EP2182744B1 - Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich - Google Patents

Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich Download PDF

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EP2182744B1
EP2182744B1 EP08167919A EP08167919A EP2182744B1 EP 2182744 B1 EP2182744 B1 EP 2182744B1 EP 08167919 A EP08167919 A EP 08167919A EP 08167919 A EP08167919 A EP 08167919A EP 2182744 B1 EP2182744 B1 EP 2182744B1
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EP
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sound field
reproduced
decomposition
drive signal
desired position
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Jens Ahrens
Sascha Spors
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Deutsche Telekom AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/13—Application of wave-field synthesis in stereophonic audio systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H04S7/303—Tracking of listener position or orientation

Definitions

  • the present invention relates to the reproduction or reconstruction of a sound field in a target sound area with the aid of a plurality of loudspeakers.
  • the technique of wave field synthesis can be used.
  • This technique uses a large number of loudspeakers and thereby avoids the problem that in an area within the loudspeaker arrangement, the so-called "sweet spot", the reconstruction of the desired sound field is significantly more accurate than in the rest of the listening area, as is the case for example with the stereo.
  • Technique in stereo, however, a soundfield is not physically reconstructed, but two speakers create an illusion that sounds very similar to the natural model, but has very different physical properties.
  • stereo there is a sweet spot in that the illusion sounds most authentic at this point).
  • the speaker drive signals for each speaker are calculated analytically.
  • Ambisonics Another known technique for reconstruction of a sound field is called Ambisonics and is for example in the WO 2005/015954 A2 described.
  • This technique requires circular or spherical arrangements of loudspeakers, where the loudspeaker signals are generated using numerical algorithms.
  • the limitation of the spatial bandwidth of the drive signals necessary in the calculation path causes the reconstruction of the desired sound field in the center of the loudspeaker arrangement to be most accurate. In the center of the loudspeaker arrangement is therefore a sweet spot. With increasing distance from the center of the loudspeaker arrangement, the deviations in the reconstructed sound field become larger.
  • the arrangement of the loudspeakers should be subject to as few restrictions as possible.
  • the present invention provides a method and a device for reproducing a sound field in a target sound area.
  • electroacoustic transducers ie loudspeakers
  • a drive signal for the electroacoustic transducer is determined analytically.
  • a resulting sound field which corresponds exactly in an area around the center of the contour, the sweet spot, the sound field to be reproduced.
  • the greater the distance from the center the greater the deviations from the sound field to be reproduced, which is inherent in the analytical determination.
  • the analytical determination can be achieved according to a known method by analytically solving an integral equation describing the sound field to be reproduced.
  • the components of the integral equation can be decomposed into orthogonal basis functions, for example by Fourier decomposition.
  • the desired sound field is thus decomposed into basic functions which are orthogonal on the contour on which the loudspeakers are located.
  • the desired sound field is then tape-bound with respect to the decomposition around the desired sweet spot.
  • the desired sound field is band-limited with respect to the decomposition around the center of the loudspeaker arrangement.
  • the connection between the two decompositions represents mathematical translation theorems.
  • the starting point is in any case an integral equation.
  • the loudspeaker drive signals can be obtained via the relationships of the Kirchhoff-Helmholtz integral (as in wave field synthesis).
  • the detected drive signal is changed such that the area where the resulting sound field corresponds to the sound field to be reproduced is shifted from the center of the contour to a desired position within the target sound area.
  • This can be done for example by means of mathematical translation theorems.
  • the desired position can be predetermined at a fixed position, but it can also be shifted depending on the position of a receiver. In the latter case, the change of the drive signal then preferably takes place in real time. For example, this method can then be used to determine a position of a receiver within the target sounding area and then to change the control signal in such a way that the desired position is adjusted accordingly.
  • the changed drive signal is supplied to the electroacoustic transducers.
  • the converters convert the input electrical signals into sound signals, and emit them into the target PA range.
  • the present invention also provides an apparatus for reproducing a sound field in a target sound area.
  • the device has a plurality of electroacoustic transducers arranged on a contour surrounding the target sound area, and a processing module.
  • the processing module is able to analytically determine from signals about the desired position and audio input signals a drive signal for the electroacoustic transducers and to change the drive signal such that the sweet spot, ie the area in which the resulting sound field corresponds to the sound field to be reproduced, is moved to the desired position.
