BR112013001414B1 - Sistema e método de reprodução de som para produzir um sinal de áudio como procedente de uma primeira direção com relação a uma posição nominal e uma orientação nominal de um ouvinte - Google Patents

Abstract

sistema e método de reprodução de som para produzir um sinal de áudio como procedente de um primeira direção com relação a uma posição nominal e uma orientação nominal de um ouvinte. um sistema de reprodução de som para reproduzir um sinal de áudio como procedente de uma primeira direção com relação a uma posição nominal (211) e orientação de um ouvinte é provido. o sistema compreende uma primeira disposição do transdutor de som (105) disposta para gerar o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma primeira posição correspondente à primeira direção; e uma segunda disposição do transdutor de som (107) dispostas para gerar o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma segunda posição correspondente em uma direção diferente do que a primeira direção. as disposições podem especificamente ser os alto-falantes posicionados nas dadas posições. um circuito de acionamento (103) gera um primeiro sinal de acionamento para a primeira disposição do transdutor de som (105) e um segundo sinal de acionamento para a segunda disposição do transdutor de som (107) do sinal de aúdio. a primeira posição e a segunda posição estão localizadas em um cone de confusão de som para a posição nominal (211) e a direção nominal. um posicionamento do alto-falante mais flexível pode ser obtido.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE REPRODUÇÃO DE SOM PARA PRODUZIR UM SINAL DE ÁUDIO COMO PROCEDENTE DE UMA PRIMEIRA DIREÇÃO COM RELAÇÃO A UMA POSIÇÃO NOMINAL E UMA ORIENTAÇÃO NOMINAL DE UM OUVINTE CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um sistema e método para reprodução de som e em particular, mas não exclusivamente, a um sistema de reprodução de som surround, por exemplo, para aplicações de home theater.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Os sistemas de som espacial que provêm uma experiência espacial melhorada sobre os sistemas tradicionais mono e estéreo se tornaram muito populares. Por exemplo, os sistemas surround com cinco ou sete canais espaciais (geralmente além de um ou dois canais do Efeito de baixa Frequência (LFE)) se tornaram muito populares para as aplicações como sistemas de Home theater.

Em muitas situações é desejável ter alto-falantes de pequeno fator de forma. Entretanto, o pequeno tamanho invariavelmente afeta a amplitude e a resposta de baixa frequência da reprodução de som. Assim, há tipicamente um equilíbrio entre a qualidade do áudio e o fator de forma física para os alto-falantes. Além disso, os sistemas de som espacial geralmente agravam os problemas, pois tendem a utilizar apenas um grande número de alto-falantes, mas também restringem o grau de liberdade na colocação destes, pois a posição da fonte de som é importante para a percepção espacial.

Por exemplo, os sistemas de som surround, como sistemas de Home theater, faz uso de muitos alto-falantes para criar um som imersivo semelhante ao de um cinema com tamanho total. Para a experiência de som mais convincente e imersiva todos os alto-falantes devem poder reproduzir o som em alcance total. Além disso, os alto-falantes devem ser posicionados nas posições apropriadas para prover a experiência espacial desejada. Isto requer grandes alto-falantes que geralmente são de má aparência e difíceis de posicionar em uma sala. Muitos consumidores acham que os alto-falantes direcionais provêm muita confusão. É então desejável reduzir o tamanho de alguns ou de todos os alto-falantes de modo que sejam menos visíveis e possam ser mais facilmente incorporados em uma sala. Em particular, os alto-falantes traseiros são geralmente considerados como inconvenientes em termos de tamanho e posições. Entretanto, como as dimensões dos alto-falantes são reduzidas, então o desempenho da baixa frequência também é e o Nível de Pressão do Som (SPL) alcançável em uma dada frequência.

Para direcionar tais problemas a maioria dos sistemas de home theater emprega uma disposição do subwoofer por satélite, onde os satélites são aproximadamente reprodutores do som de alcance total, e o subwoofer reforça apenas as frequências mais baixas. As disposições do subwoofer por satélite tipicamente requerem a frequência passa baixapassa baixa do subwoofer aos alto-falantes satélite para ser o mais baixo possível. Em uma sala a localização da fonte de som de baixa freqüência (<120Hz) é difícil. Isto permite o posicionamento quase livre do subwoofer dentro da sala. Se a frequência passa baixa for muito alta (acima de 120 Hz) , as indicações de localização referentes ao subwoofer se tornam aparentes tornando a fonte de baixa frequência fácil de localizar. Para boa qualidade do som e efeitos corretos da imagem estereofônica, os satélites devem poder reproduzir o som em quase todo o alcance. Se os satélites não podem abranger o alcance total de áudio de 120 Hz a 20 kHz o sistema é comprometido. O designer pode escolher tanto deixar uma fenda na resposta da frequência do sistema de 120 Hz ao corte de baixa frequência dos alto-falantes por satélite quanto aumentar a frequência passa baixaao subwoofer. Ambos os compromissos reduzem a qualidade do áudio e a experiência de audição imersiva.

Assim, em muitos equilíbrios do cenário entre tamanho e posicionamento dos alto-falantes, por um lado, e qualidade do áudio e experiência espacial, por outro lado, tendem a ser subideais.

Assim, um sistema de reprodução de som aprimorado seria vantajoso e em particular um sistema que permite a flexibilidade elevada, liberdade elevada no posicionamento dos alto-falantes, qualidade de áudio elevada, níveis de pressão do som elevados, uma experiência espacial aprimorada e/ou desempenho aprimorado seria vantajoso.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Certamente, a invenção busca preferencialmente mitigar, aliviar ou eliminar uma ou mais das desvantagens mencionadas acima isoladamente ou em qualquer combinação.

De acordo com um aspecto da invenção é provido o sistema de reprodução de som para reproduzir um sinal de áudio como procedente de uma primeira direção com relação a uma posição nominal e a orientação nominal de um ouvinte, o sistema de reprodução de som compreendendo: uma primeira disposição do transdutor de som disposta para gerar o som que atinja a posição nominal a partir de uma primeira posição correspondente à primeira direção; uma segunda disposição do transdutor de som disposta para gerar o som que atinja a posição nominal a partir de uma segunda posição correspondente a uma direção diferente do que da primeira direção; um circuito de acionamento para gerar um primeiro sinal de acionamento para a primeira disposição do transdutor de som e um segundo sinal de acionamento para a segunda disposição do transdutor de som a partir do sinal de áudio; em que a primeira posição e a segunda posição estão localizadas em um cone de confusão de som para a posição nominal e a direção nominal.

A invenção pode em muitas realizações prover a qualidade de som aprimorada e uma percepção da fonte de som espacial desejada enquanto provê flexibilidade adicional na localização dos transdutores de som. Em particular, pode permitir que uma pluralidade de transdutores de som combine com um transdutor de som que domina a percepção espacial enquanto a(s) outra(s) fonte(s) de som localizada(s) em uma posição diferente significativamente melhora(m) a qualidade do áudio sem significativamente afetar a percepção espacial.

A percepção espacial de um ouvinte na posição nominal e orientada na direção nominal pode ser dominada pelo som a partir da primeira disposição do transdutor de som enquanto o som a partir da segunda disposição do transdutor pode dominar ou significativamente impactar a qualidade do áudio percebida pelo ouvinte.

A invenção pode em muitas realizações permitir um equilíbrio aprimorado entre dois ou mais da qualidade do áudio, níveis de pressão do som, percepção espacial, fator de forma da disposição do transdutor de som e posicionamento.

A abordagem pode ser aplicada em muitas aplicações diferentes incluindo, por exemplo, reprodução de som para telas planas, como televisões ou monitores com tela plana, alto-falantes do computador, sistemas de áudio para automóveis ou aplicações de home theater.

Um cone de confusão de som é um cone no espaço tridimensional no qual as Diferenças de Tempo Inter-Auditivo (ITD) e Diferenças de Nível Inter-Auditivo (ILD) são suficientemente próximas para não prover indicações espaciais significativamente diferentes a um usuário localizado na origem do cone. O cone de confusão de som representa uma disposição relativa da posição de audição (e orientação), a primeira posição e a segunda posição que resulta nos valores ITD e ILD para a primeira e a segunda posição sendo substancialmente os mesmos na posição de audição (e orientação) . Assim, o cone de confusão de som para uma disposição específica pode ser definido para uma dada primeira posição e posição de audição e orientação ou equivalentemente para uma dada segunda posição e posição de audição e orientação.

