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Kurzfassung

Räumlich-zeitlich-spektrale Entzerrung von sphärisch gemessenen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen

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Hintergrund

Kopfhörerbasiertes binaurales 3D-Audio verschafft uns ein realistisches Klangerlebnis, das durch eine Berücksichtigung der Kopfbewegungen des Hörers noch verbessert wird. Möglich wird eine Nutzung der Binauraltechnik durch kopfbezogene Übertragungsfunktionen (head-related transfer functions, HRTF). Die Messung dieser HRTFs kann mit Hilfe eines Kunstkopfes erfolgen, eine individuelle personenbezogene Messung liefert jedoch einen besseren „akustischen Fingerabdruck“ des an den Ohren einer Person eintreffenden räumlichen Schallfeldes, führt zu einer plausibleren Darbietung und bewirkt eine verbesserte Lokalisation. Die Messung eines HRTF-Satzes erfolgt üblicherweise über in den Ohren platzierte Mikrophone und eine Messung des Schalleinfalls aus einer Vielzahl von Richtungen. Diese durch den HRTF-Satz repräsentierten „akustischen Fingerabdrücke“ werden über eine Faltung einem Audiosignal aufgeprägt, und es entsteht so bei der Wiedergabe eine räumliche Wahrnehmung aus der entsprechenden Richtung.

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Lösung

Die Innovation SUpDEq (Spatial Upsampling by directional Equalization) des Instituts für Nachrichtentechnik der TH Köln beruht auf der räumlich-zeitlich-spektralen Entzerrung der sphärischen Datensätze. Dadurch verschiebt sich die Energie der HRTF-Sätze in der SH-Domäne zu wesentlich geringeren Ordnungen. Für Messung, Speicherung und Interpolation kann somit eine wesentlich geringere räumliche Ordnung genutzt werden. So wird die Anzahl der gemessenen Datensätze von ca. 2700 auf lediglich 100 - 300 reduziert, ohne dass sich die Fehler bei der Interpolation relevant erhöhen oder bei der Nutzung der Datensätze Artefakte hörbar werden. Der Aufwand für die Messung und Speicherung eines HRTFs-Satzes reduziert sich demnach signifikant. Das über die Kopfhörer dargebotene Audiosignal enthält wieder die ursprünglichen spektralen und temporalen Eigenschaften. Auch die räumlichen höheren Ordnungen werden im Wesentlichen wiederhergestellt.

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Vorteile

• Drastische Verringerung des Messaufwandes und der Messdauer
• Drastische Reduzierung des Rechenaufwandes bei der binauralen Synthese
• Hervorragende Wiedergabequalität
• An Nutzer angepasste Individualisierung von Kopfgeometrien möglich 

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Anwendungsbereiche

• Kopfhörerbasiertes 3D-Audio
• Head-mounted Displays
• Lebensechte Audio-Wiedergabe von Klangereignissen in Clubs, Konzertsälen, Opernhäusern, Sportstadien
• Silent Disco / Quiet Clubbing
• Virtual Reality
• Augmented Reality

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Service

Ein voll funktionsfähiger Demonstrator in Form einer Matlab-Toolbox ist verfügbar. Gern informieren wir Sie über den Verfahrensstand. Die Funktionalität wurde komplett algorithmisch realisiert und nachgewiesen. Im Namen der TH Köln bietet PROvendis interessierten Unternehmen Lizenzen an der Erfindung und der Patentanmeldung an.