Feldsportarten

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur verbesserten Tondarstellung der sportartspezifischen Geräusche insbesondere von Feldsportarten, z.B. der besseren Hörbarkeit des Balls bei Fußball-, bzw. des Pucks bei Eishockeyübertragungen.

Durch die Einführung von hochauflösenden Fernsehbildern im Breitbildformat mit mehrkanaligem Fernsehton wird der Fernsehzuschauer insbesondere bei der Übertragung von Sportereignissen wesentlich stärker als bei herkömmlichen Fernsehtechniken in das Sportgeschehen einbezogen, da deutlich mehr Details wahrnehmbar sind. Bei Fußballübertragungen verschaffen beispielsweise Kamerakräne hinter den Toren und kleine Kameras innerhalb der Tore neue Blickwinkel. Auch auf der Tonseite wird versucht, den Fernsehzuschauern die Ereignisse näher zu bringen. Bei großen Sportveranstaltungen wie der Olympiade werden Mikrofone an allen möglichen Plätzen installiert, sei es an den Hindernissen beim Springreiten, unter der Magnesia-Schale beim Reck- Turnen oder vergraben in der Sandgrube beim Weitsprung. Die sportartspezifischen Geräusche gehören inzwischen zum Fernseh-Erlebnis dazu. Bei Ballsportereignissen, insbesondere beim Fußball, ist indessen im Fernsehton von den spezifischen Ballgeräuschen meist wenig zu hören. Der Fernseh-Zuschauer hat sich daran gewöhnt, akustisch auf den Zuschauerrängen eingebettet zu sein, obwohl er optisch viel näher an das Spielgeschehen heran gerückt ist. Hier würde eine passende Anreicherung der Tonmischung mit den ballspezifischen Geräuschen den Eindruck verstärken, direkt auf dem Spielfeld dabei zu sein. Auch eine Aufstellung von mehreren Mikrofonen mit relativ breiter Richtcharakteristik am Rande des Spielfeldes führt zu keiner nennenswerten Abbildung von ballspezifischen Geräuschen, da die Mikrofone bei den meisten Spielzügen zu weit vom Ballgeschehen entfernt sind und diese zudem die Geräuschkulisse von den gegenüberliegenden Zuschauerrängen als Störungen einfangen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, welche bei Feldsportarten, insbesondere beim Fußball, die akustische Dramatik des Spielgeschehens durch eine möglichst getrennte Aufnahme der spezifischen Ballgeräusche abbildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung sieht den Einsatz eines stark richtenden Mikrofon-Systems mit wenigstens zwei Richtmikrofonen vor, die jeweils mit Hilfe einer in allen Raumachsen schwenkbaren Nachfülirungseinrichtung auf die momentane Position des Balls ausgerichtet werden. Die Mikrofone mit ihrer NachfÜhmngseinrichtung lassen sich gut in den gängigen Produktionsablauf von Fernsehproduktionen integrieren. Dazu ist es wichtig, dass die erfindungsgemäße Anordnung von möglichst wenig Personal schnell auf- und abgebaut und eine eventuelle Kalibrierung mit möglichst wenig Aufwand durchgeführt werden kann. Die Nachführung der Mikrofone während der Produktion kann in Abhängigkeit von Ballpositionsdaten, die mit Hilfe eines Balltracking- Verfahrens generiert werden, vollkommen automatisch ohne ein manuelles Eingreifen erfolgen.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung;

Figuren

2a bis 2c perspektivische Ansichten eines Fußballfeldes mit angedeuteten Zuschauerrängen zur Veranschaulichung der Begrenzungen von vertikalen Schwenkbewegungen eines Nachführkopfes der Anordnung nach Fig. 1, und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den grundsätzlichen Aufbau