  • the drive signals can be amplified by means of an amplifier unit and supplied to the electroacoustic transducers.
  • the area where the reconstruction of the desired sound field is most accurate can be shifted to a desired position.
  • the playback can be optimized to any location within the Zielbeschallungs Kunststoffs. This shift or translation can be performed in real time, so that the playback can be tracked, for example, to a moving receiver.
  • the determination of the location of the receiver can be carried out here by means of sensors, for example a camera.
  • the invention can be used to reproduce audio signals, in particular multi-channel audio signals.
  • the audio signals can be provided by a variety of devices, such as CD, DVD or Blu-ray Disc devices, MP3 devices, computers or the like.
  • the reproduced audio signals may be MPEG2 or MPEG4 signals, for example, or be in a Dolby format.
  • Fig. 1 schematically a device according to an embodiment of the present invention is shown.
  • On a contour 11 to a target PA range 10 more speakers 20 are arranged.
  • the drive signals for the speakers 20 are in a processing module 30 determined and supplied via an amplifier unit 31 to the speakers 20.
  • the processing module 30 is fed with information 1 about the current location for which the sound reconstruction is to be optimized, ie the so-called sweet spot or the sweet area, and audio input signals 2.
  • the sweet spot should be located within the target PA area 10.
  • the processing module 30 receives a third input signal 3 which carries information about the desired sound field (eg position of the virtual sound source).
  • the drive signal is first of all calculated analytically, for example according to the method described in the above-mentioned publication by J. Ahrens and S. Spors.
  • the integral here is a surface or line integral, depending on whether the calculation is to take place in three dimensions or only in one plane.
  • the continuous drive function can be described as follows: P v and G v the decomposition coefficients of the sound field and the transfer function are in this case. Again, this is just one example of the description of the continuous drive function. This example applies to the two-dimensional viewing of circular loudspeaker arrangements.
  • the center of the decomposition is shifted in the loudspeaker drive signal D equation shown above. This can be done for example by means of various mathematical translation theorems.
  • the playback can be optimized to any location within the speaker assembly.
  • the inherent sweet spot may be constrained by limiting the spatial bandwidth of the sound field to be reproduced P, which is a function of the location and the frequency, are shifted with respect to the center of the decomposition different from the center of the speaker arrangement.
  • the sweet spot or the sweet area is then arranged around this new center of decomposition.
  • the decomposition of the sound field around any center x c with a restricted bandwidth 2M + 1 can be represented as follows:
  • r 'and ⁇ ' denote the location coordinates with respect to a local coordinate system whose origin is at x c
  • J ⁇ denotes the ⁇ -th order Bessel function
  • P denotes the decomposition coefficients of the sound field.
  • the decomposition coefficients are required with respect to the decomposition around the origin of the global coordinate system whose axes are parallel to those of the local coordinate system.
  • theorem for harmonic cylinder functions can be used in the above equation:
  • Such a translation of the decomposition center can be carried out in real time, so that the reproduction can be tracked, for example, to a moving receiver.
  • a camera can be used to determine the position of the receiver and then optimize the playback to that position.
  • the determination of the position of the receiver can also be done by a sensor that the listener carries, for example, in his pocket with it.
  • Fig. 2 is shown the sound field generated by the speakers.
  • the loudspeakers are located on the circular contour indicated by dashed lines, which surrounds the target PA range.
  • Fig. 2a the sound field is shown to result from the analytical determination by the method described above.
  • the sweet spot shown by the marked point is at the center of the contour.
  • the present invention allows the sweet spot inherent in the system to track so that the sound field reproduction is optimal for the selected receiver.
  • the corresponding sound field is in Fig. 2b shown, the only shifted sweet spot in turn marked with a cross.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Wiedergabe beziehungsweise die Rekonstruktion eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich mit Hilfe mehrerer Lautsprecher.
