, wo auch die typischerweise vorhandenen virtuellen/realen Schallquellen sein können. So ist bei einem Theater z. B. üblicherweise davon auszugehen, dass die Schauspieler nur auf der Bühne sein werden, nicht jedoch seitlich bezüglich der Zuschauer oder hinter den Zuschauern. Daher genügt es, um diese Schallquellen räumlich auflösen zu können, dass ein Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray auf der Seite des mit Schall zu versorgenden Raums 13 angeordnet ist, dem die Bühne 11 gegenüber liegt bzw. dem der Bereich gegenüber liegt, in dem sich ü- berhaupt Schallquellen aufhalten können. Allerdings ist es unerheblich, ob das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray 10 zwischen den realen Schallquellen und dem mit Schall zu versorgenden Raum 13 angeordnet ist, also so wie in Fig. 2 dargestellt, oder ob das Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray 10 hinter den realen Schallquellen angeordnet ist, also z. B. an einer in Fig. 2 dargestellten ge- strichelten Position 17.In principle, however, each of the loudspeakers 12a-12d could also be supplied with the mono channel M. In this case, the entire room 13 to be sounded would be supplied with a mono signal radiated from the four loudspeakers. In the preferred embodiment of a public address system shown in FIG. 2, the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged in front of a stage 11 on which are real sound sources, such as speakers, theater actors, musicians, etc., generally indicated by reference numeral 15 in FIG 2, may be located. The wave field synthesis loudspeaker array 10 is a flat open array. This means that the wave field synthesis loudspeaker array does not extend around all four sides of the room 13 to be supplied with sound, shown in FIG. 2 from above, but only on one side. This page is preferably located there with respect to the space to be supplied with sound, where the typically existing virtual / real sound sources can be. So is in a theater z. B. usually assume that the actors will be only on stage, but not laterally with respect to the audience or behind the spectators. Therefore, in order to be able to resolve these sound sources spatially, it suffices to arrange a wave field synthesis loudspeaker array on the side of the room 13 to be supplied with sound, which is opposite the stage 11 or opposite the area in which it is actually located Can stop sound sources. However, it is irrelevant whether the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged between the real sound sources and the room 13 to be sounded, ie as shown in FIG. 2, or if the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged behind the real sound sources, ie z. B. at a dashed position 17 shown in FIG.
Bei der Anordnung des Arrays hinter den realen Schallquellen sollte jedoch auf Abschattungen durch Schauspieler, Requisiten usw. Rücksicht genommen werden. Außerdem kann ein hoher Schallpegel auf der Bühne entstehen, was zu einer Feedbackgefahr werden kann. Aus diesen Gründen wird die Anordnung vor der Bühne berücksichtigt. Die realen Schallquellen, wie sie in Fig. 2 auf der Bühne 11 eingezeichnet sind, werden durch die Wellenfeldsynthese- Einheit, auf die noch eingegangen wird, in virtuelle Schallquellen abgebildet, derart, dass ein von dem Wellen- feldsynthese-Lautsprecherarray rekonstruiertes Schallfeld derart ausgestaltet ist, dass ein Zuhörer im mit Schall zu versorgenden Raum 13 tatsächlich meint, dass sich die Schallquellen, die er hört, an den realen Positionen auf der Bühne, bei dem in Fig. 2 gezeigten Fall des Wellenfeld- synthese-Lautsprecherarrays 10 hinter dem Lautsprecherarray befinden.When arranging the array behind the real sound sources, however, attention should be paid to shadowing by actors, props, etc. In addition, a high level of noise can arise on the stage, which can be a feedback risk. For these reasons, the arrangement in front of the stage is taken into account. The real sound sources, as depicted on stage 11 in FIG. 2, are mapped into virtual sound sources by the wave field synthesis unit discussed below, such that a sound field reconstructed by the wave field synthesis loudspeaker array is configured is that a listener in the room 13 to be sounded actually means that the sound sources he hears are at the real positions on the stage, in the case of the wave field synthesis loudspeaker array 10 shown in FIG. 2, behind the loudspeaker array are located.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Szenario von Fig. 2 gewissermaßen mit einem normalen Wellenfeldsyn- these-Setting verglichen werden kann, bei dem jedoch im Gegensatz zum normalen Setting das Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray 10 nur auf einer Seite angeordnet ist, nämlich auf der Bühnenseite, während bei einem normalen Wellenfeldsynthese-Setting sich das Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray zumindest um den gesamten mit Schall zu versorgenden Raum 13 herum erstrecken würde, wobei gegebenenfalls sogar in der Decke und im Boden ebenfalls noch Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays angebracht werden könnten.It should be pointed out that the scenario of FIG. 2 can be compared with a normal wave field synthesis setting to some extent, but in contrast to the normal setting, the wave field synthesis loudspeaker array 10 is arranged only on one side, namely on the Stage side, whereas in a normal wave field synthesis setting, the wave field synthesis loudspeaker array would extend at least around the entire room 13 to be sounded, and possibly even wave field synthesis loudspeaker arrays could be mounted even in the ceiling and floor.
Die Verwendung eines offenen Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarrays 10 und die Ersetzung der normalen restlichen Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays durch die Versorgungslautsprecher 12a-12d führt dazu, dass die Quellen 15, die entweder vor oder hinter dem Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray 10 angeordnet sind, annähernd genau so gut für den mit Schall zu versorgenden Raum 13 akustisch rekonstruiert werden, wie wenn ein durchgehendes umlaufendes Array vorhanden wäre. Dies liegt daran, dass der we- sentliche Beitrag zur Rekonstruktion der Quellen 15 von dem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray 10, das z. B. vor dem mit Schall zu versorgenden Raum angeordnet ist, stammt. Andererseits sorgen die Versorgungslautsprecher 12a-12d für einen ausreichend hohen Pegel über den gesamten mit Schall zu versorgenden Raum 13, erfordern jedoch wesentlich weniger Aufwand und Kosten als ein durchgehendes Wellenfeldsyn- these-Array.The use of an open wave field synthesis loudspeaker array 10 and the replacement of the normal remaining wave field synthesis loudspeaker arrays by the supply speakers 12a-12d results in sources 15 located either in front of or behind the wave field synthesis loudspeaker array 10 being nearly as good for the one be acoustically reconstructed with sound to be supplied space 13, as if a continuous circulating array were present. This is because the essential contribution to the reconstruction of the sources 15 of the wave field synthesis loudspeaker array 10, the z. B. is located in front of the room to be supplied with sound comes. On the other hand, the supply speakers 12a-12d provide for However, a sufficiently high level over the entire space 13 to be supplied with sound requires considerably less effort and costs than a continuous wave field synthesis array.
Dies fällt um so mehr ins Gewicht, wenn bestehende Systeme durch das erfindungsgemäße Konzept verbessert werden, da dann für die Versorgungslautsprecher, die ohnehin bereits vorhanden sind, keinerlei zusätzliche Kosten auftreten. De- ren Eingangssignale werden lediglich durch die in Fig. 1 dargestellte Ansteuervorrichtung im Vergleich zum bisherigen Mischpult, das typischerweise vorhanden war und in Fig. 1 mit 14 bezeichnet ist, noch nachbearbeitet, wie es nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 1 detaillierter dargestellt wird.This is all the more significant if existing systems are improved by the concept according to the invention, since then no additional costs occur for the supply loudspeakers, which already exist anyway. Their input signals are still reworked only by the drive device shown in FIG. 1 in comparison to the previous mixer, which was typically present and designated 14 in FIG. 1, as will be described in more detail below with reference to FIG.