Nachführkopfes der Anordnung nach Fig. 1. In der Fig. 1 ist ein Spielfeld 1 mit den Toren la in der Draufsicht dargestellt. Hinter jedem Tor la ist ein Richtmikrofon 3 mit schmaler Richtcharakteristik angeordnet, beispielsweise ein Mikrofonarray des Typs AT895 der Firma Audio-Technica. Jedes Richtmikrofon 3 wird in erhöhter Position, vorzugsweise oben an einem Pfosten eines hinter dem betreffenden Tor la aufgestellten Ballfangnetzes möglichst von hinten befestigt. Alternativ ist eine Befestigung über ein Kurbelstativ auf einer Höhe von ca. 6 bis 8m möglich. Diese erhöhte Position der Richtmikrofone 3 dient nicht nur der Vermeidung von „Sichtbehinderungen" in der Erfassung der Ballgeräusche, sondern auch zur Vermeidung von Publikumsschall in der Einfallsrichtung der Hauptachse 33 des Winkelbereichs 32 der Richtcharakteristik. Bei der vorgesehenen Aufstellung der Mikrofone 3 hinter den Toren la ergeben sich zwar ein Pegelgefälle und eine erhöhte Schalllaufzeit zur Mitte des Spielfeldes 1 hin, doch passt diese Aufstellung besser zur Spieldramaturgie. Aktionen direkt vor dem Tor, die meist auch emotional bewegender sind, werden präsenter und direkter dargestellt. Der erhöhte Pegel kommt auch dem Störgeräusch-Abstand zugute, da das Publikum bei Spielaktionen vor dem Tor tendenziell lauter wird. Durch die erhöhte Position werden mögliche Verdeckungen vermieden und der Aufbau beeinträchtigt die Zuschauersicht nur unwesentlich.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass jedes Richtrnikrofon 3 an einem Nachführkopf 2 angebracht ist, der von einer Bildaufnahmeeinrichtung unabhängig ist. Jeder Nachführkopf 2 lässt sich zusammen mit dem Richtrnikrofon 3 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung stufenlos schwenken, um das an dem Nachführkopf 2 angebrachte Füchtmikrofon 3 auf die momentane Position des Spielballes lb auszurichten. Die Nachfuhrung der Mikrofone 3 muss sicherstellen, dass die Schallereignisse stets innerhalb des eng begrenzten Winkelbereiches von beispielsweise ±10° bezüglich der Hauptachse 33 der Richtcharakteristik der Mikrofone 3 liegen. Der Winkelbereich von insgesamt 20° gilt beim AT895 für Frequenzen bis 4 kHz. Bei Frequenzen oberhalb 4 kHz weitet sich der Winkel auf bis zu ±30°. Schallpegel, die in diesen Grenzwinkeln auftreffen, erfahren eine Abschwächung von 3dB.

Betrachtet man allein die horizontalen Schwenkvorgänge, so wird ersichtlich, dass es notwendig ist, einen Bereich von nahezu 180° abschwenken zu können, um das komplette Spielfeld 1 zu erfassen. Wäre der vertikale Winkel der Richtmikrofone 2 fixiert, so würde das bedeuten, dass, je weiter in Richtung einer Spielfeldecke eines mit Publikum voll besetzten Fußballstadions geschwenkt wird, immer mehr direkt einfallende und daher besonders störende Publikumsgeräusche in die Einfallsrichtung der Hauptachse 33 aufgenommen werden. Hier kommen nun die Vorteile der erhöhten Position der Richtmikrofone 3 zum Tragen, die in den Figuren 2a bis 2c durch ein Dreibeinstativ mit dem am Ende des Stativs befestigten Mikrofon 3 angedeutet ist. Durch eine genügend steile Ausrichtung der Mikrofone 3 nach unten lässt sich der Haupteinfallsbereich wirksam von direkt einfallenden Publikumsgeräuschen fernhalten. Dies erfordert eine entsprechende Ansteuerung der Nachführköpfe 2 der Mikrofone 3, wie an Hand der Figuren 2a bis 2c veranschaulicht ist. Würde jedes Mikrofon 3 mit seiner Hauptachse 33 immer starr auf den Spielball lb ausgerichtet sein, so käme im Falle von Fig. 2c bei einer Bewegung des Spielballes lb entlang der Seitenlinie sehr schnell das Publikum 8 in den 20° -Winkelbereich 32 der Richtcharakteristik des zugeordneten Mikrofons 3. Der Schwenk muss daher, wie in Fig. 2c gezeigt ist, so begrenzt werden, dass der Spielball lb noch innerhalb des Winkelbereichs 32 liegt, das Publikum 8 aber außerhalb des Winkelbereichs 32 bleibt. Der zu definierende maximale Schwenkbereich in der vertikalen Achse muss nahezu 90° betragen, damit vom Mittelfeld bis zum Tor la alle Bereiche abgedeckt werden.