O cone de confusão de som pode originar a partir da posição nominal e compreender todas as coordenadas espaciais para a qual a ITD é menor do que 10% do atraso médio do caminho do som da posição a posição nominal, e a ILD é menor do que 10% do nível médio na posição nominal. Especificamente, o cone de confusão de som pode ser um conjunto de posições no qual um atraso do caminho de áudio varia por não mais do que 50 μ seg e uma perda do caminho varia por não mais do que 1 dB. Em muitas realizações, o cone de confusão de som pode se estender até 5o, ou em alguns casos até 10°, a partir de um cone ideal para o qual a ILD e a ITD são idênticas.

A reprodução de som pode, por exemplo, ser um sistema de som surround e o sinal de áudio pode ser um canal espacial de um sinal de som surround, como um sinal do canal da esquerda ou da direita, ou um surround ou sinal do canal da esquerda ou da direita traseira.

De acordo com uma função opcional da invenção, o circuito de acionamento está disposto para gerar o primeiro sinal de acionamento para corresponder à faixa de frequência mais alta do sinal de áudio do que do segundo sinal de acionamento.

Isto pode prover o desempenho particularmente vantajoso em muitas realizações. Em particular, pode geralmente prover uma disposição vantajosa onde a percepção espacial é dominada pela primeira disposição do transdutor, que pode ser muito pequena, enquanto permite a qualidade do áudio das faixas de frequência mais baixa e média a serem dominadas pela segunda disposição do transdutor, que pode ter um fator de forma maior do que a primeira disposição do transdutor, e que pode ser mais flexivelmente posicionado. De fato, a posição espacial pode ser determinada pela primeira disposição do transdutor assim permitindo muito mais flexibilidade para posicionar a segunda disposição do transdutor possivelmente maior de forma mais discreta. De fato, a abordagem pode em muitas realizações criar uma ilusão de som de alcance total que se origina a partir de um pequeno alto-falante, que sozinho não pode radiar baixas frequências.

De acordo com uma função opcional da invenção, pelo menos uma dentre a primeira disposição do transdutor de som e a segunda disposição do transdutor de som compreende um alto-falante posicionado na primeira posição e na segunda posição respectivamente.

Isto pode permitir uma implementação prática e de baixa complexidade.

De acordo com uma função opcional da invenção, o sistema de reprodução de som ainda compreende uma terceira disposição do transdutor de som disposta para gerar o som que atinge a posição nominal a partir de uma terceira posição correspondente a uma direção diferente do que a primeira direção; e em que o circuito de acionamento está disposto para ainda gerar um terceiro sinal de acionamento para a terceira disposição do transdutor de som do sinal de áudio.

Isto pode prover qualidade do som aprimorada em muitas realizações, e pode prover um alto grau de flexibilidade no equilíbrio entre as posições do transdutor de som, qualidade do áudio e experiência espacial.

De acordo com uma função opcional da invenção, o sistema de reprodução de som está disposto para reproduzir outro sinal de áudio como procedente de uma segunda direção com relação à posição nominal e à orientação nominal, e o sistema de reprodução de som ainda compreende: uma terceira disposição do transdutor de som disposta para gerar o som que atinge a posição nominal a partir de uma terceira posição correspondente à segunda direção; e em que o circuito de acionamento está disposto para gerar o segundo sinal de acionamento combinando pelo menos alguns componentes de sinal do primeiro sinal de áudio e do segundo sinal de áudio, e para gerar um terceiro sinal de acionamento para o terceiro transdutor de som a partir do segundo sinal de áudio.

Isto pode prover uma abordagem de alto desempenho e particularmente eficiente para prover várias posições espaciais da fonte de som. De fato, a segunda disposição do transdutor de som pode ser reutilizada para diferentes posições com cada posição que requer apenas uma disposição adicional do transdutor, que tipicamente pode ser um pequeno alto-falante com faixa de frequência mais alta com as faixas de frequência mais baixas sendo providas por um único alto-falante maior compartilhado localizado em uma posição conveniente. O primeiro e o segundo sinais de áudio podem, por exemplo, ser sinais de áudio diferentes de um sinal de som surround, como um sinal de som frontal e traseiro esquerdo, ou um sinal de som frontal e traseiro direito.

De acordo com uma função opcional da invenção, o circuito de acionamento está disposto para gerar o primeiro sinal de acionamento e o segundo sinal de acionamento de modo que o som a partir da segunda disposição do transdutor atinja a posição nominal com um atraso entre 1 mseg e 5 0 mseg com relação ao som a partir da primeira disposição do transdutor.

Isto pode prover uma dominância aprimorada da primeira disposição do transdutor para prover as indicações espaciais ao ouvinte. Os atrasos relativos entre o som das duas disposições do transdutor de som podem ser determinados com relação ao sinal de áudio. Por exemplo, podem ser determinados como a diferença de tempo na posição nominal dos componentes de sinal que são simultâneos no sinal de áudio. A abordagem pode utilizar o efeito de precedência para enfatizar mais as indicações espaciais a partir da primeira disposição do transdutor de som com relação às indicações espaciais a partir da segunda disposição do transdutor de som.

De acordo com uma função opcional da invenção, o circuito de acionamento está disposto para ajustar pelo menos uma de uma diferença de nível e uma diferença de tempo entre o primeiro sinal de acionamento e o segundo sinal de acionamento para compensar uma diferença de distância entre um caminho de áudio a partir da primeira disposição do transdutor de som à posição nominal e um caminho de áudio a partir da segunda disposição do transdutor de som à posição nominal.

Isto pode prover o desempenho aprimorado e/ou a flexibilidade elevada no posicionamento das disposições do transdutor de som. Por exemplo, o interfuncionamento dos alto-falantes pode estar localizado em diferentes distâncias na posição de audição sem a variação da distância resultante das degradações-inaceitáveis.

De acordo com uma função opcional da invenção, o sistema de reprodução de som ainda compreende um ajustador disposto para receber um sinal de entrada a partir de um microfone posicionado na posição nominal e para ajustar pelo menos uma da diferença de tempo e da diferença de nível em resposta ao sinal do microfone.

Isto pode prover uma adaptação particularmente vantajosa resultante no desempenho aprimorado em muitos cenários.

De acordo com uma função opcional da invenção, o sinal de áudio é um canal espacial de um sinal de som surround, e o circuito de acionamento está ainda disposto para gerar o segundo sinal de acionamento em resposta a um segundo canal espacial do sinal de som surround.

Isto pode prover uma reprodução de som surround particularmente eficiente. A abordagem pode permitir uma disposição do alto-falante possivelmente maior para prover a qualidade do áudio nas frequências de faixa mais baixa e média a serem combinadas com pequenos alto-falantes com frequência mais alta que provêm as indicações espaciais dominantes. 0 sinal de áudio pode, por exemplo, ser um canal surround/traseiro da esquerda ou da direita com o segundo canal espacial sendo o canal frontal correspondente. Assim, a mesma segunda disposição do transdutor de som pode ser compartilhada para um canal surround/frontal e traseiro assim reduzindo o número necessário de transdutores separados de som.

De acordo com uma função opcional da invenção, a primeira disposição do transdutor de som está disposta para radiar um som direcional que atinge a posição nominal a partir da primeira direção através de pelo menos uma reflexão.

Isto pode prover uma configuração particularmente vantajosa em muitas realizações. Em particular, pode prover flexibilidade adicional no posicionamento da primeira disposição do transdutor de som com relação â posição da fonte de som percebida desejada. Em muitas realizações pode permitir tanto a primeira quanto a segunda disposição do transdutor de som a ser posicionado na frente do usuário enquanto provê uma percepção de som que origina ao lado ou atrás do usuário.

Era algumas realizações, a primeira e a segunda posição têm uma diferença horizontal de não mais do que 5 0 cm.

De acordo com uma função opcional da invenção, a primeira disposição do transdutor de som está disposta para gerar uma fonte de som virtual na primeira posição; e a segunda disposição do transdutor de som compreende um alto-falante posicionado na segunda posição.

Isto pode prover uma implementação particularmente vantajosa em muitas realizações. Em particular, pode prover flexibilidade adicional no posicionamento da primeira disposição do transdutor de som com relação à posição da fonte de som percebida desejada.

De acordo com uma função opcional da invenção, a segunda disposição do transdutor de som está disposta para gerar uma fonte de som virtual na segunda posição; e a primeira disposição do transdutor de som compreende um alto-falante posicionado na primeira posição.

Isto pode prover uma implementação particularmente vantajosa em muitas realizações. Em particular, pode prover flexibilidade adicional no posicionamento da segunda disposição do transdutor de som com relação à posição da fonte de som percebida desejada.

De acordo com uma função opcional da invenção, a segunda posição está de modo que um ângulo entre uma direção correspondente à segunda posição e a primeira direção não seja menor do que 20° ou, de fato, em alguns casos vantajosamente não mais do que 30° ou ainda 45°.

Em algumas realizações, a distância entre a primeira posição e a segunda posição não é menor do que 1 metro ou em alguns casos 2 ou 3 metros.