Die Ansteuervorrichtung von Fig. 1 umfasst zunächst einen Audioeingang 16, über den Ausgangssignale von einem Mikro- fonarray 19 oder einer beliebigen anderen Audioquelle einem Analog/Digital-Wandler 20 zugeführt werden. Der Audioeingang 16 wird bei dem in Fig. 1 gezeigten Szenario, bei dem tatsächlich Mikrofone vorhanden sind, analoge Mikrofonsignale empfangen. Falls jedoch die Mikrofone 19 und der Analog/Digital-Wandler 20 durch ein synthetisches Szenario er- setzt werden, bei dem sich bestimmte Schallquellen, deren Ausgangssignale bereits voraufgezeichnet sind, in einem virtuellen Raum bewegen, empfängt der Audioeingang 16 keine analogen Ausgangssignale eines Mikrofonarrays 19 sondern - allgemein ausgedrückt - Audiosignale von wenigstens einer Schallquelle, die in jeder beliebigen Form sein können, beispielsweise in einer komprimierten/codierten Form oder in Form einer Sequenz von Abtastwerten, wie sie beispielsweise auf einer CD vorhanden sind.The drive device of FIG. 1 initially comprises an audio input 16, via which output signals from a microphone array 19 or any other audio source are supplied to an analog / digital converter 20. The audio input 16 will receive analog microphone signals in the scenario shown in Figure 1, where there are actually microphones. However, if the microphones 19 and the analog-to-digital converter 20 are replaced by a synthetic scenario in which certain sound sources whose output signals are already pre-recorded are moving in a virtual space, the audio input 16 will not receive analog output signals from a microphone array 19 but generally speaking, audio signals from at least one sound source, which may be in any form, for example in a compressed / encoded form or in the form of a sequence of samples, such as those found on a CD.
Das Audiosignal wenigstens einer Schallquelle wird einer Wellenfeldsynthese-Einheit 22 zugeführt, die zusätzlich noch über einen Positionseingang 24 Informationen über die aktuelle Position dieser Schallquelle erhält. Alternativ kann das zusätzliche Positionierungssignal in die Steuereinheit und nicht direkt in die WFS-Einheit eingespeist werden. In diesem - bevorzugten - Fall werden die Quellen somit auf der Benutzeroberfläche oder über den Positionierungseingang positioniert.The audio signal of at least one sound source is fed to a wave field synthesis unit 22, which additionally receives information about the current position of this sound source via a position input 24. Alternatively, the additional positioning signal may be fed to the controller rather than directly to the WFS unit. In this preferred case, the sources are thus positioned on the user interface or via the positioning input.
Falls die in Fig. 1 dargestellte Situation keine synthetische Situation ist, so kann tatsächlich die aktuelle Posi- tion der bereits vorher aufgezeichneten und Positionsbestimmten Schallquelle direkt mit dem Audiosignal der WeI- lenfeldsynthese-Einheit 22 mitgeliefert werden. Die Position der Quelle kann auch als Seiteninformation des Audiosignals übertragen werden. In diesem Fall fallen der Äudiosig- naleingang und der Positionseingang zusammen.If the situation illustrated in FIG. 1 is not a synthetic situation, the current position of the previously recorded and position-determined sound source can in fact be supplied directly with the audio signal of the field-synthesizing unit 22. The position of the source can also be transmitted as side information of the audio signal. In this case, the audio input and the position input coincide.
In einem Konferenz-Szenario, in dem sich ein Sprecher bewegt, oder in einem Theater-Szenario, bei dem sich ein Schauspieler bewegt, wird dieser Schauspieler eines der Mikrofone des Mikrofonarrays 19 bei sich tragen und ferner z. B. mit einem GPS-Sender versehen sein, damit seine Position aktuell bestimmt werden kann. Andere Techniken beispielsweise durch Infrarot-Triangulation oder durch HF- Triangulation oder durch beliebige andere Positionsbestim- mungsverfahren sind bekannt.In a conference scenario in which a speaker moves, or in a theater scenario in which an actor moves, this actor will carry one of the microphones of the microphone array 19 with him and also z. B. be provided with a GPS transmitter so that its position can be currently determined. Other techniques, for example, by infrared triangulation or by HF triangulation or by any other position determination method are known.
Falls das Mikrofonarray 19 jedoch fest in einem Zuschauerraum angeordnet ist, so wird die Wellenfeldsynthese-Einheit 22 über die Positionseingabe 24 wenigstens die dann natür- lieh feste Position sämtlicher Mikrofone erhalten und davon ausgehend eine Rekonstruktion durchführen.However, if the microphone array 19 is fixedly arranged in an auditorium, then the wave field synthesis unit 22 will receive, via the position input 24, at least the then naturally fixed position of all the microphones and carry out a reconstruction thereof.
Die Wellenfeldsynthese-Einheit 22 ist ausgebildet, um Lautsprechersignale für die Lautsprecher des Wellenfeldsynthe- se-Lautsprecherarrays basierend auf der über die Positionseingabe 24 erhaltenen Position, des über den Audiosignaleingang 16 erhaltenen Audiosignals sowie basierend auf der Position der Lautsprecher des Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarrays berechnen, so dass ein durch das Wellen- feldsynthese-Lautsprecher-Array erzeugtes Schallfeld eine Lokalisierung der wenigstens einen Schallquelle durch einen Zuhörer erlaubt.The wave field synthesis unit 22 is designed to generate loudspeaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array based on the position obtained via the position input 24, the audio signal obtained via the audio signal input 16 and based on the position of the loudspeakers of the wave field synthesis. Calculate loudspeaker arrays so that a sound field generated by the wave field synthesis loudspeaker array allows localization of the at least one sound source by a listener.
Die durch ein konventionelles Mischpult 14 (analog oder digital oder eine Digital Audio Workstation) erzeugten herunter gemischten Kanäle, wie beispielsweise der linke Kanal L, der rechte Kanal R und der Mitten-Kanal M bzw. Mono- Kanal M werden ebenfalls in die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung eingegeben, und zwar in eine Einrichtung zum Liefern des Lautsprechersignals für den einen oder die mehreren Versorgungslautsprecher auf der Basis des Audiosignals von der wenigstens einen Schallquelle. Diese Einrich- tung kann bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel den Analog/Digital-Wandler 20, eine Verzögerungsstufe 24a und eine Amplituden-Manipulationsstufe 24b umfassen. Beide Stufen werden durch eine in der Ansteuervorrichtung vorzugsweise vorhandenen Steuerung 26 angesteuert, und zwar mit Verzögerungsparametern hinsichtlich der Verzögerungsstufe 24a und Verstärkungs- bzw. Dämpfungsparametern hinsichtlich der Amplituden-Manipulationsstufe 24b. Je nach Implementierung können sämtliche Versorgungslautsprecher- Kanäle um denselben Wert oder um unterschiedliche Werte verzögert bzw. verstärkt werden. Die Steuerung 26 ist vorzugsweise über eine Benutzeroberfläche 28, die typischerweise eine grafische Benutzeroberfläche sein wird, bedienbar.The down-mixed channels generated by a conventional mixer 14 (analog or digital or a digital audio workstation) such as the left channel L, the right channel R and the center channel M and mono channel M are also incorporated in the drive device according to the invention to a device for providing the loudspeaker signal to the one or more supply loudspeakers on the basis of the audio signal from the at least one sound source. In the embodiment shown in FIG. 1, this device may comprise the analog / digital converter 20, a delay stage 24a and an amplitude manipulation stage 24b. Both stages are driven by a control 26 preferably present in the drive device, with delay parameters relating to the delay stage 24a and gain or attenuation parameters with respect to the amplitude manipulation stage 24b. Depending on the implementation, all supply speaker channels can be delayed or amplified by the same value or by different values. The controller 26 is preferably operable via a user interface 28, which will typically be a graphical user interface.