Der grundsätzliche Aufbau eines Nachführkopfes 2 ist in Fig. 3 an hand eines Längsschnittes dargestellt.

Der in Fig. 3 gezeigte Nachführkopf 2 umfasst ein topfförmiges Gehäuse 200, das auf einer unteren Grundplatte 201 befestigt ist. Den oberen Abschluss des Gehäuses 200 bildet ein Drehteller 202, welcher in einer horizontalen Ebene frei drehbar bezüglich des Gehäuses 200 ist und mit einer (nur gestrichelt angedeuteten) vertikalen Antriebswelle 213 eines auf der Grundplatte 201 befestigten Drehmotors 212 verbunden ist. Auf dem Drehteller 202 sind zwei vertikale Trägerplatten 203 parallel zueinander in einem gegenseitigen Abstand aufgestellt. Zwischen den beiden Trägerplatten 203 ist in deren oberem Bereich eine U-förmige Mikrofonhalterung 204 an seitlichen, horizontalen Drehachsen 205 schwenkbar gelagert. Die U-förmige Mikrofonhalterung 204 trägt zwei hintereinander angeordnete Gummiringe 206 zur Aufnahme des rohrförmigen Gehäuses des Richtmikrofons 3, das mit seiner Längsachse senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 orientiert ist. Das Verschwenken der Mikrofonhalterung 204 um die Drehachsen 205 erfolgt durch einen Zahnriemen 207, welcher parallel zu der linken Trägerplatte 203 zwischen einem auf der linken Drehachse 205 sitzenden Abtriebsritzel 208 und einem Antriebsritzel 209 eines Schwenkmotors 210 verläuft. Der Schwenkmotor 210 befindet sich innerhalb des Gehäuses 200 und ist fest mit der Achse des Drehmotors 212 verbunden. Der Drehteller 202 ist über Gummipuffer 211 am Schwenkmotor befestigt.

Der Vorteil der erläuterten Konstruktion des Nachfuhrkopfes 2 besteht darin, dass die Antriebsmotoren 210 und 212 weit vom Mikrofon 3 entfernt schallgeschützt im Gehäuse 200 untergebracht sind. Der Zahnriemen 207 überträgt die Bewegung geräuschfrei und dient ebenfalls zur Körperschallentkopplung. Somit sind keine Körperschallbrücken zwischen den Antriebsmotoren 210 und 212 und dem Mikrofon 3 vorhanden. Durch diese Konstruktion dreht sich das Mikrofon 3 stets um seinen Schwerpunkt, sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung.

Die Ansteuerung der Antriebsmotoren 210 und 212 der Nachfuhrköpfe 2 erfolgt durch einen Steuerrechner 4 (Fig. 1). Dieser ist vorzugsweise als robuster Industrie-PC ausgeführt und daher an die extremen Bedingungen des Außenbetriebes sehr gut angepasst. Er kann aber auch als einfach zu transportierender Laptop ausgeführt sein, um die erfindungsgemäße Anordnung möglichst portabel zu halten. Die Steuerungssoftware des Steuerrechners 4 kommuniziert mit den Nachführköpfen 2 mithilfe eines Protokolls, das eine bidirektionale Datenübertragung erlaubt. Damit kann einerseits die Steuerungssoftware ihre Positionsbefehle 41 an die Nachführköpfe 2 schicken, diese jedoch auch Ist-Position und Statusinformationen an den Steuerrechner 4 zurücksenden. Damit ist eine Überprüfung der korrekten Funktionsweise der Nachfuhrung möglich.