A abordagem pode permitir diferenças muito significativas na posição das diferentes disposições do transdutor de som. De fato, a abordagem pode permitir dois alto-falantes a serem localizados longe um do outro ainda combinando prover alta qualidade do áudio e uma única posição da fonte de som percebida. Uma flexibilidade elevada no posicionamento das fontes de som pode ser obtida e a abordagem pode permitir que pelo menos a segunda disposição do transdutor de som esteja localizada discretamente em certa distância da direção da fonte de som espacial desejada percebida por um ouvinte na posição nominal.

De acordo com um aspecto da invenção é provido um método para produzir um sinal de áudio como procedente de uma primeira direção com relação a uma posição nominal e uma orientação nominal de um ouvinte, o método compreendendo: geração de um primeiro sinal de acionamento para uma primeira disposição do transdutor de som e um segundo sinal de acionamento para uma segunda disposição do transdutor de som do sinal de áudio; a primeira disposição do transdutor de som gerando o som que atinge a posição nominal a partir de uma primeira posição correspondente à primeira direção; a segunda disposição do transdutor de som gerando o som que atinge a posição nominal a partir de uma segunda posição correspondente em uma direção diferente do que a primeira direção; e em que a primeira posição e a segunda posição estão localizadas em um cone de confusão de som para a posição nominal e a direção nominal.

Estes e outros aspectos, funções e vantagens da invenção serão evidentes e esclarecidos com referência à(s) realização(s) descrita(s) a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As realizações da invenção serão descritas, em forma de exemplo apenas, com referência aos desenhos, nos quais:
A figura 1 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção;
A figura 2 ilustra um exemplo de uma configuração da fonte de som para um sistema de home theater com som surround;
A figura 3 ilustra um exemplo de um cone de confusão de som para um ouvinte;
A figura 4 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção;
A figura 5 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção;
A figura 6 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção;
A figura 7 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção;
A figura 8 ilustra um exemplo de uma configuração do alto-falante;
A figura 9 ilustra um exemplo de elementos de um sistema para gerar uma fonte de som virtual;
A figura 10 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção; e
A figura 11 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

A descrição a seguir foca nas realizações da invenção aplicáveis a um sistema de reprodução de som surround e em particular a um sistema de reprodução de som para uma aplicação de home theater. Entretanto, será observado que a invenção não é limitada a esta aplicação, mas pode ser aplicada a muitos outros sistemas de reprodução de som e em muitos outros cenários de uso.

A figura 1 ilustra um exemplo de elementos de um sistema de reprodução de som de acordo com algumas realizações da invenção. A figura 1 especificamente ilustra elementos associados com a reprodução de um único sinal de áudio mono que, por exemplo, pode ser um único canal espacial de um sistema de som surround. Assim, o sistema de reprodução de som pode ainda incluir outra funcionalidade para a reprodução de outros canais do sistema de som surround e especificamente reproduzir outros canais espaciais. Também será observado que a funcionalidade da figura 1 ainda pode, conforme apropriado, ser usada para reprodução do som para outros canais.

O sistema da figura 1 compreende um circuito de entrada 101 que recebe um sinal de áudio. O sinal de áudio pode, por exemplo, ser um sinal de áudio do som surround que, por exemplo, pode compreender cinco ou sete canais espaciais com possivelmente um ou dois canais compartilhados de Efeitos de Baixa Frequência (LFE). 0 circuito de entrada 101 pode receber o sinal de entrada de áudio de qualquer fonte interna ou externa.

O circuito de entrada 101 é acoplado a um circuito de acionamento 103 que no exemplo é um único circuito de acionamento do canal. Assim, o circuito de entrada 101 provê um sinal de áudio de um dos canais espaciais do som surround ao circuito de acionamento 103. Por exemplo, os elementos da figura 1 podem estar dispostos para reproduzir, falar, um canal esquerdo surround (traseiro ou lateral) do sinal de som surround.

O som é reproduzido pelos primeiro e segundo transdutores de som que no exemplo específico são alto-falantes convencionais 105, 107. 0 circuito de acionamento 103 está disposto para gerar um primeiro sinal de acionamento para o primeiro alto-falante 105 e um segundo sinal de acionamento para o segundo alto-falante do sinal de áudio. Assim, no exemplo específico o som traseiro esquerdo é reproduzido pela combinação dos dois alto-falantes 105, 107.

A fim de prover a experiência espacial apropriada, é importante que o som reproduzido seja percebido para originar de uma direção adequada em uma dada posição de audição.

A figura 2 ilustra um exemplo de uma configuração típica do sistema para um sistema de reprodução de som surround espacial com cinco canais, como um sistema home theater. O sistema compreende uma fonte de som central 201 que provê um canal frontal central, uma fonte de som frontal esquerda 203 que provê um canal frontal esquerdo, uma fonte de som frontal direito 205 que provê um canal frontal direito, uma fonte de som traseiro esquerdo 207 que provê um canal traseiro esquerdo, e uma fonte de som traseiro direito 209 que provê um canal traseiro direito. As cinco fontes de som 201-209 juntas provêm uma experiência de som espacial em uma posição de audição 211 e permite a um ouvinte nesta localização para testar uma experiência de som circundante e imersiva. Assim, os típicos sistemas de som surround são configurados para prover uma experiência espacial apropriada para um ouvinte posicionado em uma posição nominal ou de referência e tendo uma orientação nominal ou de referência, ou seja, na configuração da figura 2 assume-se que o ouvinte esteja voltado à fonte de som do canal frontal central 201.

Será observado que a posição nominal (ou de referência) não depende de qualquer ouvinte real presente ou de ouvintes presentes em outras posições. Ainda, a posição nominal e a orientação são uma função do sistema/configuração. A posição nominal e orientação pode especificamente representar a posição e orientação para a qual a experiência espacial foi otimizada.

A exigência para alto-falantes a serem localizados, em particular, ao lado ou atrás da posição de audição é tipicamente considerada desvantajosa, pois não requer apenas que alto-falantes adicionais sejam localizados nas posições inconvenientes, mas também requer que estes sejam conectados à fonte de acionamento, como tipicamente um amplificador de energia do home theater. Em uma configuração típica do sistema, cabos são necessários para ser operados das fontes de som surround para uma unidade amplificadora que é tipicamente localizada próxima às fontes de som frontais. Além disso, a fim de atingir uma qualidade do áudio desejada um fator de forma razoavelmente grande é tipicamente necessário que todos os alto-falantes funcionem como fontes de som. A fim de aliviar ou mitigar as desvantagens percebidas, é desejável ter tanto quanto possível de liberdade no posicionamento dos alto-falantes que provêm a reprodução de som. Entretanto, este desejo é tipicamente oposto pela exigência que uma experiência espacial específica deve ser provida na posição nominal.

Na abordagem da figura 1 a flexibilidade elevada no posicionamento dos alto-falantes 105, 107 é obtida permitindo que os dois alto-falantes 105, 107 sejam posicionados longe enquanto garantem que a percepção espacial predominantemente é gerada pelo primeiro alto-falante 105. Especificamente, o primeiro alto-falante 105 está posicionado de modo que o som dele atinja a posição nominal de uma direção desejada associada com o canal espacial. Especificamente, o primeiro alto-falante 105 é posicionado de modo que o som dele atinjaa posição nominal de audição a partir de uma direção correspondente em uma posição desejada para a fonte esquerda de som surround.

O segundo alto-falante 107 é posicionado em uma posição diferente e não está restrito a uma posição onde o som atinge a posição nominal a partir da direção da posição espacial da fonte de som desejada. Preferivelmente, uma abordagem permite que o segundo alto-falante 107 seja posicionado com mais liberdade. Isto pode ser particularmente vantajoso, por exemplo, se o segundo alto-falante for substancialmente maior do que o primeiro alto-falante 105, visto que pode permitir que o segundo alto-falante 107 seja posicionado mais discretamente.

Entretanto, nenhum dos primeiro e segundo alto-falantes 105, 107 é posicionado completamente de forma livre, mas preferivelmente são restritos às posições que com relação uma a outra em um cone de confusão de som para a posição nominal e a direção nominal.