Je nach Implementierung wird die Ansteuervorrichtung aus- gangsseitig mit einem Digital/Analog-Wandler 30 versehen sein, der einerseits analoge Ausgangssignale für die Lautsprecher des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays 10 ausgibt, und der andererseits Lautsprechersignale für die Ver- sorgungslautsprecher L, R, M, die in Fig. 1 mit 12 bezeichnet sind, ausgibt, wobei hier je nach Implementierung noch ein Zusatzverstärker 32 zum Verstärken der Lautsprechersig- nale für die mit typischerweise hohem Pegel gefahrenen Versorgungslautsprecher vorhanden sein wird.Depending on the implementation, the drive device will be provided on the output side with a digital / analog converter 30 which outputs analog output signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array 10 on the one hand and loudspeaker signals for the supply loudspeakers L, R, M on the other hand in Fig. 1 denoted by 12 outputs, in which case, depending on the implementation, an additional amplifier 32 for amplifying the Lautsprecherersig- will be present for the typically high-level supply speakers.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Wellenfeldsynthese-Einheit 22 ausgebildet, um eine skalierbare Anzahl von Wellenfeldsynthese-Kanälen 23 zu liefern. Je nach Implementierung wird ein Lautsprecher eines Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays ein eigenes Lautsprechersignal erhalten. Alternativ kann die Ansteuerung auch so sein, dass eine Gruppe von benachbarten Lautsprechern im Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray mit demselben Lautsprechersignal angesteuert werden. Wie es ausgeführt worden ist, ist die Position des Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarrays und damit jedes einzelnen Lautsprechers in dem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray bekannt und wird ebenso wie die Positionseingabe der Schallquelle für die Wellenfeldsynthese-Berechnung verwendet.In the preferred embodiment shown in FIG. 1, the wave-field synthesis unit 22 is configured to provide a scalable number of wave-field synthesis channels 23. Depending on the implementation, a loudspeaker of a wave field synthesis loudspeaker array will receive its own loudspeaker signal. Alternatively, the drive may also be such that a group of adjacent loudspeakers in the wave field synthesis loudspeaker array are driven with the same loudspeaker signal. As has been stated, the position of the wave field synthesis loudspeaker array and thus each individual loudspeaker in the wave field synthesis loudspeaker array is known and, like the position input of the sound source, is used for the wave field synthesis calculation.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Wellenfeldsynthese-Einheit 22 skalierbar ausgeführt. Dies bedeutet, dass sie je nach Anzahl der mit der Wellenfeldsynthese-Einheit 22 verbundenen Wellenfeldsynthe- se-Lautsprecherarrays 10 eine entsprechende Anzahl von Ausgangskanälen erzeugen wird. Benötigt ein Array z. B. zehn verschiedene Wellenfeldsynthese-Lautsprechersignale, so wird ein zweites Array derselben Größe ebenfalls zehn WeI- lenfeldsynthese-Lautsprecherkanäle erfordern, so dass die Wellenfeldsynthese-Einheit 22 dann, wenn zwei solche Arrays mit ihm verbunden sind, auch die entsprechende Anzahl von Lautsprechersignalen liefert. Dies resultiert nicht nur in einer Verdopplung der Anzahl der Lautsprechersignale, sondern auch in einer modifizierten Berechnung auf Grund des Wellenfeldsynthese-Algorithmus, bei dem jedes Lautsprecher- signal natürlich auch von der Anzahl und Position anderer Lautsprecher abhängt bzw. davon abhängt, ob andere Lautsprecher an anderen Positionen vorgesehen sind oder nicht. Die Skalierbarkeit kann durch einen Sensor ausgebildet sein, der erfasst, ob z, B. ein Glasfaserkabel für ein WeI- lenfeldsynthese-Lautsprecherarray an einem Ausgang der Ansteuervorrichtung von Fig. 1 angeschlossen ist oder nicht. Typischerweise werden die Ausgänge bezeichnet sein mit „erstes Array", „zweites Array", ...., so dass die Ansteuervorrichtung z. B. über einen Tabellenzugriff oder etwas ähnliches Positionen und Anzahl von zusätzlichen Arrays automatisch erhält.In the preferred embodiment shown in FIG. 1, the wave field synthesis unit 22 is scalable. This means that, depending on the number of wave field synthesis loudspeaker arrays 10 connected to the wave field synthesis unit 22, it will generate a corresponding number of output channels. Requires an array z. For example, if there are ten different wave field synthesis loudspeaker signals, a second array of the same size will also require ten field synthesizer loudspeaker channels, so that when two such arrays are connected to it, the wave field synthesizer unit 22 will also provide the appropriate number of loudspeaker signals. This not only results in a doubling of the number of loudspeaker signals, but also in a modified calculation based on the wave field synthesis algorithm, in which each loudspeaker signal naturally also depends on the number and position of other loudspeakers or depends on whether other loudspeakers are on other positions are provided or not. The scalability may be formed by a sensor that detects whether, for example, a fiber optic cable for a field-effect synthesizer loudspeaker array is connected to an output of the drive device of FIG. 1 or not. Typically, the outputs will be labeled "first array", "second array", .... so that the drive device may be e.g. B. via a table access or something similar positions and number of additional arrays automatically receives.
Alternativ kann die Anzahl der Kanäle/Arrays der Wellen- feldsynthese-Einheit 22 auch über die grafische Benutzeroberfläche 28 und die Steuerung 26 mitgeteilt werden.Alternatively, the number of channels / arrays of the wave field synthesis unit 22 can also be communicated via the graphical user interface 28 and the controller 26.
Für das erfindungsgemäße Szenario ist die Skalierbarkeit besonders wertvoll, da ohnehin nur ein offenes Wellenfeld- synthese-Array verwendet wird, also keine Lautsprecherbänder umlaufend um einen Zuhörerraum, sondern nur auf der Bühnen-Seite des Zuhörerraums, so dass für den Fall, bei dem ein gerades Array anschließend an ein bereits vorhandenes gerades Array platziert wird, die Positionen der weiteren Lautsprecher besonders günstig z. B. mittels eines Tabellenzugriffs wiedergewonnen und der Wellenfeldsynthese- Einheit 22 zur Berechnung der nunmehr höheren Anzahl von Wellenfeldsynthese-Lautsprechersignalen zur Verfügung gestellt werden können.For the scenario according to the invention, the scalability is particularly valuable because anyway only an open wave field synthesis array is used, so no speaker bands around a listener room, but only on the stage side of the auditorium, so that in the case in which straight array is then placed on an already existing straight array, the positions of the other speakers particularly favorable z. B. recovered by means of a table access and the wave field synthesis unit 22 can be provided for calculating the now higher number of wave field synthesis loudspeaker signals.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung 26 ausgebildet, um die Verzöge- rungsstufe 24a anzusteuern, derart, dass die Lautsprechersignale verzögert werden, so dass die Wellenfront auf Grund des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays 10 etwa 2 bis 10 Millisekunden vor dem Zeitpunkt bei einem Zuhörer ankommt, zu dem die Wellenfront der Versorgungslautsprecher ankommt. Damit wird das Gesetz der ersten Schallwellenfront ausgenutzt, dahingehend, dass der Zuhörer im Raum zunächst - relativ leise - die Wellenfront vom Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray 10 wahrnimmt und dann erst die Wellen- front von den typischerweise lauteren Versorgungslautsprechern. Damit wird der Benutzer das Gefühl haben, dass die Schallquellen an den Positionen sind, wie sie durch das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray vorgegaukelt werden, obgleich die eigentliche Schallversorgung durch die Versorgungslautsprecher stattfindet.In a preferred embodiment of the present invention, the controller 26 is configured to drive the delay stage 24a such that the loudspeaker signals are delayed such that the wavefront due to the wave field synthesis loudspeaker array 10 is about 2 to 10 milliseconds prior to the time of a Listener arrives, to which the wave front of the supply speaker arrives. Thus, the law of the first sound wave front is exploited to the effect that the listener in the room initially - relatively quietly - perceives the wavefront of the wave field synthesis loudspeaker array 10 and then only the wave front of the typically louder supply speakers. Thus, the user will feel that the sound sources are at the positions as suggested by the wave field synthesis loudspeaker array, although the actual sound supply is through the supply speakers.
In Anbetracht der Tatsache, dass nunmehr für den vorderen Zuhörerbereich eine Schallversorgung durch das Wellenfeld- synthese-Lautsprecherarray 10 stattfindet, das nicht als eine Punktquelle mit stark abnehmenden Pegel wahrgenommen wird, sondern als eine Flächenquelle wahrgenommen wird, die eine angenehmere Pegelverteilung hat, können nunmehr wenigstens die vorderen Versorgungslautsprecher hinsichtlich ihrer Amplitude bzw. ihres Ausgangspegels reduziert werden, was dadurch geschehen kann, dass die Steuerung 26 die Amplituden-Manipulationseinheit 24b entsprechend ansteuert, um entweder alle Kanäle bzw. nur einige Kanäle bzw. Signale für spezielle Lautsprecher um den gleichen Betrag oder um unterschiedliche Beträge zu dämpfen.In view of the fact that sound is now being supplied to the front-end listening area by the wave-field synthesis loudspeaker array 10, which is not perceived as a point source with greatly decreasing levels, but is perceived as an area source having a more pleasing level distribution at least the front supply speakers are reduced in amplitude or output level, which can be done by the controller 26 driving the amplitude manipulation unit 24b to either all channels or only a few channels or signals for specific speakers by the same amount or to dampen different amounts.
