Psychoakustische Experimente zur Optimierung der Wellenfeldsynthese für Anwendungen in AR/VR Umgebungen
Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden die Wahrnehmung in Wellenfeldsynthese und die Simulation von Wellenfeldsynthese mittels binauraler Synthese untersucht. Hauptziel des Projektes war es, die Qualität von durch Wellenfeldsynthese erzeugten Hörwahrnehmungen quantitativ und unter Berücksichtigung der Raumakustik zu beschreiben, um Hinweise für die Anwendung von Wellenfeldsynthese z.B. in AR/VR-Umgebungen zu gewinnen und die Rendering-Algorithmen im Hinblick auf die erreichbare Wiedergabequalität zu verbessern. Im Rahmen der Untersuchungen zeigte sich, dass der zwischen realen und binaural synthetisierten Systemen auftretende Unterschied verschiedener für die Qualität von Wellenfeldsynthesesystemen maßgeblicher Attribute von Hörereignissen wie Klangfarbe und Entfernung im Moment noch deutlich ist. Hinsichtlich der Lokalisation von Schallquellen lassen sich dagegen realistische Ergebnisse erzielen. Die gewonnenen Erkenntnisse legen nahe, dass die Simulation von Wellenfeldsynthese mittels binauraler Methoden zum aktuellen Stand noch nicht als Entwicklungswerkzeug tauglich ist. Im Rahmen des Projektes konnten sowohl für die binaurale Synthese als auch für die Wellenfeldsynthese bisher nicht vorhandene, theoretisch durchgängige Herleitungen entwickelt und validiert werden. Insbesondere wurde gezeigt, dass mittels individuell entzerrter, auf Messungen am Eingang des verschlossenen Gehörgangs basierender, individueller binauraler Synthese die Lautheit einer Referenzszene frequenzabhängig korrekt nachgebildet werden kann. Voraussetzung dafür ist die Auswahl geeigneter Kopfhörer. Ein Auswahlkriterium, das diesen Vorgang abbildet wurde im Rahmen des Projektes entwickelt und verifiziert. Hinsichtlich der Wahrnehmung in Wellenfeldsynthese konnte gezeigt werden, dass Richtungs- und Entfernungsunterschiedsschwellen erzielt werden können, die den von realen Schallquellen bekannten Werten sehr nahe kommen. Dies gilt insbesondere auch für die Richtungs- und Entfernungsabhängigkeiten genannter Schwellen und für den Einfluss des Spektralgehalts der Stimuli. Die im Rahmen dieses Projekts realisierbaren, verschiedenen raumakustischen Bedingungen (mittlere Nachhallzeiten zwischen 50 und 200 ms bei einem Raumvolumen von etwa 90m3) zeigten dabei keine nennenswerten Einflüsse. Auch der Einfluss der mittels Wellenfeldsynthese simulierten Primärquellenart (ebene Welle, Kugelwelle, fokussierte Quelle) ist – falls vorhanden – vernachlässigbar. Auch bei Wellenfeldsynthese existiert ein Einfluss visueller Stimuli auf die Hörwahrnehmung, der quantitativ jedoch aufgrund der sehr stabilen Hörereignispositionen geringer als bei konventionellen Audiowiedergabeverfahren wie z.B. Stereofonie ist. Insbesondere hinsichtlich der Entfernungswahrnehmung lässt sich allerdings auch bei Wellenfeldsynthese sagen, dass eine stabile Entfernungskodierung nur begrenzt möglich ist. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Wiedergabequalität von Wellenfeldsynthese hinsichtlich Lokalisation und Richtungs- sowie Entfernungsunterschiedsschwellen weitgehend vergleichbar mit realen Quellen ist. Hauptsächlich störend wirken Alias-Artefakte aufgrund der räumlichen Unterabtastung, die neben den bekannten Klangfarben-Verfälschungen auch die Lokalisation nachteilig beeinflussen können. Visuelle Einflüsse auf die mit Wellenfeldsynthese erreichbare Wiedergabequalität zeigen sich vor allem hinsichtlich der Entfernungswahrnehmung, was einen reduzierten Anspruch an die korrekte Entfernungsdarstellung nahelegt, der in Anwendungen der Wellenfeldsynthese hinsichtlich Rendering und Kodierung zur Reduzierung der Datenrate eingesetzt werden könnte. Bericht in Publikumsmedien: BR alpha 15. Oktober 2012 (http://www.mmk.ei.tum.de/~tal/medien/)
Publications
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- Psychoakustische Experimente zur Distanz mittels Wellenfeldsynthese erzeugter Hörereignisse. Fortschritte der Akustik, DAGA 2010, DEGA e.V., Berlin, 2010
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- Überlegungen zu Möglichkeiten und Grenzen virtueller Wellenfeldsynthese. Fortschritte der Akustik, DAGA 2010, DEGA e.V., Berlin, 2010
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- Wave Field Synthesis with Primary Source Correction: Theory, Simulation Results, and Comparison to Earlier Approaches. 133rd AES Convention, 2012
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- Ventriloquism Effect in Wave Field Synthesis: Aspects of Distance and Direction. Fortschritte der Akustik, DAGA 2013, DEGA e.V., Berlin, 2013
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