O sistema auditivo humano faz uso das Diferenças de Tempo Inter-auditivo (ITD), Diferenças de Nível Inter-Auditivo (ILD) e indicações espectrais para localizar as fontes de som. As indicações espectrais são geralmente evidentes em frequências altas onde a forma do ouvido externo começa a influenciar a dispersão do som. Em frequências mais baixas, tipicamente abaixo de 3 kHz, as ITDs e ILDs são as modalidades de localização principais. ITD e ILD são o resultado das diferentes passagens acústicas tomadas pelo som para chegar a qualquer ouvido. Em baixas frequências (20 a 500 Hz) a intensidade do som é aproximadamente igual em ambos os ouvidos e a ITD é a modalidade de localização dominante. A ITD é a diferença nos períodos de chegada de uma fonte de som em cada ouvido tipicamente devido à diferença do comprimento da passagem. Conforme a frequência aumenta, a cabeça começa a agir como uma sombra acústica e a intensidade do som nas diferentes partes da cabeça ê dependente da localização da fonte. Este efeito de sombra acústica dá origem às diferenças de intensidade nos ouvidos. As fontes de som localizadas em diferentes posições relativas à cabeça resultam em uma combinação das indicações de ângulo ITD e ILD dependentes. Devido á simetria aproximada da cabeça, para a maioria das direções da fonte, a ITD e a ILD da fonte de som não são únicas a esta elevação e azimute angular específica. Sem informações espectrais adicionais, é difícil para o ouvinte distinguir se a fonte está vindo de uma ou outra localização com as mesmas ITD e ILD. A localização dos pontos para os quais uma fonte de som possui as mesmas ITD e ILD é conhecida como o cone de confusão, conforme ilustrado pelo exemplo da figura 3.

O cone de confusão de som então representa uma disposição relativa da posição de audição (e orientação), e das posições da fonte de som que resultam nos valores de ITD e ILD para a primeira e segunda posição sendo substancialmente os mesmos para um usuário nominal na posição de audição (e orientação) . Será observado que o cone de confusão não é apenas definido pela posição de audição (e orientação), mas pela posição de audição (e orientação) e pelo menos um ponto no cone de confusão. Assim, o cone de confusão define um conjunto de posições relativas para as fontes de som de modo que se uma posição da fonte de som for determinada (com a posição de audição e orientação), o cone de confusão de som correspondente para os valores de ITD e ILD é substancialmente o mesmo que também é definido.

Em muitos casos o cone de confusão pode ser um impedimento, especialmente com o fone de ouvido, onde o problema da reversão frente trás é bem conhecido. Entretanto, no sistema da figura 1, o fenômeno é ativamente utilizado para posicionar dois alto-falantes interagindo em diferentes posições enquanto ainda permite que sejam percebidos como procedente de uma única posição da fonte de som desejada. Assim, o sistema da figura 1 pode explorar o cone de confusão para criar ilusões auditivas fortes e robustas.

De fato, visto que o sistema auditivo tem dificuldade de interpretar a localização de uma fonte de som no cone de confusão, este efeito é ativamente explorado para esconder a localização de um alto-falante. Por exemplo, se um alto-falante de baixa frequência estiver posicionado em uma localização e um segundo alto-falante de alta frequência (tweeter) estiver posicionado em outra posição no cone de confusão criado pela posição do alto-falante de baixa frequência e pela posição e orientação de audição, uma ilusão pode ser criada de forma que o som de alcance total entre completamente do tweeter.

Especificamente, o tweeter pode reproduzir ο conteúdo de alta frequência que é então filtrado em sua passagem acústica pela cabeça do ouvinte e ouvido externo dele. Isto dá uma única assinatura espectral à localização do tweeter, tornando o tweeter fácil de localizar. Em baixas frequências as ITD e ILDs são consistentes com qualquer posição no cone de confusão. A localização do alto-falante de baixa frequência não transmite formação espectral significativa ao sinal de baixa frequência, e é então difícil de localizar precisamente no cone de confusão. A falta.de uma localização unicamente identificável do alto-falante com frequência mais baixa permite que o sistema auditivo una as duas fontes de som, criando uma imagem auditiva de alcance total na localização do tweeter. Esta ilusão auditiva é muito forte, pois as indicações de localização são completamente consistentes com a localização alvo da fonte de som (a localização do tweeter).

Assim, o cone de confusão de som é um exemplo que pode ser dado pela posição do alto-falante de baixa frequência e pela posição e orientação de audição, assim definindo um conjunto de posições apropriadas para o alto-falante de alta frequência. Equivalentemente, o cone de confusão de som pode ser dado pela posição do alto-falante de alta frequência e pela posição de audição e orientação, assim definindo um conjunto de posições apropriadas para o alto-falante de baixa frequência.

O cone de confusão de som pode então ser considerado correspondente a estas posições relativas no espaço para que a diferença de tempo e a diferença de nível entre os ouvidos do ouvinte (nominal) sejam suficientemente baixas para não prover, substancialmente, diferentes indicações espaciais na posição de audição. Especificamente, 0 cone de confusão de som pode tipicamente corresponder às posições espaciais na qual a ITD varia não mais do que 5 0 microssegundos e a ILD não mais do que 2 dB. Assim, o cone de confusão de som pode definir, especificamente em algumas realizações, um conjunto de posições no qual um atraso do caminho de áudio varia por não mais do que 50 microssegundos e uma diferença da perda do caminho varia por não mais do que 1 dB. Em algumas realizações, o cone de confusão pode compreender as posições espaciais nas quais a ITD é menor do que 10% do atraso médio do caminho do som das posições à posição nominal de audição e na qual a ILD é menor do que 10% do nível médio na posição nominal.

Tais exigências resultarão nas características de ILD e ITD sendo percebidas para corresponder à mesma posição. Neste caso, a posição espacial da fonte de som combinada será percebida para corresponder à posição indicada pela modificação de frequência do som de alta frequência pelo ouvido humano. Assim, a posição espacial será percebida para ser o tweeter.

No exemplo, o primeiro alto-falante 105 é um alto-falante de alta frequência, como um tweeter, e o segundo alto-falante 107 ê um alto-falante de baixa frequência. Certamente, a geração do primeiro sinal de acionamento para o primeiro alto-falante 105 pelo circuito de acionamento 103 inclui tipicamente uma filtragem de passa alto do sinal de entrada de áudio e a geração do segundo sinal de acionamento para o segundo alto-falante 107 pelo circuito de acionamento 103 inclui tipicamente uma filtragem passa baixo do sinal de entrada de áudio. Conforme ilustrado na figura 4 o circuito de acionamento 103 pode especificamente compreender um filtro passa alto e um filtro passa baixo (com, por exemplo, a funcionalidade de amplificação adequada que para esclarecimento e brevidade não é explicitamente discutido aqui).

Assim, no exemplo, o circuito de acionamento 103 gera o primeiro sinal de acionamento para corresponder a uma faixa de frequência mais alta do sinal de áudio do que do que o segundo sinal de acionamento. Em algumas realizações, os dois alto-falantes 105, 107 podem tampar uma parte separada do espectro e, de fato, podem juntos tampar toda a faixa de áudio. Em outras realizações, outros alto-falantes podem, por exemplo, tampar outros intervalos de frequência do sinal de áudio. Por exemplo, um subwoofer pode suportar frequências até, 120 Hz, o segundo alto-falante 107 pode abranger o intervalo de frequência de 120 Hz a 500 Hz, um terceiro alto-falante pode abranger um intervalo de frequência de 500 Hz a 1,5 kHz e o primeiro alto-falante 105 pode abranger o intervalo de frequência de 1,5 kHz até, por exemplo, 20 kHz.

Em muitas realizações, uma frequência de corte de 3-dB inferior do primeiro sinal de acionamento não pode vantajosamente ser menor do que 400 Hz, 600 Hz, 800 Hz, 1 kHz ou ainda 2 kHz. Quanto mais alta a frequência selecionada, menor e mais discreto será o primeiro alto-falante 105.

Em muitas realizações, uma frequência de corte de 3-dB superior do segundo sinal de acionamento não pode vantajosamente ser menor do que 400 Hz, 600 Hz, 800 Hz, 1 kHz ou ainda 2 kHz. Quanto maior a frequência selecionada, mais intervalo de frequência será abrangido pelo segundo alto-falante e consequentemente menor e mais discreto será o primeiro alto-falante 105.

A frequência de corte de 3-dB inferior do primeiro sinal de acionamento e a frequência de corte de 3-dB superior do segundo sinal de acionamento pode diferir substancialmente uma da outra, e pode, por exemplo, diferir por não menos do que 200 Hz, 400 Hz, 600 Hz, 800 Hz ou ainda 1 kHz.

Em algumas realizações, uma frequência passa baixa entre o primeiro e o segundo sinais de acionamento pode estar no intervalo de 200 Hz a 2 kHz, e geralmente vantajosamente no intervalo de 600 Hz a 1,5 kHz. A frequência passa baixa pode ser determinada como a frequência na qual a atenuação dos dois sinais de acionamento com relação ao sinal de entrada de áudio é a mesma.