Nachfolgend wird zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung auf die Wellenfeldsynthese-Technik näher eingegangen.For a better understanding of the present invention, the wave field synthesis technique will be discussed in more detail below.
Ein besserer natürlicher Raumeindruck sowie eine stärkere Einhüllung bei der Audiowiedergabe kann mit Hilfe einer neuen Technologie erreicht werden. Die Grundlagen dieser Technologie, die so genannte Wellenfeldsynthese (WFS; WFS = Wave-Field Synthesis) , wurden an der TU DeIft erforscht und erstmals in den späten 80er-Jahren vorgestellt (Berkhout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic control by Wave- field Synthesis. JASA 93, 1993) .A better natural spatial impression as well as a stronger envelope in the audio reproduction can be achieved with the help of a new technology. The basics of this technology, Wave Field Synthesis (WFS), were researched at TU DeIft and first introduced in the late 1980s (Berkhout, AJ, de Vries, D .; Vogel, P.). : Acoustic Control by Wavefield Synthesis, JASA 93, 1993).
Infolge der enormen Anforderungen dieser Methode an Rechnerleistung und Übertragungsraten wurde die Wellenfeldsynthese bis jetzt nur selten in der Praxis angewendet. Erst die Fortschritte in den Bereichen der Mikroprozessortechnik und der Audiocodierung gestatten heute den Einsatz dieser Technologie in konkreten Anwendungen. Erste Produkte im professionellen Bereich werden nächstes Jahr erwartet. In wenigen Jahren sollen auch erste Wellenfeldsynthese- Anwendungen für den Consumerbereich auf den Markt kommen.Due to the enormous demands of this method on computer performance and transmission rates, wave field synthesis has rarely been used in practice. Only the advances in the field of microprocessor technology and audio coding today allow the use of this technology in concrete applications. The first professional products are expected next year. In a few years, the first wave field synthesis applications for the consumer sector will be launched on the market.
Die Grundidee von WFS basiert auf der Anwendung des Huy- gens' sehen Prinzips der Wellentheorie:The basic idea of WFS is based on the application of Huygens' principle of wave theory:
Jeder Punkt, der von einer Welle erfasst wird, ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle, die sich kugelförmig bzw. kreisförmig ausbreitet.Every point, which is detected by a wave, is the starting point of an elementary wave, which spreads in a spherical or circular manner.
Angewandt auf die Akustik kann durch eine große Anzahl von Lautsprechern, die nebeneinander angeordnet sind (einem so genannten Lautsprecherarray) , jede beliebige Form einer einlaufenden Wellenfront nachgebildet werden. Im einfachsten Fall, einer einzelnen wiederzugebenden Punktquelle und einer linearen Anordnung der Lautsprecher, müssen die Au- diosignale eines jeden Lautsprechers mit einer Zeitverzögerung und Amplitudenskalierung so gespeist werden, dass sich die abgestrahlten Klangfelder der einzelnen Lautsprecher richtig überlagern. Bei mehreren Schallquellen wird für jede Quelle der Beitrag zu jedem Lautsprecher getrennt be- rechnet und die resultierenden Signale addiert. Befinden sich die wiederzugebenden Quellen in einem Raum mit reflektierenden Wänden, dann müssen auch Reflexionen als zusätzliche Quellen über das Lautsprecherarray wiedergegeben werden. Der Aufwand bei der Berechnung hängt daher stark von der Anzahl der Schallquellen, den Reflexionseigenschaften des Aufnahmeraums und der Anzahl der Lautsprecher ab.Applied to the acoustics can be simulated by a large number of speakers, which are arranged side by side (a so-called speaker array), any shape of an incoming wavefront. In the simplest case, a single point source to be reproduced and a linear arrangement of the speakers, the audio signals of each loudspeaker have to be fed with a time delay and amplitude scaling in such a way that the radiated sound fields of the individual loudspeakers are superimposed correctly. With several sound sources, the contribution to each loudspeaker is calculated separately for each source and the resulting signals are added together. If the sources to be reproduced are in a room with reflective walls, reflections must also be reproduced as additional sources via the loudspeaker array. The cost of the calculation therefore depends heavily on the number of sound sources, the reflection characteristics of the recording room and the number of speakers.
Der Vorteil dieser Technik liegt im Besonderen darin, dass ein natürlicher räumlicher Klangeindruck über einen großen Bereich des Wiedergaberaums möglich ist. Im Gegensatz zu den bekannten Techniken werden Richtung und Entfernung von Schallquellen sehr exakt wiedergegeben. In beschränktem Ma- ße können virtuelle Schallquellen sogar zwischen dem realen Lautsprecherarray und dem Hörer positioniert werden.The advantage of this technique is in particular that a natural spatial sound impression over a large area of the playback room is possible. In contrast to the known techniques, the direction and distance of sound sources are reproduced very accurately. In limited For example, virtual sound sources may even be positioned between the real speaker array and the listener.
Obgleich die Wellenfeldsynthese für Umgebungen gut funktio- niert, deren Beschaffenheiten bekannt sind, treten doch Unregelmäßigkeiten auf, wenn sich die Beschaffenheit ändert bzw. wenn die Wellenfeldsynthese auf der Basis einer Umgebungsbeschaffenheit ausgeführt wird, die nicht mit der tatsächlichen Beschaffenheit der Umgebung übereinstimmt.Although wavefield synthesis works well for environments whose characteristics are known, irregularities occur when the texture changes or when wave field synthesis is performed based on environmental conditions that do not match the actual nature of the environment.
Eine Umgebungsbeschaffenheit kann durch die Impulsantwort der Umgebung beschrieben werden.An environmental condition can be described by the impulse response of the environment.
Dies wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher darge- legt. Es wird davon ausgegangen, dass ein Lautsprecher ein Schallsignal gegen eine Wand aussendet, deren Reflexion unerwünscht ist. Für dieses einfache Beispiel würde die Raumkompensation unter Verwendung der Wellenfeldsynthese darin bestehen, dass zunächst die Reflexion dieser Wand bestimmt wird, um zu ermitteln, wann ein Schallsignal, das von der Wand reflektiert worden ist, wieder beim Lautsprecher ankommt, und welche Amplitude dieses reflektierte Schallsignal hat. Wenn die Reflexion von dieser Wand unerwünscht ist, so besteht mit der Wellenfeldsynthese die Möglichkeit, die Reflexion von dieser Wand zu eliminieren, indem dem Lautsprecher ein zu dem Reflexionssignal gegenphasiges Signal mit entsprechender Amplitude zusätzlich zum ursprünglichen Audiosignal eingeprägt wird, so dass die hinlaufende Kompensationswelle die Reflexionswelle auslöscht, derart, dass die Reflexion von dieser Wand in der Umgebung, die betrachtet wird, eliminiert ist. Dies kann dadurch geschehen, dass zunächst die Impulsantwort der Umgebung berechnet wird und auf der Basis der Impulsantwort dieser Umgebung die Beschaffenheit und Position der Wand bestimmt wird, wobei die Wand als Spiegelquelle interpretiert wird, also als Schallquelle, die einen einfallenden Schall reflektiert. Wird zunächst die Impulsantwort dieser Umgebung gemessen und wird dann das Kompensationssignal berechnet, das dem Audiosignal überlagert dem Lautsprecher eingeprägt werden muss, so wird eine Aufhebung der Reflexion von dieser Wand stattfinden, derart, dass ein Hörer in dieser Umgebung schallmäßig den Eindruck hat, dass diese Wand überhaupt nicht existiert.This will be explained in more detail with reference to the following example. It is assumed that a loudspeaker emits a sound signal against a wall whose reflection is undesirable. For this simple example, the space compensation using wavefield synthesis would be to first determine the reflection of that wall to determine when a sound signal reflected from the wall will return to the loudspeaker and what amplitude this reflected sound signal will be Has. If the reflection from this wall is undesirable, then with the wave field synthesis it is possible to eliminate the reflection from this wall by impressing the loudspeaker with a signal of opposite amplitude to the reflection signal in addition to the original audio signal, so that the traveling compensating wave is the Reflectance wave extinguished, so that the reflection from this wall in the environment that is considered, is eliminated. This can be done by first computing the impulse response of the environment and determining the nature and position of the wall based on the impulse response of that environment, the wall being interpreted as a source of mirrors, that is, a sound source reflecting an incident sound. If the impulse response of this environment is first measured and the compensation signal is then calculated, which must be impressed on the audio signal superimposed on the loudspeaker, then the reflection from this wall will be canceled, such that a listener in this environment will soundly have the impression that the latter Wall does not exist at all.