Für die Nachruhrung der Richrmikrofone 3 ist es erforderlich, die momentane Position des Spielballs zu erfassen. Hierzu wird im dargestellten Ausführungsbeispiel der Steuerrechner 4 an seinem Eingang kontinuierlich von einer Balltracking-Einheit 5 mit Ballpositionsdaten 51 in Form von Spielfeldkoordinaten versorgt. Dabei spielt es zunächst keine Rolle, wie diese Ballpositionsdaten erfasst werden. Beispielsweise kann als BaUtracking-Einheit 5 das „Image Tracking System TM" der schwedischen Finna TRACAB verwendet werden. Es liefert hochgenaue 3D-Echtzeitkoordinaten des Balles. Für eine größtmögliche Flexibilisierung der erfindungsgemäßen Anordnung sind aber auch andere Ballpositions-Datenquellen einsetzbar. So können auch Schwenk- /Neigedaten einer

Kamera (vorzugsweise einer der Führungskameras, die normalerweise durchgängig das Hauptspielgeschehen verfolgen) zur Ansteuerung verwendet werden oder der Spielball lb kann manuell mittels Maus oder Touch-Screen verfolgt werden. Auf die einzelnen Tracking-Möglichkeiten soll später noch näher eingegangen werden. Damit ist eine größtmögliche Flexibilität gewährleistet, die auch bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung auf andere Sportarten, wo keine automatischen Trackingsysteme Anwendung finden, nützlich ist. Mit Hilfe der Balltracking-Einheit 5 ist es möglich, die Mikrofone 3 so anzusteuern, dass sie zu jedem Zeitpunkt genau auf den Ball ausgerichtet sind. Doch darf hier der Einfluss der Schalllaufzeit nicht vernachlässigt werden. So kann es bei großer Ballgeschwindigkeit unter Umständen passieren, dass das Mikrofon 3 schon wieder auf eine andere Position ausgerichtet ist, wenn die Schallwellen des vorherigen Ereignisses am Mikrofonstandpunkt eintreffen. So ist für die Nachführung ein variabler zeitlicher Versatz einzuhalten, der abhängig von der Entfernung des Balls zum Mikrofon ist. Ein weiterer zeitlicher Versatz entsteht durch die Verarheitungszeit der einzelnen Komponenten. Auch diese „Systemlatenz" muss kompensiert werden. Dazu umfasst die Software auch Algorithmen zur Bewegungsvorhersage, die es erlauben, das Mikrofon bereits auf die Stelle auszurichten, an der der Ball nach der Zeit erwartet wird, die der Systemlatenz entspricht.

Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1 umfasst ferner eine automatische Signalbearbeitung der Mikrofonsignale 31. Die Mikrofonsignale 31 aller Mikrofone 3 werden einem gemeinsamen Audioprozessor 6 zugeführt, der die einzelnen Mikrofonsignale 31 bearbeitet, mischt und anschließend ein bearbeitetes Audiosignal 61 zum Mischpult 7 eines nicht gezeigten Übertragungswagens gibt. Dieses Audiosignal ist als Zweikanal-Stereomix oder als stereofones Signal für die beiden Frontkanäle links und rechts einer wiedergabeseitigen 5.1- Mehrkanaltonanordnung (hier nicht dargestellt) vorgesehen, um den Ton kongruent zur Darstellung des aktuellen Spielgeschehens auf dem BÜdschirm abzubilden. Für die Bearbeitung durch den Audioprozessor 6 können ebenfalls die Echtzeitkoordinaten des Balles herangezogen werden. Hierzu kommunizieren der Steuerrechner 4 und der Audioprozessor 6 über bidirektionale Steuersignale 42. Auf diese Weise lässt sich die Bearbeitung der Mikrofonsignale 31 so steuern, dass immer nur dasjenige Mikrofon 3 geöffnet bzw. berücksichtigt wird, auf dessen Seite sich der Ball befindet. Auch eine Bearbeitung der Mikrofonsignale 31 mit Filtern und Kompressoren ist durch den Audioprozessor 6 möglich, um den Anteil von Publikumsgeräuschen im bearbeiteten Audiosignals 61 zu rninimieren.