Tais frequências passa baixa e de corte podem, em particular, permitir acionadores de alta frequência do fator de forma pequena para prover as indicações espaciais dominantes. Em particular, uma seleção adequada das faixas de frequência para os diferentes alto-falantes pode garantir que as indicações espaciais providas a partir do segundo alto-falante 107 sejam restritas às indicações de ITD e ILD. Certamente, o desenho pode garantir que o segundo alto-falante 107 provê apenas indicações espaciais que também são consistentes com as indicações espaciais para a posição do primeiro alto-falante 105.

De fato, em muitas disposições do subwoofer por satélite convencional, a frequência passa baixa é escolhida para adequar a resposta da frequência dos alto-falantes. Na abordagem descrita, a força do efeito na posição de audição é independente da frequência passa baixa desde que esta frequência permaneça abaixo de um valor limite. Este valor limite é uma função da Função de Transferência Relacionada à Cabeça (HRTF), e é o ponto no qual a modificação espectral da passagem acústica devido à dispersão dos ouvido externos começa a contribuir as indicações de localização significativas. 0 valor limite para um ouvinte individual é uma função de sua anatomia e é variável sobre uma população de usuários. Entretanto, um valor limite nominal pode ser selecionado abrangendo quase toda a população. As frequências passa baixas tão altas quanto 800 Hz foram demonstradas para realizar muito bem e, de fato, altas frequências passa baixas são possíveis em muitas realizações.

No exemplo, o primeiro e o segundo alto-falantes físicos 105, 107 são posicionados diretamente no cone de confusão com o primeiro alto-falante 105 sendo posicionado em uma posição desejada para a percepção da fonte de som espacial. Para o canal surround esquerdo o primeiro alto-falante 105 pode, por exemplo, ser posicionado no cone de confusão de som à parte traseira esquerda do ouvinte. 0 segundo alto-falante 107 pode ser posicionado a uma distância significativa e em uma direção significativamente diferente do que a do primeiro alto-falante 105. Por exemplo, o segundo alto-falante 107 pode estar posicionado à frente da posição de audição. Isto pode em muitas realizações ser particularmente vantajoso, pois o segundo alto-falante 107, por exemplo, pode ser posicionado próximo aos alto-falantes de som surround para outros canais e especificamente próximo aos alto-falantes para apresentar os canais laterais frontais. Entretanto, o segundo alto-falante 107 está posicionado de modo que esteja no mesmo cone de confusão de som que o primeiro alto-falante 105. Como uma consequência, o som reproduzido de ambos os alto-falantes 105, 107 será percebido para chegar na posição de audição do primeiro alto-falante 105, ou seja, da direção traseira esquerda.

O primeiro e o segundo alto-falantes 105, 107 podem estar posicionados nas posições que estão a uma distância um do outro de não menos do que 1 metro, 2 metros ou ainda 3 metros. Os alto-falantes 105, 107 podem estar posicionados em direções completamente diferentes com relação à posição nominal de audição. Em algumas realizações a direção aos dois alto-falantes pode variar por não menos do que 20° e, de fato, em algumas realizações por não menos do que 30, 45° ou ainda 60°.

A abordagem descrita então utiliza um processamento e um esquema de layout do alto-falante que permite a redução no tamanho, por exemplo, dos alto-falantes surround traseiros ao extremo sem degradar a qualidade subjetiva do áudio e o desempenho espacial na posição de audição. Tais reduções de tamanho permitem que o custo e o consumo de energia da unidade do alto-falante sejam significativamente reduzidos. Reduzir o tamanho dos alto-falantes traseiros é muito desejável para as faixas de estilo de vida dos sistemas de home theater. Reduzir o consumo de energia é uma etapa permissiva para a operação sem fio ligada por bateria dos alto-falantes de som surround.

A redução no tamanho é obtida através do uso do processamento do sinal acionado psicoacusticamente e várias unidades de alto-falante judiciosamente posicionadas com relação à posição de audição para garantir as indicações de localização consistentes com a localização alvo da fonte.

A abordagem provê um método muito robusto para criar uma ilusão psicoacústica. Este tipo de ilusão auditiva é ainda independente da função de transferência acústica de alta frequência do ouvinte individual. Isto permite que a ilusão seja efetiva para quase todos os usuários com audição normal.

Uma vantagem adicionada do processamento é a simplicidade das operações de filtragem necessárias, que pode ser realizada tanto no circuito digital quanto no analógico.

Esta ilusão também não está restrita às fontes de som no plano horizontal. As fontes de alta frequência ou, de fato, as fontes de baixa frequência, também podem ser colocadas acima ou abaixo do ouvinte. A ilusão do áudio de alcance total na localização da fonte de alta frequência será robusta desde que a fonte de baixa frequência esteja no mesmo cone de confusão.

Entretanto, embora não seja necessário que as fontes de som permaneçam no plano horizontal, em algumas realizações pode ser vantajoso que elas não desviem significativamente dele. Em muitas realizações pelo menos a diferença vertical entre a posição do primeiro e do segundo transdutor de som no cone de confusão não pode ser mais do que 50 cm ou ainda 25 cm. Isto pode ter vantagens em termos de tamanho do ponto de audição. De fato, se ambos os alto-falantes estiverem localizados no plano horizontal e equidistantes do ouvinte, o efeito pode ser mostrado como robusto para todos os deslocamentos ao longo do eixo inter-auditivo.

No exemplo da figura 1, dois alto-falantes 105, 107 foram utilizados para apresentar o sinal de entrada de áudio ao circuito de acionamento 103. Entretanto, em outras realizações mais do que dois alto-falantes podem ser utilizados. Por exemplo, em vez de uma única cobertura do alto-falante de faixa baixa/média, por exemplo, a faixa de frequência até 1 kHz, esta faixa de frequência pode ser abrangida por um alto-falante de faixa baixa e um alto-falante de faixa média. Neste caso, o(s) alto-falante(s) extra(s) não precisa(m) ser colocado(s) com quaisquer outros alto-falantes, mas podem, por exemplo, ser posicionados em outras posições. Desde que estas posições estejam no cone de confusão (e abranja as faixas de frequência abaixo da filtragem dependente da direção do ouvido), o alto-falante adicional não proverá novas indicações espaciais ao usuário e o som reproduzido total será percebido para originar de uma única fonte.

No exemplo da figura 1, o sinal de áudio sendo processado pelos alto-falantes 105, 107 é um canal espacial de um sinal de som surround. Especificamente, o canal espacial pode ser o canal surround esquerdo. Em algumas realizações, o segundo alto-falante 107 pode ser utilizado para processar dois (ou mais) dos canais espaciais. Por exemplo, o segundo alto-falante 107 pode estar localizado na frente esquerda da posição de audição e assim em uma posição onde é adequada para processar o canal espacial esquerdo frontal.

A figura 5 ilustra um exemplo de tal realização. No exemplo, o segundo alto-falante 107 também é utilizado como o alto-falante esquerdo frontal 203. No exemplo, isto é obtido pelo circuito de acionamento 103 compreendendo um combinador que combina o sinal de áudio do canal frontal esquerdo com o sinal de áudio de filtro passa baixo para o canal surround esquerdo. Assim, o segundo sinal de acionamento é gerado dos sinais de áudio de ambos os canais espaciais. O circuito de acionamento 103 pode especificamente gerar o segundo sinal de acionamento como a soma ponderada dos sinais de áudio dos dois canais (tipicamente seguindo a filtragem de pelo menos um dos sinais de áudio).

A abordagem pode certamente ser utilizada semelhantemente, por exemplo, pelo canal surround traseiro. Como um exemplo específico, a figura 5 ilustra um sistema de som surround em que dois alto-falantes de alcance total reproduzem os canais frontais esquerdo e direito. Os dois transdutores de alta-frequência são colocados atrás do ouvinte nos ângulos voltados para as localizações angulares dos alto-falantes de alcance total, colocando-os no mesmo cone de confusão como os alto-falantes frontais. Os canais surround esquerdo e direito são divididos em uma parte com baixa frequência e uma parte com alta frequência. As frequências altas são reproduzidas pelos alto-falantes de alta frequência, enquanto a parte de baixa frequência é adicionada aos canais de alcance total na frente do ouvinte. 0 efeito deve produzir uma impressão muito notável de um som de alcance total que vem dos alto-falantes traseiros de alta frequência. Este sistema permite alto-falantes traseiros de som surround muito compactos. Visto que os alto-falantes de alta frequência extraem muito pouca energia eles poderiam ser ligados por bateria e receber sinais de música do receptor de som surround sem fio. Além disso, os dois alto-falantes frontais de alcance total dobram no processamento de ambos os canais laterais frontais e a parte de frequência inferior dos canais surround. Assim, o sistema pode ainda fazer uso dos tipos de alto-falante que já são empregados nos sistemas de home theater para os canais frontais sem mais modificação.