Entscheidend für eine optimale Kompensation der reflektier- ten Welle ist jedoch, dass die Impulsantwort des Raums genau bestimmt wird, damit keine Über- oder Unterkompensation auftritt.Decisive for an optimal compensation of the reflected wave, however, is that the impulse response of the room is exactly determined so that no over- or undercompensation occurs.
Die Wellenfeldsynthese ermöglicht somit eine korrekte Ab- bildung von virtuellen Schallquellen über einen großen Wiedergabebereich. Gleichzeitig bietet sie dem Tonmeister und Toningenieur neues technisches und kreatives Potential bei der Erstellung auch komplexer Klanglandschaften. Die Wellenfeldsynthese (WFS oder auch Schallfeldsynthese) , wie sie Ende der 80-er Jahre an der TU Delft entwickelt wurde, stellt einen holographischen Ansatz der Schallwiedergabe dar. Als Grundlage hierfür dient das Kirchhoff-Heimholtz- Integral. Dieses besagt, dass beliebige Schallfelder innerhalb eines geschlossenen Volumens mittels einer Verteilung von Monopol- und Dipolschallquellen (Lautsprecherarrays) auf der Oberfläche dieses Volumens erzeugt werden können. Details hierzu finden sich in M.M. Boone, E.N.G. Verheijen, P. F. v. ToI, „Spatial Sound-Field Reproduction by Wave- Field Synthesis", Delft University of Technology Laboratory of Seismics and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc. , Bd. 43, Nr. 12, Dezember 1995 und Diemer de Vries, „Sound Reinforcement by Wavefield Synthesis: Adaption of the Syn- thesis Operator to the Loudspeaker Directivity Characteris- tics", Delft University of Technology Laboratory of Seis- mies and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc, Bd. 44, Nr. 12, Dezember 1996. Bei der Wellenfeldsynthese wird aus einem Audiosignal, das eine virtuelle Quelle an einer virtuellen Position aussendet, eine Synthesesignal für jeden Lautsprecher des Laut- sprecherarrays berechnet, wobei die Synthesesignale derart hinsichtlich Amplitude und Phase gestaltet sind, dass eine Welle, die sich aus der Überlagerung der einzelnen durch die im Lautsprecherarray vorhandenen Lautsprecher ausgegebenen Schallwelle ergibt, der Welle entspricht, die von der virtuellen Quelle an der virtuellen Position herrühren wür- de, wenn diese virtuelle Quelle an der virtuellen Position eine reale Quelle mit einer realen Position wäre.The wave field synthesis thus enables a correct reproduction of virtual sound sources over a large reproduction range. At the same time it offers the sound engineer and sound engineer new technical and creative potential in the creation of even complex soundscapes. Wave field synthesis (WFS or sound field synthesis), as developed at the end of the 1980s at the TU Delft, represents a holographic approach to sound reproduction. The basis for this is the Kirchhoff-Heimholtz integral. This states that any sound fields within a closed volume can be generated by means of a distribution of monopole and dipole sound sources (loudspeaker arrays) on the surface of this volume. Details can be found in MM Boone, ENG Verheijen, PF v. ToI, "Spatial Sound Field Reproduction by Wave-Field Synthesis", Delft University of Technology Laboratory of Seismics and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc., Vol. 43, No. 12, December 1995 and Diemer de Vries, "Sound Reinforcement by Wavefield Synthesis: Adaptation of the Synthesis Operator to the Loudspeaker Directivity Characteristics", Delft University of Technology Laboratory of Seismies and Acoustics, Journal of J. Audio Eng. Soc, Vol. 44, No. 12, December 1996. In wave field synthesis, an audio signal that emits a virtual source at a virtual position is used to calculate a synthesis signal for each loudspeaker of the loudspeaker array, the synthesis signals being designed in amplitude and phase in such a way that a wave resulting from the superimposition of the loudspeaker array individual sound wave output by the speakers existing in the loudspeaker array, corresponding to the wave that would have originated from the virtual source at the virtual position, if this virtual source at the virtual position was a real source with a real position.
Typischerweise sind mehrere virtuelle Quellen an verschiedenen virtuellen Positionen vorhanden. Die Berechnung der Synthesesignale wird für jede virtuelle Quelle an jeder virtuellen Position durchgeführt, so dass typischerweise eine virtuelle Quelle in Synthesesignalen für mehrere Lautsprecher resultiert. Von einem Lautsprecher aus betrachtet empfängt dieser Lautsprecher somit mehrere Synthesesignale, die auf verschiedene virtuelle Quellen zurückgehen. Eine Überlagerung dieser Quellen, die aufgrund des linearen Superpositionsprinzips möglich ist, ergibt dann das von dem Lautsprecher tatsächlich ausgesendete Wiedergabesignal.Typically, multiple virtual sources exist at different virtual locations. The computation of the synthesis signals is performed for each virtual source at each virtual location, typically resulting in one virtual source in multiple speaker synthesis signals. Seen from a loudspeaker, this loudspeaker thus receives several synthesis signals, which go back to different virtual sources. A superimposition of these sources, which is possible due to the linear superposition principle, then gives the reproduced signal actually emitted by the speaker.
Die Möglichkeiten der Wellenfeldsynthese können um so besser ausgeschöpft werden, je größer die Lautsprecherarrays sind, d. h. um so mehr einzelne Lautsprecher bereitgestellt werden. Damit steigt jedoch auch die Rechenleistung, die eine Wellenfeldsyntheseeinheit vollbringen muss, da typi- scherweise auch Kanalinformationen berücksichtigt werden müssen. Dies bedeutet im einzelnen, dass von jeder virtuellen Quelle zu jedem Lautsprecher prinzipiell ein eigener Übertragungskanal vorhanden ist, und dass prinzipiell der Fall vorhanden sein kann, dass jede virtuelle Quelle zu ei- nem Synthesesignal für jeden Lautsprecher führt, bzw. dass jeder Lautsprecher eine Anzahl von Synthesesignalen erhält, die gleich der Anzahl von virtuellen Quellen ist. Darüber hinaus sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Qualität der Audiowiedergabe mit der Anzahl der zur Verfügung gestellten Lautsprecher steigt. Dies bedeutet, dass die Audiowiedergabequalität um so besser und realistischer wird, um so mehr Lautsprecher in dem bzw. den Lautsprecher- arrays vorhanden sind.The possibilities of wave field synthesis can be better exploited the larger the loudspeaker arrays are, ie the more individual loudspeakers are provided. However, this also increases the computing power which a wave field synthesis unit has to accomplish, since channel information must also typically be taken into account. In particular, this means that, in principle, there is a separate transmission channel from each virtual source to each loudspeaker, and that in principle it can be the case that each virtual source leads to one synthesis signal for each loudspeaker, or that each loudspeaker carries a number of synthesis signals equal to the number of virtual sources. In addition, it should be noted at this point that the quality of the audio playback increases with the number of speakers provided. This means that the audio playback quality becomes better and more realistic as more loudspeakers are present in the loudspeaker array (s).
Im obigen Szenario könnten die fertig gerenderten und Ana- log-Digital-gewandelten Wiedergabesignale für die einzelnen Lautsprecher beispielsweise über Zweidrahtleitungen von der Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit zu den einzelnen Lautsprechern übertragen werden. Dies hätte zwar den Vorteil, dass nahezu sichergestellt ist, dass alle Lautsprecher synchron arbeiten, so dass hier zu Synchronisationszwecken keine weiteren Maßnahmen erforderlich wären. Andererseits könnte die Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit immer nur für einen speziellen Wiedergaberaum bzw. für eine Wiedergabe mit einer festgelegten Anzahl von Lautsprechern hergestellt werden. Dies bedeutet, dass für jeden Wiedergaberaum eine eigene Wellenfeldsynthese-Zentraleinheit gefertigt werden müsste, die ein erhebliches Maß an Rechenleistung zu vollbringen hat, da die Berechnung der Audiowiedergabesignale insbesondere im Hinblick auf viele Lautsprecher bzw. viele virtuelle Quellen zumindest teilweise parallel und in Echt- zeit erfolgen muss.In the above scenario, the final-rendered and analog-to-digital converted reproduction signals for the individual loudspeakers could be transmitted to the individual loudspeakers via two-wire lines, for example, from the wave field synthesis central unit. Although this would have the advantage that it is almost ensured that all speakers work in sync, so that here for synchronization purposes, no further action would be required. On the other hand, the wave field synthesis central unit could always be made only for a special reproduction room or for a reproduction with a fixed number of loudspeakers. This means that a separate wave field synthesis central unit would have to be produced for each reproduction space, which has to accomplish a considerable amount of computing power, since the calculation of the audio reproduction signals, at least partially in parallel and in real time, in particular with regard to many loudspeakers or many virtual sources must be done.