  • Zur authentischen physikalischen Rekonstruktion eines Schallfeldes über einen ausgedehnten Bereich kann die Technik der Wellenfeldsynthese verwendet werden. Diese Technik verwendet eine große Anzahl von Lautsprechern und vermeidet dadurch das Problem, dass in einen Bereich innerhalb der Lautsprecheranordnung, dem sogenannten "Sweet Spot", die Rekonstruktion des gewünschten Schallfeldes signifikant genauer ist als im Rest des Hörbereichs, wie es beispielsweise bei der Stereo-Technik auftritt (Bei Stereoverfahren wird allerdings nicht ein Schallfeld physikalisch rekonstruiert. Es wird vielmehr mit zwei Lautsprechern eine Illusion erzeugt, die sich dem natürlichen Vorbild sehr ähnlich anhört jedoch ganz andere physikalische Eigenschaften hat. Bei Stereoverfahren gibt es einen Sweet Spot insofern, als dass sich die Illusion an diesem Punkt am authentischsten anhört). Die Lautsprecheransteuerungssignale für die einzelnen Lautsprecher werden analytisch berechnet. In der praktischen Realisierung kommt es jedoch zu großen Abweichungen vom gewünschten Schallfeld über den gesamten potentiellen Hörbereich. Die Technik der Wellenfeldsynthese ist beispielsweise in der Veröffentlichung von S. Spors, R. Rabenstein und J. Ahrens, "The Theory of Wave Field Synthesis Revisited", in: Proceedings of the 124th Convention of the Audio Engineering Society, May 17-20, Amsterdam, The Netherlands, 2008 beschrieben.
  • Eine andere bekannte Technik zur Rekonstruktion eines Schallfeldes wird mit Ambisonics bezeichnet und ist beispielsweise in der WO 2005/015954 A2 beschrieben. Diese Technik erfordert kreisförmige bzw. kugelförmige Anordnungen von Lautsprechern, wobei die Lautsprechersignale mithilfe von numerischen Algorithmen generiert werden. Die im Rechenweg notwendige Beschränkung der räumlichen Bandbreite der Ansteuerungssignale bewirkt, dass die Rekonstruktion des gewünschten Schallfeldes im Zentrum der Lautsprecheranordnung am genauesten ist. Im Zentrum der Lautsprecheranordnung befindet sich daher ein Sweet Spot. Mit zunehmendem Abstand vom Zentrum der Lautsprecheranordnung werden die Abweichungen im rekonstruierten Schallfeld größer. In der Veröffentlichung von J. Hannemann und K. D. Donohue, "Virtual Sound Source Rendering Using a Multipole-Expansion and Method-of-Moments Approach", J. Audio Eng. Soc., Bd. 56, Nr. 6, Juni 2008, wird ein dem Ambisonics-Verfahren verwandtes Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, die Anordnung der Lautsprecher und den Ort des Sweet Spot relativ frei zu wählen. Auch hier werden die Lautsprechersignale mit numerischen und somit sehr rechenintensiven Algorithmen berechnet.
  • Mit Erweiterungen von Ambisonics, beispielsweise der als Higher Order Ambisonics bezeichneten Technik, kann in Verbindung mit einer analytischen Berechnung der Lautsprecheransteuerungssignale ein effizienteres Verfahren bereitgestellt werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Veröffentlichung von J. Ahrens und S. Spors, "Analytical driving functions for higher order ambisonics", in: IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Las Vegas, Nevada, 30. März bis 4. April 2008 beschrieben. Auch gemäß dem dort beschriebenen Verfahren stimmt jedoch das resultierende wiedergegebene Schallfeld umso schlechter mit dem gewünschten Schallfeld überein, je weiter man sich vom Zentrum der Anordnung entfernt. Es existiert also wiederum ein Sweet Spot im Zentrum der Lautsprecheranordnung.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergabe eines Schallfeldes bereitzustellen, wobei ein Sweet Spot innerhalb einer Lautsprecheranordnung frei gewählt werden kann. Die Anordnung der Lautsprecher soll hierbei möglichst wenig Einschränkungen unterliegen.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich bereitgestellt. Hierfür werden auf einer den Zielbeschallungsbereich umgebenden Kontur elektroakustische Wandler, also Lautsprecher, angeordnet. Zunächst wird ein Ansteuersignal für die elektroakustischen Wandler analytisch bestimmt. Bei dieser analytischen Bestimmung ergibt sich ein resultierendes Schallfeld, das in einem Bereich um das Zentrum der Kontur, dem Sweet Spot, dem wiederzugebenden Schallfeld genau entspricht. Je größer der Abstand vom Zentrum wird, desto größer werden die Abweichungen vom wiederzugebenden Schallfeld, was der analytischen Bestimmung inhärent ist. Die analytische Bestimmung kann gemäß einem bekannten Verfahren durch analytisches Lösen einer Integralgleichung erreicht werden, die das wiederzugebende Schallfeld beschreibt. Zur Lösung dieser Integralgleichung, die ein Oberflächen- oder Linienintegral über das Ansteuerungssignal der elektroakustischen Wandler und die Übertragungsfunktion der elektroakustischen Wandler ist, können die Komponenten der Integralgleichung in orthogonale Basisfunktionen zerlegt werden, beispielsweise mittels einer Fourierzerlegung.