Será observado que a abordagem não é limitada à criação de ilusão dos canais traseiros. Por exemplo, o sistema pode ser invertido de modo que o alto-falante de alcance total esteja atrás do ouvinte e a fonte de alta-frequência seja colocada na frente do usuário. Este é de uso particular para dispositivos que, devido às restrições de fator de forma, não permitem a integração dos alto-falantes de alcance total, enquanto a localização do som de alcance total na localização do dispositivo é desejável. Exemplos incluem televisões e monitores de computador com tela plana.

Em algumas realizações, os alto-falantes 105, 107 que processam o sinal de áudio podem ser posicionados em distâncias variadas a partir da posição de audição, mas ainda no cone de confusão. De fato, deve ser observado que o cone de confusão representa um objeto/superfície tridimensional e não apenas um anel. De fato, não é necessário que os alto-falantes estejam localizados equidistantemente do ouvinte. Se os alto-falantes estiverem localizados em distâncias variadas da posição de audição, a compensação de atraso pode ser aplicada para garantir um tempo de chegada constante de todos os componentes de som na posição do ouvinte.

Especificamente, o circuito de acionamento 103 pode compreender a funcionalidade para ajustar a diferença de nível e/ou a diferença de tempo entre o primeiro sinal de acionamento e o segundo sinal de acionamento. Por exemplo, a figura 6 ilustra como o circuito de acionamento 103 pode incluir um atraso 601 que aumenta o atraso entre o segundo sinal de acionamento e o sinal de entrada de áudio com relação ao atraso entre o primeiro sinal de acionamento e o sinal de entrada de áudio. O atraso é definido para compensar uma distância elevada ao primeiro alto-falante 105 da posição de audição do que para o segundo alto-falante 107 na posição de audição. Assim, o atraso compensa a diferença nos atrasos de propagação dos caminhos de áudio do primeiro e do segpndo alto-falante 105, 107 respectivamente na posição nominal de audição.

Assim, em tais sistemas a diferença de tempo inter-auditivo e/ou a diferença de nível inter-auditivo que provê s indicações espaciais são gerenciadas pelo posicionamento dos alto-falantes 105, 107 no cone de confusão de som onde a diferença absoluta (ou média) de tempo ou diferença de nível entre os alto-falantes 105, 107 (em vez de entre os ouvidos de um usuário) é controlada pelo processamento dos sinais de acionamento.

O ajuste de qualquer diferença de tempo ou da diferença de nível inter-falante (ou ambas) pode em algumas realizações ser automaticamente adaptado às características específicas da configuração. Por exemplo, um microfone localizado na posição de audição pode ser utilizado para registrar a saída acústica do sistema multicanal e para calcular as distâncias relativas aos alto-falantes. Esta distância pode ser abrangida em uma linha de atraso baseada na amostra e utilizada para compensar os períodos de emissão dos respectivos sinais de baixa e alta frequência para garantir consistência das indicações de localização. O microfone também pode ser utilizado para ajustar as propriedades do sistema de áudio como a resposta da frequência e a amplitude das fontes de som individuais para otimizar a experiência de audição.

Em algumas realizações, o circuito de acionamento pode estar disposto para gerar o primeiro sinal de acionamento e o segundo sinal de acionamento de modo que o som do segundo alto-falante 107 atinja a posição nominal com um atraso entre 1 mseg e 50 mseg com relação ao som do primeiro alto-falante 105. Assim, os componentes de áudio simultâneos do sinal de entrada de áudio resultarão no som na posição de audição que está atrasado a partir do segundo alto-falante 107 com relação ao primeiro alto-falante.

Tal abordagem pode explorar o fenômeno psicoacústico conhecido como "efeito de precedência" (também referido como "efeito Haas" ou a "lei da primeira frente de onda"). Este fenômeno indica que quando o mesmo sinal de som é recebido das duas fontes em diferentes posições e com um atraso suficientemente pequeno, o som é percebido para vir apenas a partir da direção da fonte de som que está à frente, ou seja, a partir do primeiro sinal de chegada. Assim, o fenômeno psicoacústico refere-se ao fato de que o cérebro humano deriva a maior parte das indicações espaciais dos primeiros componentes de sinal recebidos. De fato, foi observado que tal efeito é ainda atingido quando aplicado em diferentes intervalos de frequência de um sinal de áudio.

Através do uso do efeito de precedência é possível criar ilusões auditivas que aprimoram a qualidade do áudio percebida e a largura de banda dos alto-falantes de satélite com uma largura de banda restrita. O efeito de precedência é um fenômeno psicoacústico com base no peso temporal no sistema auditivo. Para finalidades de localização, o sistema auditivo pesa o primeiro som que chega aos ouvidos com mais importância. Se dois alto-falantes colocados em diferentes localizações emitem o mesmo sinal, o alto-falante cujo sinal chega aos ouvidos do ouvinte primeiro será percebido como a única origem da fonte de som. Isto é válido sob as condições que o atraso entre os sons que chegam aos ouvidos está acima de 1 ms e abaixo de um valor limite de 5 - 50 ms, dependendo do tipo de estímulo. Conforme mencionado, o efeito de precedência também foi mostrado para ser parcialmente efetivo quando as fontes de som são divididas em diferentes faixas de frequência e reproduzidas pelos diferentes alto-falantes.

O efeito de precedência pode então ser utilizado para ainda aprimorar a percepção espacial de uma única fonte posicionada na posição do primeiro alto-falante 105. De fato, onde apenas depende do efeito de precedência pode ser subideal em muitos cenários (por exemplo, a ilusão não é completamente efetiva e pode resultar na imagem estereofônica distorcida), a combinação do efeito de precedência e a utilização do cone de confusão provêm uma ilusão substancialmente aprimorada.

Assim, o efeito de precedência pode ser utilizado para ainda melhorar a robustez da ilusão, por exemplo, com relação aos pequenos movimentos e rotações da cabeça dos ouvintes. Isto é obtido pela adição de um atraso no canal de baixa frequência. O atraso é escolhido de modo que as informações de baixa frequência do canal de baixa frequência chegam à posição de audição aproximadamente 1 a τ ms após as informações de alta frequência. 0 tempo de atraso i pode variar de 5 a 50 ms dependendo do sinal de áudio, e pode ser escolhido através de uma otimização com base nas informações como sistema, frequências passa baixas, ambiente acústico e sinal de entrada.

A abordagem pode, por exemplo, ser implementada pelo sistema da figura 6 que determina um atraso adequado necessário para a diferença do tempo de propagação a ser compensada e então ajustar o atraso 601 a, por exemplo, 10 mseg mais do que o valor calculado.

Em algumas realizações, a abordagem pode ser utilizada para prover uma ilusão de fontes de alcance total em várias localizações. Isto pode especificamente ser obtido utilizando um único transdutor de baixa frequência e uma pluralidade de unidades de alta frequência. Um exemplo de tal abordagem é mostrado na figura 7. No exemplo, cada canal de um canal multicanal N (Xi(t), X2(t), X3(t),... Xn(t)) é dividido em duas regiões de frequência utilizando uma rede passa baixa. Cada um dos sinais de alta frequência resultante é enviado diretamente aos alto-falantes N de alta frequência 701 localizados no cone de confusão 703. Os sinais de baixa frequência de cada canal são somados e transmitidos à frequência alto-falante de baixa frequência 705 também localizado no cone de confusão. No exemplo, um conjunto de atrasos 707 é incluído para prover a compensação da diferença do comprimento da passagem e/ou melhoria do efeito de precedência para cada canal.

Assim, no exemplo da figura 7, o sistema está disposto para reproduzir pelo menos um sinal de som adicional que atinge a posição nominal de audição a partir de uma direção diferente do que para o primeiro alto-falante de áudio. Isto é obtido pela inclusão de outro alto-falante posicionado na direção diferente e gerando um sinal de acionamento para este alto-falante de áudio a partir do sinal de áudio adicional. Além disso, o segundo sinal de acionamento para o segundo alto-falante 705 é gerado combinando os dois sinais de áudio. A combinação pode especificamente ser uma soma ponderada onde o peso pode refletir o volume desejado relativo para os dois sinais.

Nos exemplos anteriores, o som foi provido pelos alto-falantes físicos posicionados diretamente nas posições apropriadas do cone de som. Entretanto, em outras realizações o som pode não ser provido pelos alto-falantes físicos em tais posições, mas pode ainda ser provido pelas fontes de som virtuais no cone de confusão. Assim, em vez de utilizar os alto-falantes físicos no cone de confusão, a abordagem pode utilizar disposições do transdutor de som que podem prover uma fonte de som virtual posicionada no cone de confusão. As disposições do transdutor de som podem, por exemplo, ser um alto-falante físico, mas podem, por exemplo, de modo alternativo ou adicional ser uma matriz do transdutor, um alto-falante direcional, um transdutor de ultrassom modulado etc.