Nachfolgend werden wesentliche Aspekte der vorliegenden Erfindung noch einmal zusammengefasst. Ein Wellenfeldsynthe- se-basiertes Frontarray 10 von Fig. 1 gibt die aufgenomme- nen Schallquellen jeweils aus der richtigen Richtung und Entfernung wieder, so dass eine Quelle dort gehört wird, wo sie entsteht. Diese virtuellen Schallquellen werden mit kürzester systembedingter Latenz wiedergegeben. Wesentliche Latenz-Quellen sind die Wellenfeldsynthese-Einheit 22 und gegebenenfalls die Analog/Digital-Wandler 20 bzw. 30. Die Hauptbeschallung gibt übliche Mono/Stereo/Mehrkanal-Signale wieder, ist jedoch gegenüber dem Frontarray um wenige Millisekunden verzögert, wobei die Verzögerung im Bereich von 2-100 Millisekunden und vorzugsweise zwischen 3 und 8 Millisekunden liegen wird.Hereinafter, essential aspects of the present invention will be summarized again. A wave field synthesis-based front array 10 of FIG. 1 reproduces the recorded sound sources from the correct direction and distance, respectively, so that a source is heard where it originates. These virtual sound sources are reproduced with the shortest systemic latency. Significant sources of latency are the wave-field synthesis unit 22 and optionally the analog-to-digital converters 20 and 30, respectively. The main sonication reproduces conventional mono / stereo / multi-channel signals, but is delayed from the front array by a few milliseconds, with the delay in the Section 2-100 milliseconds, and preferably between 3 and 8 milliseconds.
Die Hauptbeschallung durch die Versorgungslautsprecher 12 beschallt das Auditorium mit ausreichend Pegel. Dagegen arbeitet das Frontarray mit reduziertem Pegel, um unauffällig die Richtungswahrnehmung zu unterstützen. Ist das Frontarray optimal angeordnet, so wird sich ein realer Richtungseindruck bis zu den hinteren Reihen ergeben, wobei eine ausreichende Schallverteilung gewährleistet wird.The main sound through the supply speakers 12 sonicates the auditorium with sufficient levels. In contrast, the front array operates at a reduced level to obtrusively support directional perception. If the front array is optimally arranged, then a real sense of direction will result up to the rear rows, whereby a sufficient sound distribution is ensured.
Die in Fig. 1 gezeigte Ansteuervorrichtung ist als kompaktes Audiosystem auf PC- oder DSP-Basis bestehend aus Audiokreuzschiene, Delayeinheit, Wellenfeldsynthese-basierter Echtzeitrendereinheit, Controllermodul sowie Anschluss- und Bedieneinheit realisierbar.The drive device shown in FIG. 1 can be implemented as a compact audio system based on PC or DSP consisting of audio crossbar, delay unit, wave field synthesis-based real-time renderer unit, controller module and connection and operator control unit.
Die Audiosignale der natürlichen Quellen, wie beispielsweise Sprecher, Artisten, etc. werden konventionell der Sum- mierereinheit bzw. dem Mixer 14 und der Wellenfeldsynthese- Rendereinheit zur Verfügung gestellt.The audio signals of the natural sources, such as speakers, performers, etc. are conventionally provided to the summator unit or mixer 14 and the wave field synthesis rendering unit.
In der Summierereinheit werden die Audiosignale für konventionelle Beschallung, wie beispielsweise Stereo, Mono, 5.1, etc. generiert (14) und anschließend in einer Delaystufe 24a entsprechend verzögert. Zusätzlich kann in einer nachfolgenden Pegelstufe 24b die Amplitude zwischen Hauptbeschallung und richtungsgebendem Array angepasst werden.In the summer unit, the audio signals for conventional sound, such as stereo, mono, 5.1, etc. are generated (14) and then delayed in a delay stage 24a accordingly. In addition, in a subsequent level stage 24b, the amplitude between main and directional array can be adjusted.
Auf der anderen Seite werden, wie ausgeführt, die Einzelquellen in der Wellenfeldsynthese-Rendereinheit 22 zu virtuellen Schallquellen, welche entsprechend ihrer wirklichen Position auf der Bühne positioniert oder bewegt werden. Die Wellenfeldsynthese-Renderingeinheit 22 berechnet die Audio- Signale, welche für das Wellenfeldsynthese-Frontarray benötigt werden, wodurch eine reale Richtungsabbildung der Audioquellen gewährleistet wird. In der zentralen Steuerungseinheit 26 und Bedieneinheit 28 werden die virtuellen Schallquellen je nach Implementierung positioniert, so dass in diesem Fall die Benutzeroberfläche 28 beispielsweise in Form eines Zeigers die Positionseinga- be 24 von Fig. 1 darstellt. Ferner wird in der Benutzeroberflächeneinheit 28 bzw. in der Steuerung die Verzögerung der Stufe 24a sowie der Pegel zwischen Frontarray, Hauptbeschallung, Delayline und anderen Audiosenken angepasst. Vorzugsweise sind die entsprechenden erzeugten Setups je- weils abspeicherbar, um nicht jedes Mal neu eingestellt werden zu müssen, sondern um für spätere oder andere Anwendungen/Szenarien zur Verfügung gestellt werden zu können.On the other hand, as stated, the individual sources in the wave field synthesis rendering unit 22 become virtual sound sources which are positioned or moved according to their actual position on the stage. The wave field synthesis rendering unit 22 calculates the audio signals needed for the wave field synthesis front array, thereby ensuring real direction mapping of the audio sources. In the central control unit 26 and operating unit 28, the virtual sound sources are positioned according to the implementation, so that in this case the user interface 28 represents the position input 24 of FIG. 1, for example in the form of a pointer. Further, in the user interface unit 28 or in the controller, the delay of the stage 24a as well as the level between the front array, main PA, delay line and other audio sinks are adjusted. Preferably, the corresponding generated setups are each storable, so as not to have to be reset each time, but to be made available for later or other applications / scenarios.
Bezüglich der Platzierung des Wellenfeldsynthese- Frontarrays in einem üblichen Bühnenumfeld wird bevorzugt, das Wellenfeldsynthese-Frontarray auf Kopfhöhe der Zuschauer oder oberhalb der Kopfhöhe der Zuschauer anzuordnen und vor der Bühne zu platzieren. Ferner wird es bevorzugt, ein Wellenfeldsynthese-Frontarray 10 zu nehmen, das breiter als die Zuschauerreihen ist, um Randeffekte am Arrayrand zu vermeiden.With regard to the placement of the wave field synthesis front array in a conventional stage environment, it is preferred to place the wave field synthesis front array at head height of the viewers or above the head height of the viewers and place them in front of the stage. Further, it is preferred to take a wavefield synthesis front array 10 that is wider than the viewer rows to avoid edge effects on the array edge.
