3 Aufgabe 2 - Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik ...

1 Eigenschaften einer auditiven virtuellen Umgebung
1 Die Aufgabe auditiver virtueller Umgebungen besteht darin, Schallereignisse zu erzeugen,
die zu Hörereignissen führen, die vom Hörer zumindest als plausibel akzeptiert
werden. Hierzu ist es erforderlich, ein Modell der Umgebung zu erstellen, in die der Hörer
versetzt werden soll; dieses Modell enthält auch die Gesetzmäßigkeiten, die die Herstellung
des Schallfeldes bestimmen (z. B. Nachbildung der Naturgesetze der Schallausbreitung in
realen Umgebungen). Für die zur Synthese des Schallfeldes notwendigen Berechnungen
sind hierbei grundsätzlich zwei Verfahren denkbar: der wellentheoretische Ansatz und
die geometrische Akustik. Vorteil der geometrischen Akustik ist der erheblich geringere
Rechenzeitbedarf. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist allein mit diesem Ansatz
die Implementierung eines realzeitfähigen und somit interaktiven Systems möglich.
Hierbei werden der Wellencharakter bei der Schallausbreitung vernachlässigt und
Reflexionen mit Hilfe virtueller Schallquellen nachgebildet. Die geometrischen Orte dieser
virtuellen Schallquellen werden mit Hilfe des Spiegelschallquellen- oder eines Strahlverfolgungsverfahrens
aus dem Ort der primären Schallquelle und der geometrischen Beschreibung
der reflektierenden Flächen berechnet. Der Ort des Empfängers muss berücksichtigt
werden, um zu entscheiden, ob ein gültiger geometrischer Schallweg zwischen Quelle und
Empfänger existiert, d. h. ob diese virtuelle Schallquelle einen Beitrag zur Schallfeldsynthese
liefert.
Das Signal der virtuellen Schallquelle ergibt sich dabei aus dem Originalsignal unter
Berücksichtigung der Eigenschaften der Übertragungsstrecke, die diesen Schallweg
beschreibt. Dabei müssen folgende Elemente berücksichtigt werden:
• Abstrahleigenschaften der Quelle (z. B. Richtcharakteristik)
•
•
Übertragungseigenschaften des Mediums (z. B. in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit)
Übertragungseigenschaften der reflektierenden Flächen (in Abhängigkeit von Einfallswinkel
und Frequenz, z. B. geometrische und diffuse Reflexionen)
• Empfangseigenschaften des Empfängers (z. B. Außenohrübertragungsfunktionen)
Zur Berechnung des Signals werden diese Elemente als kausale lineare zeitinvariante
Systeme angenommen, die sich durch FIR-Filter beliebig gut approximieren lassen; die
Übertragungsfunktionen dieser Teilsysteme werden entweder berechnet oder durch Messung
bestimmt und in entsprechenden Datenbanken im Simulationssystem abgelegt. Die
Auswahl der Filter erfolgt anhand der Parameter des gerade betrachteten Schallweges
(z. B. Abstrahlrichtung, Länge des Schallweges, Reflexionswinkel, Einfallsrichtung). Der
Übergang zum interaktiven Realzeitsystem erfolgt durch die Betrachtung diskreter Zeitabschnitte,
für die das Gesamtsystem wiederum als linear und zeitinvariant angenommen
wird. Der Übergang zwischen einzelnen Zeitabschnitte stellt eine eigene Problemstellung
dar, für die unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen wurden (z. B. Output crossfading
oder Parameter Tracking; [2]).
1 Der Abschnitt 1 ist [1] entnommen
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