Como um exemplo, um alto-falante de alcance total convencional posicionado no cone de confusão pode ser utilizado como o segundo alto-falante 107 onde o primeiro alto-falante 105 é substituído por uma disposição do transdutor de som que está disposta para radiar um som direcional para atingir a posição nominal a partir da primeira direção através de pelo menos uma reflexão. Assim, no exemplo, a fonte de alta frequência é criada utilizando um feixe de som direcional que na reflexão, por exemplo, de uma parede será disperso na sala. Neste caso, um ouvinte perceberia o ponto de reflexão na parede para ser a origem da fonte de som. Desta forma, a disposição do transdutor de som pode estar disposta para radiar um feixe de som altamente direcional de modo que se encoste à parede em um ponto que está no cone de confusão para a posição nominal de audição e orientação. Tal radiação de áudio pode, por exemplo, ser percebida por uma grande matriz de unidades de alta frequência e da formação do feixe, combinada com um algoritmo de formação do feixe de som adequado.

Como outro exemplo, o feixe pode ser gerado utilizando um alto-falante ultrassónico ou paramétrico para radiar um sinal ultrassónico modulado em direção ao ponto de reflexão na parede. Isto pode projetar um feixe altamente direcional de ultrassom de alta intensidade modulado pelo áudio de alta frequência. Conforme o ultrassom propaga através do ar, o sinal de áudio é demodulado pelas não linearidades para formar um feixe de som altamente direcional. Quando este feixe de som encontra um obstáculo, como uma parede ou grande objeto, o som da frequência do áudio é refletido sobre uma ampla faixa de ângulos assim provendo a percepção de uma fonte de som localizada no ponto de incidência.

Será observado que em algumas realizações, pode ser vantajoso para o transdutor de alta frequência ser uma fonte de som virtual onde o transdutor de baixa frequência é um alto-falante físico localizado no cone de confusão. Por exemplo, ao gerar um canal traseiro utilizando a abordagem descrita, isto pode permitir que todos os transdutores de som sejam posicionados na frente do usuário enquanto ainda provê uma percepção espacial de som que atinge o ouvinte pelas costas. Assim, em algumas realizações, os alto-falantes físicos de alta frequência do exemplo original podem ser substituídos pelas fontes de som virtuais. Uma vantagem do princípio desta abordagem é que os alto-falantes traseiros não precisam estar mais fisicamente presentes.

Em outras realizações, o segundo alto-falante 107 pode ser substituído por uma fonte de som virtual enquanto o primeiro alto-falante 105 possivelmente pode ser mantido como um alto-falante físico posicionado no cone de confusão. Assim, em algumas realizações, o alto-falante de baixa frequência pode ser substituído pelas fontes virtuais, por exemplo, utilizando técnicas como cancelamento de diafonia ou uma abordagem do dipolo estéreo. Uma vantagem do princípio desta abordagem é que as fontes virtuais de baixa frequência podem ser relativamente fáceis de serem criadas em qualquer localização angular no plano frontal e, assim, as restrições na localização dos transdutores de alta frequência podem ser relaxadas conforme a fonte de baixa frequência de som virtual pode relativamente ser facilmente posicionada sempre que o cone de confusão para a posição do transdutor específico de alta frequência finalizar. Em outras palavras; dada a localização arbitrária de um transdutor de frequência, uma fonte virtual de baixa frequência complementar pode ser sintetizada nas posições apropriadas dadas pelo cone de confusão de som que surge da localização selecionada. A localização dos alto-falantes e do ouvinte é preferencialmente conhecida antes das fontes virtuais serem localizadas no cone de confusão apropriado. Os métodos de determinação das localizações relativas dos alto-falantes são bem conhecidos e será observado que qualquer método adequado para fazê-lo pode ser utilizado.

Será observado que as diferentes técnicas e algoritmos existem para gerar as fontes de som virtuais (que pode ser considerada uma fonte de som que não é fisicamente presente na localização que o ouvinte percebe). A criação das fontes virtuais é obtida pela produção de um sinal de áudio nos ouvidos do ouvinte com quaisquer indicações de localização exatas ou aproximada correspondente à localização alvo.

A seguir, um exemplo específico de como as fontes de som virtuais podem ser geradas será descrito.

As passagens acústicas consideradas por um som transmitido de um par de alto-falantes para atingir os ouvidos são apresentadas esquematicamente na figura 8. As passagens acústicas criam a filtragem espectral de ITD e ILDs específicas às localizações dos alto-falantes tornando os alto-falantes facilmente localizáveis pelo ouvinte. Cada passagem acústica pode ser representada como uma função de transferência HaL, onde o primeiro subscrito refere-se à localização angular do alto-falante e o segundo subscrito ao ouvido. Os sinais do ouvido podem ser expressos matematicamente utilizando a equação da matriz

Com base nesta equação, é claro que aplicar uma operação inversa da matriz M-1 aos sinais antes da transmissão pelos alto-falantes é possível eliminar os efeitos de diafonia.

Neste paradigma o ouvido esquerdo recebe sinais do alto-falante esquerdo, e o ouvido direito recebe sinais apenas do alto-falante direito. Incorporando as indicações de localização nos sinais do alto-falante L e R, utilizando quaisquer funções de transferência modeladas ou medidas HyL e Hyx, é possível criar fontes de som virtuais em qualquer localização γ ao redor da cabeça dos ouvintes conforme ilustrado na figura 9:

É geralmente desejável colocar os alto-falantes físicos juntos. Isto torna a matriz de transferência M menos complexa permitindo uma inversão ideal. De fato, se os alto-falantes estiverem muito próximos, as técnicas do dipolo estéreo podem ser utilizadas para aproximar a matriz de transferência e sua inversão, permitindo operações de filtragem muito simples. Uma vantagem desta abordagem é menos coloração e uma ilusão auditiva razoavelmente robusta. Os esquemas de processamento aproximados como a abordagem do dipolo estéreo tipicamente restringe as fontes virtuais ao plano frontal.

Sob condições ideais o cancelamento de diafonia resulta na percepção perfeita de fontes virtuais visto que as indicações auditivas são completamente consistentes com a localização alvo da fonte direcionada. Devido às imperfeições nas medições da função de transferência, corte durante a inversão da matriz, a perda da faixa dinâmica e as limitações de energia do amplificador e dos alto-falantes, a força das ilusões pode ser reduzida, ou se torna ineficiente. Por exemplo, a matriz de transferência M pode geralmente ser mal adequada à inversão sendo 'mal condicionada'. Isto implica que as pequenas perturbações na função de transferência medida ou modelada podem resultar em grandes erros na matriz de transferência invertida Μ-1. O mau condicionamento torna o cancelamento de diafonia instável aos pequenos movimentos da cabeça, especialmente em baixas frequências. Outro subproduto deste sistema mal condicionado é a coloração significativa do áudio. Isto é particularmente evidente aos ouvintes não posicionados precisamente no ponto de audição.

A ilusão é dependente da precisão da matriz de transferência M. A matriz ê construída das funções de transferência modulada ou medida descritas na figura 8. Estas funções de transferência não são apenas uma função da localização dos alto-falantes, mas são também da anatomia do usuário e são únicas a cada indivíduo. Como pequenas imperfeições nas funções de transferência podem criar grandes erros nos filtros de diafonia, os filtros idealmente precisos para cada indivíduo seriam medidos e utilizados para a rede de cancelamento. Para viabilidade econômica um conjunto genérico de funções de transferência pode ser escolhido para prover boa compatibilidade para a maioria da população, mesmo se não ideal para muitos usuários é geral.

A passagem da diafonia é removida pela transmissão de som adicional para cancelar as informações acústicas indesejadas. Este som adicional pode ser considerado energia 'desperdiçada', pois não contribui ao áudio ouvido pela ouvinte. Em alguns casos, o sinal de áudio nos ouvidos é 30 dB menor do que o sinal de áudio transmitido. O efeito desta energia 'desperdiçada' é reduzir a faixa dinâmica do sistema e colocas altas demandas nos alto-falantes e amplificadores.

A geração da fonte virtual pode ser complicada e pode ser difícil de obter resultados robustos e convincentes. Utilizando o conceito do cone de confusão em paralelo com a tecnologia do alto-falante virtual, alto-falantes físicos podem reforçar as indicações de localização necessárias sobre certas faixas de frequência, significativamente fortalecendo as ilusões auditivas e ou melhorando a eficiência da energia. Estas duas modalidades são, na realidade, altamente complementares; o conceito do cone de confusão permite ilusões auditivas muito convincentes a serem criadas enquanto o cancelamento do diafonia e a geração da fonte virtual relaxa as exigências geométricas estritas do cone de confusão.