Zusammenfassend liefert das erfindungsgemäße Konzept eine reale Richtungswahrnehmung durch Darstellung virtueller Schallquellen auf Basis der Wellenfeldsynthese. Ferner werden in der Richtungsauflösung keine Winkelfehler gemacht. Darüber hinaus können virtuelle Schallquellen dort platziert werden, wo der Akteur steht. Bewegungen der Akteure sind ohne Überblendungen möglich. Statische Quellen bleiben dagegen stabil. Die Schallversorgung des Auditoriums mit einem ausreichenden Schallpegel wird nach wie vor mit Standardsystemen gewährleistet, wodurch bereits vorhandene Hardware optimal weiter genutzt werden kann. Durch Einbindung des zusätzlichen Wellenfeldsynthese-Frontarrays und durch Bereitstellen der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung entsteht nunmehr jedoch ein System mit zusätzlicher Positioniermöglichkeit der ortbaren Quellen. Im Hinblick auf bekannte Wellenfeldsynthese-Arrays benötigt das erfindungsgemäße Konzept kein geschlossenes Array zur Versorgung des Hörbereichs, da die Versorgung durch die konventionelle Beschallung sichergestellt werden kann. Es ergibt sich nunmehr auch ein moderater Schallpegel besonders in den ersten Zuschauerreihen, da die Schallenergie verteilt wird. Es spielen nämlich immer mehrere Lautsprecher des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays, was in einer natürlichen Hörumgebung insbesondere in den ersten Zu- schauerreichen resultiert, an denen typischerweise auch die Personen sitzen werden, die für den Fortbestand eines Theaters/Auditoriums maßgeblich sind und daher natürlich besonders gut zu versorgen sind.In summary, the inventive concept provides a real sense perception by representing virtual sound sources based on the wave field synthesis. Furthermore, no angular errors are made in the directional resolution. In addition, virtual sound sources can be placed where the actor stands. Movements of the actors are possible without crossfading. Static sources remain stable. The sound supply of the auditorium with a sufficient sound level is still ensured with standard systems, which means that existing hardware can be used optimally. By incorporating the additional wave-field synthesis front array and by providing the drive device according to the invention, however, a system with additional positioning possibility of the locatable sources now arises. With regard to known wave-field synthesis arrays, the concept according to the invention does not require a closed array for supplying the listening area, since the supply can be ensured by the conventional sonication. It now results in a moderate sound level, especially in the first rows of spectators, as the sound energy is distributed. Namely, several loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array always play, which results in a natural listening environment, especially in the first showy areas, where typically the persons who are responsible for the continuity of a theater / auditorium will sit and, of course, especially well supply.
Um Abschattungen durch Zuhörer bei einer nicht optimalen Anordnung des Frontarrays zu reduzieren, wird das Wellen- feldsynthese-Array etwas oberhalb der Köpfe der Zuhörer angeordnet. Auch noch höhere Anordnungen sind hier potenziell möglich, wobei eine zu hohe Anordnung jedoch zu möglicher- weise auftretenden Fehllokalisationen in der Vertikalen führen wird. Auf Grund psychoakustischer Gesetzmäßigkeiten hat sich jedoch herausgestellt, dass vertikale Fehllokalisationen weniger problematisch als horizontale Fehllokalisationen sind. So ist es für einen Zuhörer nicht so proble- matisch, wenn er eine Quelle etwas zu hoch hört, wenn dafür die Links/Rechts-Position auf der Bühne genau stimmt.In order to reduce shadowing by listeners in a non-optimal arrangement of the front array, the wave field synthesis array is placed slightly above the heads of the listeners. Even higher arrangements are potentially possible here, but too high an arrangement will lead to possibly occurring mislocalizations in the vertical. However, due to psychoacoustic laws, it has been found that vertical mislocalizations are less problematic than horizontal mislocalizations. So it is not so problematic for a listener if he hears a source a bit too high, if the left / right position on the stage is exactly right.
Um unerwünschte Interferenzen beider Systeme, also der Versorgungslautsprecher und des Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarrays zu vermeiden, werden beide Lautsprechersysteme entweder synchron oder, wie es ausgeführt worden ist, derart angesteuert, dass die Wellenfront des Wellen- feldsynthese-Lautsprecherarrays etwas vor der Wellenfront der Versorgungslautsprecher beim Zuhörer ankommt.In order to avoid unwanted interference of both systems, ie the supply loudspeaker and the wave field synthesis loudspeaker array, both loudspeaker systems are controlled either synchronously or, as has been stated, such that the wavefront of the wave field synthesis loudspeaker array is slightly ahead of the wavefront of the supply loudspeakers in the listener arrives.
Bevorzugte Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen Konzepts sind Konferenzräume. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nunmehr eine Ortung eines Sprechers möglich. Mehrere Sprecher werden zu mehreren ortbaren virtuellen/realen Schallquellen, was insbesondere für Situationen von großem Vorteil ist, bei denen ohnehin Verständnisprobleme existieren können, wenn also Personen unterschiedli- eher Nationalitäten miteinander sprechen. Hier unterstützt bereits eine räumliche Separierung der einzelnen Sprecher das akustische Verstehen aller Sprecher, insbesondere dann, wenn mehrere Personen gleichzeitig reden.Preferred areas of application of the inventive concept are conference rooms. The inventive device now a location of a speaker is possible. Several speakers become several localizable virtual / real sound sources, which is particularly advantageous for situations in which understanding problems can exist anyway, ie when people of different nationalities talk to each other. Here already a spatial separation of the individual speakers supports the acoustic understanding of all speakers, especially when several people talk at the same time.
Auch bei Dolmetscheranlagen erlaubt das erfindungsgemäße Konzept eine Lokalisation des Sprechers nicht nur visuell sondern auch auditiv.Even in the case of interpreting systems, the concept according to the invention allows a localization of the speaker not only visually but also audibly.
Besonders im Theaterbereich ist die erfindungsgemäße Vor- richtung gut einsetzbar, da im Bühnenbild oft keine Stützlautsprecher eingebaut werden können. Hier ist der Einbau eines durchgehenden Lautsprecherbandes in der Bühnenkante besonders vorteilhaft und weniger auffällig. Insbesondere die Funktionalität des erfindungsgemäßen Konzepts, dass nämlich die Schallquellen sich bewegen können und entsprechend akustisch ebenfalls mitbewegt werden, ist für Theateranwendungen, welche von der Bewegung der Schauspieler leben, von besonderem Vorteil.Especially in the theater sector, the device according to the invention can be used well, since in the stage design often no support speakers can be installed. Here the installation of a continuous loudspeaker band in the stage edge is particularly advantageous and less conspicuous. In particular, the functionality of the concept according to the invention, namely that the sound sources can move and are accordingly acoustically moved along, is of particular advantage for theatrical applications which depend on the movement of the actors.
Auch für Konzertstätten liefert das erfindungsgemäße Konzept eine Auflösung einzelner Instrumente durch virtuelle Schallquellen, während dennoch eine Gesamtversorgung mit dem üblichen Pegel möglich ist, was insbesondere für Populärmusik-Konzerte von hoher Bedeutung ist.Even for concert venues, the inventive concept provides a resolution of individual instruments by virtual sound sources, while still a total supply of the usual level is possible, which is particularly important for popular music concerts of high importance.
Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektro- nisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren ComputerSystem zusammenwirken können, dass das Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit ei- nem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft. Depending on the circumstances, the method according to the invention can be implemented in hardware or in software. The implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is performed. In general, the invention thus also exists in a computer program product with a nem stored on a machine-readable carrier program code for performing the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage mit Lautsprechersignalen, wobei die Beschallungsanlage ein Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) sowie einen oder mehrere Versorgungslautsprecher (12), die von dem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) ge- trennt angeordnet sind, aufweist, mit folgenden Merkmalen:1. A device for controlling a public address system with loudspeaker signals, the public address system comprising a wave field synthesis loudspeaker array (10) and one or more supply loudspeakers (12) arranged separately from the wave field synthesis loudspeaker array (10), having the following features:
einem Audioeingang (16) zum Erhalten wenigstens eines Audiosignals von wenigstens einer Schallquelle;an audio input (16) for receiving at least one audio signal from at least one sound source;
einem Positionseingang (24) zum Erhalten einer Information über eine Position der Schallquelle;a position input (24) for obtaining information about a position of the sound source;
einer Wellenfeldsynthese-Einheit (22) zum Berechnen von Lautsprechersignalen für die Lautsprecher des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays (10) basierend auf der Position (24) des Audiosignals, basierend auf dem Audiosignal, und basierend auf einer Position der Lautsprecher des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays (10), so dass ein durch das Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray erzeugtes Schallfeld eine Lokalisierung der Schallquelle durch einen Zuhörer in einem Raum (13), der durch die Versorgungslautsprecher (12) versorgt wird, erlaubt; unda wave field synthesis unit (22) for calculating loudspeaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array (10) based on the position (24) of the audio signal based on the audio signal and based on a position of the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array (10) such that a sound field generated by the wave field synthesis loudspeaker array allows localization of the sound source by a listener in a room (13) powered by the supply speakers (12); and
einer Einrichtung (20, 24a, 24b, 30) zum Liefern des Lautsprechersignals für den einen oder die mehreren Versorgungslautsprecher (12) auf der Basis des Audiosignals.means (20, 24a, 24b, 30) for providing the loudspeaker signal to the one or more supply loudspeakers (12) on the basis of the audio signal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Liefern ausgebildet ist, um aus dem Audiosignal der einen oder der mehreren Schallquellen durch Mi- schung (14) abgeleitetes Monosignal, Stereo-Signal o- der Multikanalsignal zu liefern.2. Apparatus according to claim 1, wherein the means for providing is adapted to extract from the audio signal of the one or more sound sources by means of (14) derived mono signal, stereo signal o- the multi-channel signal to deliver.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ein- richtung zum Liefern ferner eine Verzögerungseinheit (24a) aufweist, die ausgebildet ist, um das Lautsprechersignal für den einen oder die mehreren Versorgungslautsprecher (12) abhängig von einer Verzögerung der Wellenfeldsynthese-Einheit (22) so zu verzögern, dass eine Wellenfront der Versorgungs-Lautsprecher (12) später als eine Wellenfront auf Grund des Wellen- feldsynthese-Lautsprecherarrays (10) bei einem Zuhörer eintrifft.3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the means for providing further comprises a delay unit (24a) adapted to receive the loudspeaker signal for the one or more supply loudspeakers (12) in response to a delay of the wave field synthesis unit (22) so that a wavefront of the supply speakers (12) arrives at a listener later than a wavefront due to the wave field synthesis loudspeaker array (10).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Verzögerungseinrichtung (24a) ausgebildet ist, um das Lautsprechersignal für die einen oder die mehreren Versorgungslautsprecher um 1 bis 100 ms mehr als eine Verzögerung der Wellenfeldsynthese-Einheit (22) zu verzö- gern.4. The apparatus of claim 3, wherein the delay means (24a) is configured to delay the loudspeaker signal for the one or more supply speakers by 1 to 100 ms more than a delay of the wave field synthesis unit (22).
