1. Wellenfeldsynthese für
einen großen Hörsaal
Prolight+Sound
Media Systems Congress 2007
Anselm Goertz, Michael Makarski, Stefan Feistel
Christoph Moldrzyk, Stefan Weinzierl, Wolfgang Ahnert
A.Goertz Prolight+Sound Media Systems Congress 2007 1

2. Übersicht zum Vortrag
• Rahmenbedingungen
• Ausführende Personen
• Der Hörsaal
• Anforderungen an die Lautsprecher
• Lautsprecherkonzept
• Messwerte
• Inbetriebnahme
• Vernetzung
• Signalverteilung
• Simulationen
• Fazit
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3. Rahmenbedingungen
• Umbau und Neugestaltung des
Hörsaals H104 der TU Berlin
• Raumvolumen: ca. 3.000 m³
• Sitzplätze: ca. 600
• Boden, Decke und Bestuhlung bleiben erhalten
• Alle Wandflächen wurden neu gestaltet
• Integration einer Wellenfeldsyntheseanlage
• Demo- und Versuchsraum des
FG Audiokommunikation der TU Berlin
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4. Ausführende Personen und Firmen
• Wissenschaftliche Begleitung und WFS-Software:
Stefan Weinzierl und Mitarbeiter
(TU Berlin Fachgebiet Audiokommunikation)
• Technische Planung: Christoph Moldrzyk (Visaural)
• Raumakustische Planung: Tobias Behrens/Wolfgang Ahnert (ADA)
• Baumaßnahmen: Jürgen Fissler (Fissler und Ernst Architekten)
• WFS Planung und Umsetzung: Anselm Goertz (AAC)
• WFS Ausführung: Peter Michner (Assemtec)
• Lautsprecher Konzept: K.-H. Kuntze (FÖÖN)
• Lautsprecher Gehäuse: HK-Audio
• Lautsprecherchassis: VISATON
• Controller: HD2 System von FOUR AUDIO
• Simulationen: EASE (Stefan Feistel, Wolfgang Ahnert / AFMG)
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5. Der Hörsaal
Süd-oben
Rückseite
15m
20m
Süd-unten
10m
Nord-oben
Front 15m
16m
Nord-unten
10m
Umlaufende Länge der WFS-Linie: ca. 86m Insgesamt 832 Kanäle
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6. Der Hörsaal in der Bauphase
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7. Anforderungen an die Lautsprecher
• Abstand benachbarter Kanäle möglichst gering
(10 cm)
• Umlaufend soweit wie möglich eine geschlossene
Linie knapp über Kopfhöhe der Zuhörer
• Breites horizontales Abstrahlverhalten
• Enges vertikales Abstrahlverhalten
• Ausreichende Pegelfestigkeit auch im Bassbereich
• Alltagstauglichkeit
• Einfache Signalverteilung und Vernetzung
• Finanzierbarkeit pro Meter
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8. Der Lautsprecher aus akustischer Sicht
40cm
40cm
nur bis
5,5 kHz
nur bis Trennfrequenz:
10 kHz
200 Hz
bis
17 kHz
10cm
10cm
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9. Vernetzung der Lautsprecher
8 Ch ADAT Input
Ethernet
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10. Elektronikmodul
2x5 Endstufen ADAT-IF
Trafo Netzteil DSP-System
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11. DSP System HD2
4x ADC 2x ADC
entfällt entfällt
DSP DSP
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12. DSP System HD2
• Umsetzung von ADAT auf 8 analoge Wege
• Amplituden- und Phasenentzerrung mit FIR-Filtern
• Präzise Limiter pro Weg für die Peak- und RMS-
Leistung der Endstufen und für die Peak- und
thermische Dauerbelastbarkeit der Lautsprecher
• Individuelle Ortsanpassung über
FIR- und/oder IIR-Filter
• Komplette Fernabfrage und Fernsteuerung via
Ethernet einschließlich DHCP Fähigkeit
• Weitere 96 frei konfigurierbare IIR-Filter
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13. Messung der WFS Module unter Freifeldbedingungen
Microphon
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14. Messung der hor. Polardaten auf einer Grenzfläche
Microphon
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15. Messung der ver. Polardaten auf einer Grenzfläche
Microphon
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16. Frequenzgang auf der Grenzfläche gemessen
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17. Phasengang auf der Grenzfläche gemessen
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18. Sens. und erreichbarer Maximalpegel für einen Kanal
102 dB
88 dB
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19. Horizontales Abstrahlverhalten
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20. Vertikales Abstrahlverhalten
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21. Balloon Daten für die Simulation
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22. Messung im Saal (Linie Vorne)
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23. Ortsabhängige Entzerrungen
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24. Ausführung im Saal