  • Das gewünschte Schallfeld wird also in Basisfunktionen zerlegt, die auf der Kontur, auf der sich die Lautsprecher befinden orthogonal sind. Das gewünschte Schallfeld ist dann bezüglich der Zerlegung um den gewünschten Sweet Spot bandzubegrenzen. Ferner ist das gewünschte Schallfeld bezüglich der Zerlegung um das Zentrum der Lautsprecheranordnung bandzubegrenzen. Die Verbindung zwischen beiden Zerlegungen stellen mathematische Translationstheoreme dar. Der Ausgangspunkt ist in jedem Fall eine Integralgleichung. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, die Lautsprecheransteuerungssignale dann über die explizite Lösung der Integralgleichung (wie im folgenden detailliert beschrieben) zu gewinnen. Alternativ können die Lautsprecheransteuerungssignale über die Zusammenhänge des Kirchhoff-Helmholtz-Integrals (wie bei Wellenfeldsynthese) gewonnen werden.
  • Das ermittelte Ansteuerungssignal wird derart geändert, dass der Bereich, in dem das resultierende Schallfeld dem wiederzugebenden Schallfeld entspricht, aus dem Zentrum der Kontur zu einer gewünschten Position innerhalb des Zielbeschallungsbereichs verschoben wird. Dies kann beispielsweise mittels mathematischer Translationstheoreme erfolgen. Die gewünschte Position kann an einer festen Position vorbestimmt werden, sie kann aber auch je nach Position eines Empfängers verschoben werden. Im letzteren Fall erfolgt die Änderung des Ansteuerungssignals dann vorzugsweise in Echtzeit. Beispielsweise kann mit diesem Verfahren dann eine Position eines Empfängers innerhalb des Zielbeschallungsbereichs bestimmt werden und das Ansteuerungssignal dann derart geändert werden, dass die gewünschte Position entsprechend nachgeführt wird.
  • Das geänderte Ansteuerungssignal wird den elektroakustischen Wandlern zugeführt. Die Wandler wandeln die eingespeisten elektrischen Signale in Schallsignale um, und strahlen diese in den Zielbeschallungsbereich ab.
  • Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung auch eine Vorrichtung zur Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich bereitgestellt. Die Vorrichtung weist mehrere, auf einer den Zielbeschallungsbereich umgebenden Kontur angeordnete elektroakustische Wandler, und ein Verarbeitungsmodul auf. Das Verarbeitungsmodul ist in der Lage, aus Signalen über die gewünschte Position und Audioeingangssignalen ein Ansteuerungssignal für die elektroakustischen Wandler analytisch zu bestimmen und das Ansteuerungssignal derart zu ändern, dass der Sweet Spot, also der Bereich, in dem das resultierende Schallfeld dem wiederzugebenden Schallfeld entspricht, zu der gewünschten Position verschoben wird. Die Ansteuerungssignale können mittels einer Verstärkereinheit verstärkt werden und den elektroakustischen Wandlern zugeführt werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann der Bereich, an dem die Rekonstruktion des gewünschten Schallfeldes am genauesten ist, zu einer gewünschten Position hin verschoben werden. Somit kann die Wiedergabe auf einen beliebigen Ort innerhalb des Zielbeschallungsbereichs optimiert werden. Diese Verschiebung oder Translation kann in Echtzeit ausgeführt werden, so dass die Wiedergabe zum Beispiel einem sich bewegenden Empfänger nachgeführt werden kann. Die Bestimmung des Ortes des Empfängers kann hierbei mittels Sensoren, beispielsweise einer Kamera, durchgeführt werden.