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Pegelsteuerungseinheit (24) aufweist, die ausgebildet ist, um das Lautsprechersignal für den einen oder die mehreren Versorgungs-Lautsprecher (12) oder die Lautsprechersignale für das Wellenfeldsynthe- se-Lautsprecherarray so zu steuern, dass ein Schallpegel auf Grund des Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarrays (10) zumindest in einem bestimmten Bereich des Raums (13) kleiner als ein Schallpegel des einen oder der mehreren Versorgungs-Lautsprecher ist.5. The device of claim 1, further comprising a level control unit configured to control the loudspeaker signal for the one or more supply loudspeakers, or the loudspeaker signals for the wave field synthesis loudspeaker array in that a sound level due to the wave field synthesis loudspeaker array (10) is smaller than a sound level of the one or more utility loudspeakers, at least in a certain area of the room (13).
β. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wellenfeldsynthese-Einheit (22) ausgebil- det ist, um eine skalierbare Anzahl von Wellenfeldsyn- these-Lautsprechersignalen zu liefern. β. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the wave field synthesis unit (22) is adapted to provide a scalable number of wave field synthesis loudspeaker signals.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wellenfeldsynthese-Einheit (22) ausgebildet ist, um eine Anzahl von Lautsprechersignalen zu berechnen, die größer ist als eine Anzahl von Laut- Sprechersignalen für den einen oder die mehreren Versorgungslautsprecher (12) .Apparatus as claimed in any one of the preceding claims, wherein the wave field synthesis unit (22) is adapted to calculate a number of loudspeaker signals greater than a number of loudspeaker signals for the one or more supply loudspeakers (12).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Anzahl der Lautsprechersignale für das Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarray (10) wenigstens drei Mal so groß ist wie eine Anzahl der Lautsprechersignale für die Versorgungslautsprecher (12) .8. The apparatus of claim 7, wherein the number of loudspeaker signals for the wave field synthesis loudspeaker array (10) is at least three times as large as a number of loudspeaker signals for the supply loudspeaker (12).
9. Verfahren zur Ansteuerung einer Beschallungsanlage mit Lautsprechersignalen, wobei die Beschallungsanlage ein9. A method for controlling a public address system with loudspeaker signals, wherein the public address system
Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) sowie einen oder mehrere Versorgungslautsprecher (12), die von dem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) getrennt angeordnet sind, aufweist, mit folgenden Schritten:Wave field synthesis loudspeaker array (10) and one or more supply loudspeakers (12), which are arranged separately from the wave field synthesis loudspeaker array (10), comprising the following steps:
Erhalten (16) wenigstens eines Audiosignals von wenigstens einer Schallquelle;Obtaining (16) at least one audio signal from at least one sound source;
Erhalten (24) einer Information über eine Position der Schallquelle;Obtaining (24) information about a position of the sound source;
Berechnen (22) von Lautsprechersignalen für die Lautsprecher des Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarrays (10) basierend auf der Position (24) des Audiosignals, basierend auf dem Audiosignal, und basierend auf einer Position der Lautsprecher des Wellenfeldsynthese- Lautsprecherarrays (10), so dass ein durch das Wellen- feldsynthese-Lautsprecherarray erzeugtes Schallfeld eine Lokalisierung der Schallquelle durch einen Zuhö- rer in einem Raum (13) , der durch die Versorgungslautsprecher (12) versorgt wird, erlaubt; und Liefern (14, 20, 24a, 24b, 30, 32) des Lautsprechersignals für den einen oder die mehreren Versorgungslautsprecher (12) auf der Basis des Audiosignals.Calculating (22) speaker signals for the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array (10) based on the position (24) of the audio signal based on the audio signal and based on a position of the loudspeakers of the wave field synthesis loudspeaker array (10) the wave field synthesis loudspeaker array generated sound field, a localization of the sound source by a listener in a room (13), which is supplied by the supply speakers (12) allowed; and Providing (14, 20, 24a, 24b, 30, 32) the loudspeaker signal for the one or more supply loudspeakers (12) based on the audio signal.
10. Beschallungsanlage mit folgenden Merkmalen:10. Public address system with the following features:
einem Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) ;a wave field synthesis loudspeaker array (10);
einem oder mehreren Versorgungs-Lautsprechern (12); undone or more supply speakers (12); and
einer Vorrichtung zur Ansteuerung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8.a device for driving according to one of the claims 1 to 8.
11. Beschallungsanlage nach Anspruch 10, die in einem Raum (13) mit einem vorderen Rand und einem linken und einem rechten Rand angeordnet ist,11. Sound system according to claim 10, which is arranged in a space (13) with a front edge and a left and a right edge,
wobei wenigstens zwei Versorgungs-Lautsprecher (12d, 12b) vorhanden sind, von denen einer an dem linkenwherein there are at least two supply speakers (12d, 12b), one on the left
Rand und einer an dem rechten Rand angeordnet ist, undEdge and one at the right edge is arranged, and
wobei das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) an dem vorderen Rand angeordnet ist.wherein the wave field synthesis loudspeaker array (10) is disposed at the front edge.
12. Beschallungsanlage nach Anspruch 11, bei der der vordere Rand an einen Bereich für eine Schallquelle (15) angrenzt.12. Sound system according to claim 11, wherein the front edge is adjacent to an area for a sound source (15).
13. Beschallungsanlage nach Anspruch 12, bei der der Bereich eine Bühne (11) oder ein Rednerbereich eines Vortragssaals ist.13. Sound system according to claim 12, wherein the area is a stage (11) or a speaker area of a lecture hall.
14. Beschallungsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray (10) ein flaches Array ist, bei dem die Lautsprecher in einer Ebene in zueinander vorbestimmten Abständen liegen. 14. Sound system according to one of claims 10 to 13, wherein the wave field synthesis loudspeaker array (10) is a flat array in which the loudspeakers lie in a plane at mutually predetermined intervals.
15. Beschallungsanlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem das Wellenfeldsynthese-Lautsprecherarray in einer Bühnenkante auf Kopfhöhe von Zuschauern in dem mit Schall zu versorgenden Raum (13) oder oberhalb dieser Kopfhöhe eingebaut ist.15. Sound system according to one of claims 12 or 13, wherein the wave field synthesis loudspeaker array is installed in a stage edge at head height of spectators in the room to be supplied with sound (13) or above this head height.
16. Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 9, wenn das Compu- terprogramm auf einem Computer abläuft. 16. Computer program with a program code for carrying out the method according to claim 9, when the computer program runs on a computer.
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