Ambisonics ist ein weitverbreitetes Audiowiedergabeformat zur lautsprecherbasierten Reproduktion räumlicher Schallfelder. Klassische Ambisonics-Decoder basieren auf der Annahme ebener Wellen. Damit eine Fernfeldnäherung ebener Wellen für die Lautsprecher zulässig ist, müssen diese ein Sampling der Kugel mit konstantem und ausreichend großem Abstand zum Hörer darstellen. Für die Realisierung eines Arrays in einer kleinen Hörkabine müssen die Lautsprecher aufgrund des geringen Abstands im Nahfeld, d.h. als Punktschallquellen beschrieben werden und können aus Platzmangel nicht auf einer Kugel mit einheitlichem Radius platziert werden, sodass klassische Decoder nicht mehr verwendet werden können. In dieser Arbeit wird daher eine Decoding-Methode entwickelt und analysiert, die unter Berücksichtigung von Nahfeldeffekten die Verwendung von Lautsprechern auf verschiedenen Radien ermöglicht. Die Betrachtung der Reihenentwicklungen bzw. der Wellenspektren im Spherical Harmonics Bereich von ebenen Wellen und Punktschallquellen führt auf ein frequenzabhängiges Nahfeld-Decoding, das für Lautsprecher im Nahfeld bessere Ergebnisse zeigt als klassische Decoder. Außerdem zeigte die Analyse verschiedener für die Hörkabine entworfener Layouts, dass irreguläre Layouts i.a. schlechter performen als reguläre und winkeltreue Layouts. Es wird daher untersucht, inwieweit sich das Decoding für irreguläre Layouts durch Regularisierung anpassen und verbessern lässt. Abschließend werden für die Hörkabine geeignete Layouts miteinander verglichen. Daraus wird eine Empfehlung zur praktischen Implementierung abgeleitet.

– English version –
Title: Investigations on reproduction methods using irregular near-field loudspeaker arrays
Ambisonics is a widely used audio playback method for spatial sound reproduction by loudspeaker systems. Conventional Ambisonics decoders are based on the assumption of plane waves. For the validity of plane wave assumptions, the loudspeakers have to be placed with a constant and sufficiently large distance from the listener. However, when implementing an array in a small hearing booth, due to the limited space, the loudspeakers cannot be placed uniformly on a sphere with constant and sufficiently large radii. As a result, conventional decoders are no longer usable and the loudspeakers have to be modeled as point sources. In this thesis, a decoding method is developed and analyzed considering near-field effects and allowing loudspeakers on different radii. The spherical Fourier expansion or the wave spectra in the Spherical Harmonics domain of plane waves and point sources can be used to derive a frequency dependent near-field decoding method yielding significantly better results compared to conventional decoders. Additionally, an analysis of different array-layouts suited for the hearing booth was performed. Results indicate that irregular layouts generally perform worse than regular and angle-accurate layouts. Further investigations focus on how Tikhonov regularization can adapt and enhance the decoding method for irregular layouts. Finally, suitable layouts for the hearing booth are compared, leading to a recommendation for the practical implementation. The talk will be given in German.

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