  • Die Erfindung kann zur Wiedergabe von Audiosignalen, insbesondere Mehrkanalton-Audiosignalen verwendet werden. Die Audiosignale können durch verschiedenste Geräte bereitgestellt werden, wie beispielsweise CD-, DVD- oder Blu-ray Disc-Geräte, MP3-Geräte, Computer oder ähnliches. Die wiedergegebenen Audiosignale können dabei beispielsweise MPEG2- oder MPEG4-Signale sein oder in einem Dolby-Format vorliegen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, wobei
    • Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und
    • Fig. 2 ein erzeugtes Schallfeld zeigt, wobei in Fig. (a) der Sweet Spot im Zentrum der Lautsprecheranordnung ist und in Fig. (b) zu einem anderen Punkt innerhalb der Lautsprecheranordnung verschoben wurde.
  • In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Auf einer Kontur 11 um einen Zielbeschallungsbereich 10 sind mehrere Lautsprecher 20 angeordnet. Die Ansteuerungssignale für die Lautsprecher 20 werden in einem Verarbeitungsmodul 30 bestimmt und über eine Verstärkereinheit 31 den Lautsprechern 20 zugeführt. Dem Verarbeitungsmodul 30 werden hierfür Informationen 1 über den momentanen Ort, für den die Schallrekonstruktion optimiert werden soll, also den sogenannten Sweet Spot oder die Sweet Area, und Audioeingangssignale 2 eingespeist. Der Sweet Spot sollte sich hierbei innerhalb des Zielbeschallungsbereichs 10 befinden. Außerdem erhält das Verarbeitungsmodul 30 ein drittes Eingangssignal 3, das Information über das gewünschte Schallfeld trägt (z.B. Position der virtuellen Schallquelle).
  • Zur Berechnung der Ansteuerungssignale für die Lautsprecher 20 wird zunächst das Ansteuerungssignal analytisch, beispielsweise gemäß dem in der oben bereits angesprochenen Veröffentlichung von J. Ahrens und S. Spors durchgeführten Verfahren, berechnet.
  • In dem dort beschriebenen Verfahren, das hier lediglich als Beispiel beschrieben ist, wird von einer Beschreibung des wiederzugebenden Schallfeldes P durch ein Integral über das Ansteuerungssignal D der Lautsprecher, die auf einer Kontur um den Zielbeschallungsbereich herum angeordnet sind, und die räumliche Übertragungsfunktion G der Lautsprecher dargestellt: P = ∫ D ⋅ Gd ⁢ Ω
    Figure imgb0001
  • Das Integral ist hierbei ein Oberflächen- oder Linienintegral, je nachdem ob die Berechnung in drei Dimensionen oder lediglich in einer Ebene erfolgen soll.
  • Diese Integralgleichung wird durch eine Zerlegung der involvierten Größen in orthogonale Basisfunktionen B und Bestimmung der jeweiligen Zerlegungskoeffizienten gelöst Entsprechend kann das Schallfeld P dargestellt werden durch P = ∑ P ∘ ⁢ B
    Figure imgb0002
    wobei P̊ die entsprechenden Zerlegungskoeffizienten bezeichnet. Dies kann beispielsweise durch eine Fourierzerlegung erfolgen. Das Lautsprecheransteuerungssignal D kann somit folgendermaßen berechnet werden: D = ∑ P ∘ G ∘ ⁢ B
    Figure imgb0003
  • Im Falle einer Fourierzerlegung bezeichnen die Größen P und G also die entsprechenden Fourierkoeffizienten.
  • Diese Summe hat theoretisch unendlich viele Summanden. Da dies in der Praxis im Allgemeinen nicht implementierbar ist, und auch um übermäßiges räumliches Aliasing zu vermeiden, wird die Summation begrenzt. Dies hat jedoch zur Folge, dass das resultierende wiedergegebene Schallfeld umso schlechter mit dem gewünschten Schallfeld übereinstimmt, je weiter man sich vom Zentrum der Zerlegung entfernt. Der sogenannte Sweet Spot beziehungsweise die Sweet Area, also der Bereich der optimalen Wiedergabe, befindet sich also bei dieser analytischen Bestimmung im Zentrum der Lautsprecheranordnung, da die Position des Zentrums der Zerlegung mit dem Zentrum der Lautsprecheranordnung übereinstimmt.
