Neue Modelle und Ansätze für die robuste Entzerrung von Lautsprecher-Raum-Systemen

Durch die wachsende Präsenz vielfältiger Formen der audiovisuellen Kommunikation, beispielsweise durch komfortable, mehrkanalige Freisprecheinrichtungen oder die Schaffung virtueller akustischer Umgebungen für Multimedia-Anwendungen, ist die Optimierung von Lautsprecher-Raum-Systemen von großer praktischer Bedeutung. Das Ziel des vorgeschlagenen Forschungsvorhabens besteht darin, neue Ansätze zum Entwurf derartiger Systeme zu untersuchen und so weit auszuarbeiten, dass damit Raumgebiete in optimaler Weise entzerrt werden können. In den Vorarbeiten des Antragstellers wurde bereits erfolgreich gezeigt, wie durch Nachhall beeinträchtigte akustische Lautsprecher-Raum-Systeme effizient entzerrt werden können, indem die klassische inverse Filterung durch eine Formung der Gesamtimpulsantworten nach einer gegebenen Abklingkurve ersetzt wird. Hierdurch können störende Nachhallkomponenten im Idealfall (z. B. bei ausreichend langem Entzerrer) so weit reduziert werden, dass sie nicht mehr wahrnehmbar sind. Es sollen nun die vom Antragsteller entwickelten robusten Lösungen für die Raumentzerrung und Übersprechkompensation in halligen Umgebungen derart erweitert werden, dass damit auch größere Bewegungen des Zuhörers zugelassen werden können. Um dies zu erreichen, sollen neue Modelle für die zu beachtenden ortsabhängigen Impulsantwort-Abweichungen und neue Methoden für die Schätzung (Interpolation, Extrapolation) von Raumimpulsantworten im betrachteten Volumen erarbeitet und für die Entzerrung nutzbar gemacht werden. Dabei soll u. a. das Prinzip des Compressed Sensing zum Einsatz kommen. Ziel ist es dabei, mit möglichst wenigen Kontrollmessungen nahezu die gleiche Entzerrungsgüte und Robustheit wie bei einer vollständigen Ausmessung des Raumes zu erreichen. In Kombination mit einem optischen Trackingsystem, das die Kopfposition und Kopfausrichtung des Zuhörers erfasst, soll eine adaptive Nachführung der Raumentzerrung ermöglicht werden, die ihrerseits die Grundlage für die Präsentation dreidimensionaler Audioinhalte über Lautsprecher in halligen Umgebungen bildet. Die vorgeschlagene Methode birgt das Potenzial, die Limitierung existierender Übersprechkompensationssysteme auf ihre Verwendung in stark gedämpften Räumen zu überwinden. Die Grenzen und Möglichkeiten der vorgeschlagenen Vorgehensweise sollen im Projekt eingehend untersucht werden. Um die beim Filterentwurf existierenden Freiheitsgrade optimal zu nutzen, soll die Wahrnehmbarkeit von Artefakten eine wichtige Rolle beim Algorithmenentwurf spielen.

With the growing presence of multiple forms of audio-visual communication, for example, in form of comfortable multi-channel hands-free telephony or by the creation of virtual acoustic environments for multimedia applications, the optimization of loudspeaker-room systems is of great practical importance. The objective of the proposed research is to investigate new approaches for the design of such systems and to enable the equalization of spatial volumes in an optimal way. In previous works of the applicant, it has been successfully shown how acoustic loudspeaker-room systems that suffer from severe reverberation can be effectively equalized by replacing the inverse-filtering paradigm by a shaping of the overall response according to a given decay curve. In ideal cases (e.g. with sufficiently long equalizers) disturbing reverberation can be reduced so far that it becomes inaudible. In the proposed research, the robust design paradigms for listening-room equalization and crosstalk cancellation developed by the applicant are to be extended in such a way that larger movements of listeners can be allowed. For this, novel statistical models for position-dependent system perturbations and compressed-sensing based methods for the estimation (interpolation, extrapolation) of room impulse responses are to be developed and incorporated into room equalization. The goal is, for example, to minimize the number of required measurements while achieving nearly the same robustness as with a complete measuring of the room according to the spatial sampling theorem. For adaptive solutions, the head position is to be captured with an optical tracking system and incorporated into an adaptive equalization. This adaptation founds the basis for the presentation of 3D audio via loudspeakers in reverberant environments, and the proposed model-based approach has the potential to overcome the limitations of existing crosstalk-cancellation systems to nearly anechoic rooms. The limits of performance are to be investigated within the project. To optimally exploit the existing degrees of freedom during filter design, the perception of artifacts will play an important role within the algorithm design.