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25. Ausführung im Saal
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26. Ausführung im Saal
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27. Signalverteilung
LS
PCs
Madi - ADAT
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28. Signalverteilung
• 15 Rechner mit MADI Interfaces und je 64 Audio Kanälen
• Das MADI Signal wird via LWL im Hörsaal verteilt (20-80m)
• 15 MADI nach ADAT Konverter im Saal
• Pro ADAT Konverter 8 LWL Signale mit je 8 Audiokanälen zu den
Lautsprechern (5m)
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29. Simulationen für einen Lautsprecher als Primärquelle
0m
Ref.-Punkt
Primärquelle
8 4 2 1
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30. Delays der WFS Kanäle für 1, 2, 4 und 8m
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31. Pegelverteilung der WFS Kanäle für 1m
102 dB
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32. Pegelverteilung der WFS Kanäle für 2m
102 dB
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33. Pegelverteilung der WFS Kanäle für 4m
102 dB
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34. Pegelverteilung der WFS Kanäle für 8m
102 dB
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35. Frequenzgänge und Pegelverteilung für 1m
Primärquelle
WFS
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36. Frequenzgänge und Pegelverteilung für 2m
Primärquelle
WFS
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37. Frequenzgänge und Pegelverteilung für 4m
Primärquelle
WFS
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38. Frequenzgänge und Pegelverteilung für 8m
Primärquelle
WFS
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39. Primärquelle in 4m Entfernung bei 125 Hz
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40. WFS in 4m Entfernung bei 125 Hz
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41. Primärquelle in 4m Entfernung bei 250 Hz
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42. WFS in 4m Entfernung bei 250 Hz
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43. Primärquelle in 4m Entfernung bei 500 Hz
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44. WFS in 4m Entfernung bei 500 Hz
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45. Primärquelle in 4m Entfernung bei 1 kHz
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46. WFS in 4m Entfernung bei 1 kHz
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47. Primärquelle in 4m Entfernung bei 2 kHz
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48. WFS in 4m Entfernung bei 2 kHz
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49. Primärquelle in 4m Entfernung bei 4 kHz
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50. WFS in 4m Entfernung bei 4 kHz
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51. Primärquelle in 4m Entfernung bei 8 kHz
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52. WFS in 4m Entfernung bei 8 kHz
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53. Probleme der Wellenfeldsynthese
• Quellenabstand von 10 cm für Frequenzen
oberhalb von 1,7 kHz zu groß
• Einschnürung im horizontalen
Abstrahlverhalten der WFS Quellen oberhalb
von 4 kHz
• Keine ebene Hörerfläche
• Daher wirkt sich das vertikale
Abstrahlverhalten der WFS Quellen aus
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54. Der fertige Hörsaal
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55. Anwendungen des Systems
• als Werkzeug der akustischen Forschung
– Weiterentwicklung Wellenfeldsynthese
– WFS als akustisches Instrument
• für öffentliche Veranstaltungen Audiovisuelle Präsentationen
– 3D A/V-Demonstrationen
– Emulation verschiedener Wiedergabeformate
• für die Aufführung von Medienkunst
– Elektroakustische Musik
– Live-interaktive Musik
– Klanginstallationen
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56. Fazit
• Hohe Aliasing-Frequenz erfordert eine hohe
Anzahl von Kanälen (in H104: 832 Kanäle)
• Lautsprecher mit breitem horizontalen und
engem vertikalen Abstrahlverhalten
• Die Möglichkeit der Ortsanpassung sollte
gegeben sein
• Sichere Limiter erforderlich zum Schutz vor
Überlastung
• Fernüberwachung und Fernsteuerung ist bei
großen Systemen wünschenswert
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57. Paper Download
www.anselmgoertz.de
Manuskript zu diesem Vortrag mit Text und
Grafiken als PDF File ab dem 26.März 2007
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