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On Controlling the Apparent Absorption and Volume in Assisted Reverberation Systems

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In this work the capacity of a wideband assisted reverberation system to modify the apparent room absorption and volume is studied. In the first part a simple electrical analogy of a room is presented, in which the room volume and absorption are represented by an inductor and a resistor. The addition of simple feedback to the model shows that the resulting room absorption is lowered. The inclusion of a secondary room in the feedback loop produces a second order system in which the steady state level is controlled by the room absorptions and loop gain, but the reverberation time can be independently increased by increasing the secondary room volume. Conditions under which the decay (in dB) is linear are discussed.

In the second part a more detailed analysis of assisted reverberation systems is carried out. The transfer functions from a point in the room to each microphone in the system are derived in terms of a matrix of open-loop electroacoustic room transfer functions and a matrix of reverberators which simulate the secondary room. The analysis shows that for a system with N channels the energy density (and reverberation time) may be increased by a factor proportional to N 2. It is also shown that the group delay of the reverberation matrix allows for a further increase in reverberation time and that this is independent of the absorption. Hence the apparent room volume may be increased, in agreement with the simpler analysis. A simulation is run which verifies that the apparent room volume may be increased in this manner.

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird die Möglichkeit untersucht, mittels eines breitbandigen Systems zur Nachhallverlängerung die scheinbare Raumabsorption und das scheinbare Raumvolumen zu verändern. Im ersten Teil wird eine einfache elektrische Analogie eines Raums vorgestellt, in dem das Raumvolumen und die Absorption durch eine Induktivität und einem Widerstand dargestellt werden. Durch die Züfugung einer einfachen Rückkopplung zu dem Modell wird die sich ergebende Raumabsorption herabgesetzt. Die Einfügung eines zweiten Raumes in die Rückkopplungsschleife erzeugt ein System zweiter Ordnung, in welchem der stationäre Pegel durch die Raumabsorption und die Schleifenverstärkung bestimmt wird, die Nachhallzeit durch Vergröß erung des Sekundärvolumens aber unabhängig erhöht werden kann. Die Bedingungen, unter welchen die Abklingkurve (in dB) linear ist, werden diskutiert.

Im zweiten Teil wird eine detaillierte Untersuchung des Nachhallsystems ausgeführt. Die Übertragungsfunktionen von einem Raumpunkt zu jedem Mikrophon des Systems werden in Form einer Matrix von elektroakustischen Schleifenübertragungsfunktionen und einer Matrix von “Reverberatoren” abgeleitet, welche den Sekundärraum simulieren. Die Untersuchung zeigt, daß für ein System mit N Kanälen die Energiedichte und die Nachhallzeit durch einen Faktor proportional zu N 2 erhöht werden kann. Es wird weiterhin gezeigt, daß die Gruppenlaufzeit der Nachhallmatrix eine weitere Erhöhung der Nachhallzeit verursacht und daß diese von der Absorption unabhängig ist. Daher kann das scheinbare Raumvolumen vergrößert werden in Übereinstimmung mit der einfacheren Betrachtung. Es wird eine Simulation durchgeführt, welche die Möglichkeit einer derartigen Vergrößerung des scheinbaren Raumvolumens bestätigt.

Sommaire

Cet article présente une étude des performances d'un systeme de réverbération assistée à large bande dans la modification de l'absorption et du volume apparents d'une salle. Dans la première partie on modèlise une salle par un circuit èlectrique èquivalent simple, dans lequel le volume et l'absorption sont représentés par une inductance et une résistance. L'ajout d'une simple boucle de rétroaction se traduit par l'abaissement de l'absorption de la salle. L'insertion d'une salle secondaire dans la boucle de rétroaction produit un système du second ordre dans lequel le niveau en régime permanent est contrôlé par les absorptions des salles et le gain de la boucle, mais où la durée de réverbération peut être augmentée indépendamment par accroissement de volume de la salle secondaire. Les conditions pour lesquelles la décroissance est linéaire en dB font l'objet d'une discussion.

Dans la seconde partie on procède à une analyse plus détaillée des systèmes de réverbération assistée. Les fonctions de transfert d'un point de la salle à chacun des microphones du système sont définies sous la forme d'une matrice de fonctions de transfert électroacoustique en boucle ouverte de la salle et d'une matrice de réverbérateurs qui simule la salle secondaire. L'analyse montre que pour un système à N canaux la densité d'énergie, et la durée de réverbération, peuvent être multipliées par un facteur proportionnel à N 2. On montre également que le retard de groupe de la matrice de réverbération permet d'augmenter encore la durée de réverbération indépendamment de l'absorption. On peut done ainsi augmenter le volume apparent de la salle. La démonstration en est établie sur une simulation.
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Document Type: Research Article

Publication date: 01 March 1993

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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