  • Als Ergebnis dieser Berechnung kann die kontinuierliche Ansteuerungsfunktion folgendermaßen beschrieben werden:
    Figure imgb0004
     P v und G v sind hierbei die Zerlegungskoeffizienten des Schallfeldes und der Übertragungsfunktion. Auch dies ist lediglich ein Beispiel für die Beschreibung der kontinuierlichen Ansteuerungsfunktion. Dieses Beispiels gilt für die zweidimensionale Betrachtung kreisförmiger Lautsprecheranordnungen.
  • Um den Ort, wo die Rekonstruktion des gewünschten Schallfeldes am genauesten ist, zu einem gewünschten Ort zu verschieben, wird gemäß der Erfindung das Zentrum der Zerlegung in der oben gezeigten Gleichung für das Lautsprecheransteuerungssignal D verschoben. Dies kann beispielsweise mittels verschiedener mathematischer Translationstheoreme erfolgen. Somit kann die Wiedergabe auf einen beliebigen Ort innerhalb der Lautsprecheranordnung optimiert werden.
  • Beispielsweise kann auf der Basis der oben beschriebenen analytischen Berechnung der inhärente Sweet Spot durch Einschränken der räumlichen Bandbreite des wiederzugebenden Schallfeldes P, das eine Funktion des Ortes und der Frequenz ist, in Bezug auf das Zentrum der Zerlegung, das sich vom Zentrum der Lautsprecheranordnung unterscheidet, verschoben werden. Der Sweet Spot oder die Sweet Area ist dann um dieses neue Zentrum der Zerlegung angeordnet. Die Zerlegung des Schallfelds um ein beliebiges Zentrum xc mit einer eingeschränkten Bandbreite 2M+1 kann folgendermaßen dargestellt werden:
    Figure imgb0005
  • In dieser Gleichung bezeichnen r' und α' die Ortskoordinaten bezüglich einem lokalen Koordinatensystem, dessen Ursprung bei xc ist, J µ bezeichnet die Besselfunktion µ-ter Ordnung, P bezeichnet die Zerlegungskoeffizienten des Schallfelds. Zur Berechnung des Ansteuerungssignals werden jedoch die Zerlegungskoeffizienten benötigt bezüglich der Zerlegung um den Ursprung des globalen Koordinatensystems, dessen Achsen parallel zu denen des lokalen Koordinatensystems liegen. Hierzu kann das Additionstheorem für harmonische Zylinderfunktionen in die obige Gleichung eingesetzt werden:
    Figure imgb0006
  • Hierbei wird mit rc und αc die Position des lokalen Koordinatensystems im globalen Koordinatensystem beschreiben. Um PM wiederzugeben, werden die Zerlegungskoeffizienten P v,M (ω) in die obigen Gleichung zur Berechnung des Lautsprecheransteuerungssignals D eingesetzt. Es werden also zwei Bandbreitenbeschränkungen deutlich: zum einen ist PM bezüglich der Zerlegung um xc bandbreitenbegrenzt, wobei diese Begrenzung mit M bezeichnet wird. PM weist dennoch eine unendliche räumliche Bandbreite bezüglich der Zerlegung um den Koordinatenursprung auf. Weiterhin ist das Ansteuerungssignal bandbreitenbegrenzt in Bezug auf die Zerlegung um den Koordinatenursprung. Diese Beschränkung ist mit N bezeichnet. Die erwünschte Komponente des wiedergegebenen Schallfeldes ist also zweifach bandbreitenbegrenzt.
  • Eine solche Translation des Zerlegungszentrums kann in Echtzeit ausgeführt werden, so dass die Wiedergabe beispielsweise einem sich bewegendem Empfänger nachgeführt werden kann. In einem solchen System kann beispielsweise eine Kamera verwendet werden, um die Position des Empfängers zu bestimmen und die Wiedergabe dann auf diese Position zu optimieren. Die Bestimmung der Position des Empfängers kann auch durch einen Sensor erfolgen, den der Hörer beispielsweise in der Hosentasche mit sich führt.
  • In Fig. 2 ist das durch die Lautsprecher erzeugte Schallfeld gezeigt. Die Lautsprecher befinden sich hierbei auf der gestrichelt angedeuteten, kreisförmigen Kontur, die den Zielbeschallungsbereich umgibt. In Fig. 2a ist das Schallfeld gezeigt, dass sich durch die analytische Bestimmung durch das oben beschriebene Verfahren ergibt. Hierbei ist der Sweet Spot, der durch den markierten Punkt gezeigt ist, im Zentrum der Kontur.
