Spatialisation von Klangsignalen

Projekdauer: Herbst 1997 bis 1998

Im Rahmen dieses Projekts sollen die Grundlagen der räumlichen Abbildung von Klang erarbeitet werden. Ausgehend von einer umfassenden Literaturzusammenstellung werden Themen wie 

- Physiologische und Psychoakustische Grundlagen des räumlichen Hörens, 
- Außenohr-Übertragungsfunktion (head related tranfer function, HRTF): Messung und Datensätze
- Kopfhörer-Wiedergabe durch Nachbildung der HRTFs mit digitaler Signalverarbeitung

für den Einsteiger bereitgestellt.

Den Schwerpunkt des Projekts bildet die Entwicklung eines echtzeitfähigen Verfahrens zur Spatialisation von bewegten Monosignalen für die Kopfhörer-Wiedergabe. Dabei treten zwei Probleme auf:

• Die Nachbildung der HRTFs muß recheneffizient erfolgen, um bei bestehender Rechenleistung möglichst viele Quellen spatialisieren zu können. Daher müssen die HRTFs, die gewöhnlich als diskrete Spektren bzw. als binaurale Impulsantworten vorliegen, vereinfacht werden. Um dennoch ein gutes Spatialisationsergebnis zu erhalten, kann zusätzlich eine einfache Raumsimulation mit mehreren frühen Reflexionen mit Richtungsinformation durchgeführt werden. 

Darüber hinaus wird versucht werden, die Verbesserung der Lokalisationsfähigkeit durch die Verwendung von Kopfbewegungen zu nutzen. Dabei werden die Kopfbewegungen des Hörers aufgenommen und der über Kopfhörer zugespielte Klang so verändert, daß die virtuellen Quellen für den Hörer ortsstabil bleiben. Eine Kopfdrehung um 5° nach rechts bedeutet, daß jede vor dem Kopf liegende Quelle um 5° nach links verschoben werden muß, um ein konsistentes Klangbild zu erhalten. 
Durch die Kombination von Bewegungseinflüssen und einfachster Raumsimulation soll untersucht werden, wie weit die Nachbildungen der HRTFs vereinfacht werden können, ohne dabei eine "gute" Verräumlichung der virtuellen Quellen zu verlieren. 
Die Plattform für die Implementation ist SGI.
• Bei bewegten Quellen muß zwischen mehreren HRTFs interpoliert werden. Diese Interpolation muß idealerweise zwischen den perzeptiven Merkmalen wie der Verschiebung eines spektralen Minimums der HRTF mit veränderlichem Azimuthwinkel erfolgen und nicht zwischen den einzelnen Abtastwerten der zwei beteiligten HRTFs. Die Abbildung solcher perzeptiv relevanter Merkmale auf mathematisch handhabbare Räume ist nicht trivial.

Die meisten Verfahren basieren auf einer Faktorenanalyse bzw. Hauptkomponentenanalyse der HRTFs. Als Rohdaten werden entweder die linearen bzw. logarithmierten Amplitudenspektren, die komplexwertigen HRTFs oder die Impulsantworten verwendet. Die Interpolation erfolgt dann zwischen den Hauptkomponenten bzw. Faktorenwerten.

Eine Erweiterung des Projekts soll untersuchen, wieweit aus mehrkanaligen Aufnahmen realer Schallsituationen ein Stereosignal für binaurale Wiedergabe berechnet werden kann. Dabei kommt ein Beam Forming - Ansatz zum Einsatz. Ein solches Verfahren könnte dort eingesetzt werden, wo eine Schallsituation sowohl messtechnisch erfaßt werden muß (Aufnahme mit Kugelmikrophon) als auch eine möglichst klanggetreue Wiedergabe erreicht werden soll (Aufnahme mit Kunstkopf). 

© 2000, zuletzt geändert am 27.8.2001.