Für die Balltracking-Einheit 5 in Zusammenhang mit der automatischen Mikrofon-Nachführung kommt, wie bereits erwähnt, das Image Tracking System™ der schwedischen Firma TRACAB in Betracht. Dieses System erlaubt die drei-dimensionale Erfassung von 22 Spielern, drei Schiedsrichtern und dem Ball in Echtzeit. Die Verzögerung durch Bildaufnahme, Bildverarbeitung und Auslieferung ist kleiner als die Dauer eines Video- Vollbilds und damit kleiner als 40ms. Die erreichte Orts- Auflösung ist nach Angaben von TRACAB besser als 10cm. Die Ausgabe der Ball-Koordinaten kann über einen Ethernet-Stream erfolgen. Die Funktionsweise dieses Systems basiert auf der Auswertung von vier bis acht stereoskopischen Kamerapaaren, die das Spielfeld unter sich aufteilen. Die Kameras werden längs des Spielfeldes in einer Höhe von mindestens 20m und in einem Abstand von 10 bis 15m zueinander angebracht. Über Ethernet werden die Kameras mit einem zentralen Rechner verbunden, der die Bildverarbeitung vornimmt. Das System ist mobil und kann innerhalb weniger Stunden aufgebaut und kalibriert werden. Die gewonnenen Daten werden in erster Linie zur Erstellung von TV-Grafiken verwendet, können aber auch von anderen Medien für statistische Aussagen verwendet werden. Einer der Hauptvorteile ist, dass keinerlei Eingriffe in das Spiel, wie beispielsweise das Einbringen eines Transmitters in den Ball, erforderlich sind. Wie das System auf eine optische Verdeckung des Balles reagiert ist noch nicht bekannt. Das System hat sich bereits etabliert. Es wurde bisher bei einzelnen Spielen in Mexiko, Frankreich und Tschechien eingesetzt und begleitet alle Spiele der Schwedischen Liga. Nachdem das System von der UEFA schon bei der Champions League eingesetzt wurde, wurden mit diesem System auch alle Spiele der Euro 2008 begleitet.

Für die er fmdungs gemäße Anordnung sind die Daten von TRACAB vor allem aufgrund der Echtzeitfähigkeit und der hohen Genauigkeit der Messungen besonders vorteilhaft. Eine 3D-Positionsermittlung ist dabei nicht einmal notwendig. Da der Ball ja nur Geräusche verursacht, wenn er sich in Bodennähe befindet, reichen die x- und y-Koordinaten der Spielfeldebene für die Nachführung der Mikrofone 3 aus.

Prinzipiell funktioniert die Mikrofon-Nachführung aber, wie weiter oben schon erwähnt, mit jeder Art von Balltracking, sofern die Daten über die Position des Balles in Echtzeit und mit ausreichender Genauigkeit ausgegeben werden. Für Fußballspiele, die nicht oder noch nicht mit einem automatisierten Balltracking-Verfahren erfasst werden, ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Mikrofon-Nachführung mithilfe eines Operators denkbar. Der Operator verfolgt als Zuschauer mit einer Art Fernrohr den Spielball lb. Mithilfe von Sensoren können wiederum die Schwenk- und Neigedaten des Kopfes des Operators ausgelesen und zur Positionsberechnung des Spielballes lb verwendet werden. Auf dieser Basis bietet die französische Firma Manapps mit ihrem Produkt „Stadmaster" bereits ein kommerzielles System an. Auch die Nachverfolgung des Spielballes lb auf einem Bildschirm mittels Maus oder Touchpad stellt eine Möglichkeit für ein Balitracking dar. In diesem Fall muss eine Kamera verwendet werden, die das komplette Spielfeld von einem möglichst hohen Punkt aus aufnimmt. Ein Operator kann anhand dieses Videobildes mit Hilfe einer Maus die Bewegungen des Spielballs auf dem Büdschirm verfolgen und damit seine Position bestimmten.

Ein weiteres Balitracking- Verfahren beruht auf einem funkgestützten SD- Ortungs-System, das von der Karlsbader Firma Cairos Technologies AG, dem Fraunhofer US in Erlangen und der Firma Adidas gemeinsam entwickelt wurde. Ein im Ball eingesetzter Transmitter sendet Funksignale aus, die von Antennen rund um das Feld empfangen werden. Aufgrund der Laufzeitunterschiede an den Empfangsorten wird die Position des Balles ermittelt.