  • Bewegt sich jedoch ein Empfänger zu dem in Fig. 2b markierten Punkt innerhalb des Zielbeschallungsbereichs, erlaubt es die vorliegende Erfindung, den dem System inhärenten Sweet Spot so nachzuführen, dass die Schallfeldwiedergabe für den ausgewählten Empfänger optimal ist. Das entsprechende Schallfeld ist in Fig. 2b gezeigt, der nur verschobene Sweet Spot wiederum mit einem Kreuz markiert.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich mittels mehrerer, auf einer den Zielbeschallungsbereich umgebenden Kontur angeordneter elektroakustischer Wandler, mit den Schritten:
    - analytisches Bestimmen eines Ansteuerungssignals für die elektroakustischen Wandler durch orthogonales Zerlegen des wiederzugebenden Schallfeldes um das Zentrum der Kontur und räumliches Bandbegrenzen des wiederzugebenden Schallfeldes bezüglich der Zerlegung, derart, dass das resultierende Schallfeld in einem Bereich um das Zentrum der Kontur dem wiederzugebenden Schallfeld entspricht;
    - Ändern des Ansteuerungssignals durch Verschieben des Zentrums der Zerlegung zu einer gewünschten Position und räumliches Bandbegrenzen des wiederzugebenden Schallfeldes bezüglich der zur gewünschten Position verschobenen Zerlegung mittels eines mathematischen Translationstheorems, so dass der Bereich, in dem das resultierende Schallfeld dem wiederzugebenden Schallfeld entspricht, zu der gewünschten Position innerhalb des Zielbeschallungsbereichs verschoben wird; und
    - Zuführen des geänderten Ansteuerungssignals an die elektroakustischen Wandler.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ansteuerungssignal durch analytisches Lösen einer das wiederzugebende Schallfeld beschreibenden Integralgleichung bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Integralgleichung ein Oberflächen- oder Linienintegral über das Ansteuerungssignal der elektroakustischen Wandler und die räumliche Übertragungsfunktion ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Lösung der Integralgleichung durch eine Zerlegung des Schallfeldes, des Ansteuerungssignals und der Übertragungsfunktion in orthogonale Basisfunktionen erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ansteuersignal über die Zusammenhänge des Kirchhoff-Helmholtz-Integrals bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verschiebung zu einer gewünschten Position in Echtzeit erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die gewünschte Position der Position eines sich bewegenden Empfängers entspricht, wobei die gewünschte Position der Position des Empfängers nachgeführt wird.
  8. Vorrichtung zur Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich (10), insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit mehreren elektroakustischen Wandlern (20) und einem Verarbeitungsmodul (30) zum Zuführen eines Ansteuerungssignals an die elektroakustischen Wandler (20), wobei das Verarbeitungsmodul (30) dazu ausgebildet ist, das Ansteuerungssignal analytisch durch orthogonales Zerlegen des wiederzugebenden Schallfeldes um das Zentrum der Kontur und durch räumliches Bandbegrenzen des wiederzugebenden Schallfeldes bezüglich der Zerlegung derart zu bestimmen, dass das resultierende Schallfeld in einem Bereich um das Zentrum der Kontur (11) dem wiederzugebenden Schallfeld entspricht und das Ansteuerungssignal durch Verschieben des Zentrums der Zerlegung zu einer gewünschten Position und räumliches Bandbegrenzen des wiederzugebenden Schallfeldes bezüglich der zur gewünschten Position verschobenen Zerlegung mittels eines mathematischen Translationstheorems derart zu ändern, dass der Bereich, in dem das resultierende Schallfeld dem wiederzugebenden Schallfeld entspricht, zu der gewünschten Position innerhalb des Zielbeschallungsbereichs (10) verschoben wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit einer Verstärkereinheit (31) zum Verstärken des vom Verarbeitungsmodul (30) bestimmten geänderten Ansteuerungssignals und zum Zuführten des verstärkten Signals den elektroakustischen Wandlern (20).
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, ferner mit einem Audiowiedergabegerät zum Bereitstellen eines das Schallfeld beschreibenden Audiosignals.
EP08167919A 2008-10-30 2008-10-30 Wiedergabe eines Schallfeldes in einem Zielbeschallungsbereich Not-in-force EP2182744B1 (de)

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