Conforme previamente mencionado, esta natureza complementar pode ser explorada para ser tanto o alto-falante de alta frequência quanto o alto-falante de baixa frequência pelas fontes de som virtuais.

A figura 10 ilustra um exemplo em que as fontes físicas de alta frequência para os alto-falantes traseiros são substituídas pelas fontes virtuais. A vantagem mais óbvia desta abordagem é que o usuário não precisa mais posicionar os alto-falantes adicionais na parte de trás. A ilusão é dependente do cancelamento correto de diafonia nas frequências altas. O sistema somente será efetivo se cada fonte virtual for corretamente localizada no mesmo cone de confusão que o alto-falante físico de baixa frequência, que limita a faixa de posições disponíveis da fonte virtual.

Comparado a um sistema de cancelamento de diafonia de alcance total, esta abordagem representa uma economia significativa na energia elétrica pela eliminação do cancelamento de diafonia de baixa frequência. Isto representa uma economia potencial de até 30 dB da altura do alto-falante e do amplificador na reprodução de baixa frequência, permitindo o uso das unidades de acionamentos e dos amplificadores mais baratos.

A figura 11 ilustra um exemplo em que os alto-falantes físicos de baixa frequência dos canais traseiros são substituídos por fontes virtuais. A vantagem mais significativa desta abordagem é que a fonte de altas frequências pode ser colocada arbitrariamente ao redor do ouvinte. O uso das fontes virtuais de baixa frequência relaxa todas as restrições no posicionamento do alto-falante para a configuração do cone de confusão visto que as fontes complementares de baixa frequência podem ser geradas para qualquer ângulo necessário.

Todas as fontes virtuais de baixa frequência necessárias podem ser criadas por um gabinete compacto contendo pelo menos dois transdutores de baixa frequência. Maior eficiência e controle sobre as fontes virtuais podem ser obtidos pelo aumento do número de alto-falantes de baixa frequência. Estes transdutores devem poder emitir acústica suficiente para prover cancelamento suficiente da diafonia. As fontes virtuais de baixa frequência podem ser criadas utilizando processamento dipolo estéreo muito simples conforme as fontes de baixa frequência apenas necessárias são geradas no plano frontal. Desde que as indicações de ITD e ILD das fontes de baixa frequência sejam consistentes com as unidades de alta-frequência a ilusão será muito robusta.

Por causa das indicações de alta frequência serem providas pelas fontes reais, elas não são afetadas pelas diferenças nas funções anatômicas individuais. Esta é uma vantagem significativa sobre os esquemas de cancelamento do diafonia padrão, que para ser realmente efetivo precisa de filtros de diafonia individualizados. Nas baixas frequências, abaixo da frequência passa baixa (por exemplo, 800 Hz) , a filtragem espectral anatômica provê indicações auditivas menos significativas significando que os filtros específicos da pessoa não são necessários para esta abordagem.

Será observado que a descrição acima para esclarecimento descreveu realizações da invenção com referência aos diferentes circuitos funcionais, unidades e processadores. Entretanto, será evidente que qualquer distribuição adequada da funcionalidade entre diferentes circuitos funcionais, unidades ou processadores podem ser utilizados sem prejudicar a invenção. Por exemplo, a funcionalidade ilustrada a ser realizada pelos processadores ou controladores separados pode ser realizada pelo mesmo processador ou controladores. Assim, as referências às unidades funcionais ou circuitos funcionais específicos são apenas para serem vistos como referências aos meios adequados para prover a funcionalidade descrita em vez do indicativo de uma estrutura lógica estrita ou física ou organização.

A invenção pode ser implementada de qualquer forma adequada incluindo hardware, software, firmware ou qualquer combinação destes. A invenção pode opcionalmente ser implementada pelo menos parcialmente como software de computador que opera em um ou mais processadores de dados e/ou processadores do sinal digital. Os elementos e componentes de uma realização da invenção podem ser física, funcional e logicamente implementados de qualquer forma adequada, de fato, a funcionalidade pode ser implementada em uma única unidade, em uma pluralidade de unidades ou como parte de outras unidades funcionais. Desta forma, a invenção pode ser implementada em uma única unidade ou pode ser fisicamente e funcionalmente distribuída entre as diferentes unidades, circuitos e processadores.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com algumas realizações, ela não é direcionada para ser limitada à forma específica definida aqui. Ainda, o escopo da presente invenção é limitado apenas pelas reivindicações anexas. Adicionalmente, embora a função possa parecer descrita em conexão com as realizações particulares, um técnico no assunto reconheceria que várias funções das realizações descritas podem ser combinadas de acordo com a invenção. Nas reivindicações, o termo "compreendendo" não exclui a presença de outros elementos ou etapas.

Além disso, embora individualmente listada, uma pluralidade de meios, elementos, circuitos ou etapas do método possa ser implementada, por exemplo, por um único circuito, unidade ou processador. Adicionalmente, embora as funções individuais possam ser incluídas em diferentes reivindicações, estas podem possivelmente ser vantajosamente combinadas, e a inclusão em diferentes reivindicações não implica que uma combinação de funções não é praticável e/ou vantajosa. Ainda, a inclusão de uma função em uma categoria, de acordo com as reivindicações não implicam uma limitação a esta categoria, mas ainda indica que a função é igualmente aplicável a outras categorias da reivindicação conforme apropriado. Além disso, a ordem das funções nas reivindicações não implica qualquer ordem específica na qual as funções devem ser operadas e em particular a ordem de etapas individuais em uma reivindicação do método não implicam que as etapas devem ser realizadas nesta ordem. Preferencialmente, as etapas podem ser realizadas em qualquer ordem adequada. Além disso, referências singulares não excluem uma pluralidade. Assim, as referências a "um", "uma", "primeiro", "segundo" etc. não excluem uma pluralidade. Os sinais de referência nas reivindicações são providos meramente como um exemplo esclarecedor deve não ser interpretado como limitativo do escopo das reivindicações em qualquer forma.

Claims (13)

1. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM PARA REPRODUZIR UM SINAL DE ÁUDIO COMO PROCEDENTE DE UMA PRIMEIRA DIREÇÃO COM RELAÇÃO A UMA POSIÇÃO NOMINAL (211) E UMA ORIENTAÇÃO NOMINAL DE UM OUVINTE, o sistema de reprodução de som compreendendo:
   uma primeira disposição do transdutor de som (105) disposta para gerar o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma primeira posição correspondente à primeira direção;
   uma segunda disposição do transdutor de som (107) disposta para gerar o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma segunda posição correspondente a uma direção diferente do que da primeira direção;
   um circuito de acionamento (103) para gerar um primeiro sinal de acionamento para a primeira disposição do transdutor de som (105) e um segundo sinal de acionamento para a segunda disposição do transdutor de som (107) do sinal de áudio; em que
   a primeira posição e a segunda posição estão localizadas em um mesmo cone de confusão de som para a posição nominal (211) e a direção nominal, o dito sistema de reprodução é caracterizado pelo circuito de acionamento (103) ser disposto para gerar o primeiro sinal de acionamento para corresponder à faixa de frequência mais alta do sinal de áudio do que do segundo sinal de acionamento; e pelo menos uma dentre a primeira disposição do transdutor de som (105) e a segunda disposição do transdutor de som (107) compreende um alto-falante posicionado na primeira posição e na segunda posição respectivamente.
2. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma terceira disposição do transdutor de som disposta para gerar o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma terceira posição correspondente a uma direção diferente do que da primeira direção; e em que o circuito de acionamento (103) está disposto para ainda gerar um terceiro sinal de acionamento para a terceira disposição do transdutor de som do sinal de áudio.
3. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, sendo ainda disposto para reproduzir outro sinal de áudio como procedente de uma segunda direção com relação à posição nominal (211) e à orientação nominal, e o sistema de reprodução de som caracterizado por compreender adicionalmente:
   uma terceira disposição do transdutor de som disposta para gerar o som que atinge a posição nominal a partir de uma terceira posição correspondente à segunda direção;
   e em que o circuito de acionamento (103) está disposto para gerar o segundo sinal de acionamento combinando pelo menos alguns componentes de sinal do primeiro sinal de áudio e o segundo sinal de áudio, e para gerar um terceiro sinal de acionamento para o terceiro transdutor de som do segundo sinal de áudio.
4. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo circuito de acionamento (103) estar disposto para gerar o primeiro sinal de acionamento e o segundo sinal de acionamento de modo que o som da segunda disposição do transdutor de som (107) atinja a posição nominal com um atraso entre 1 mseg e 50 mseg com relação ao som da primeira disposição do transdutor de som (105).
5. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo circuito de acionamento (103) estar disposto para ajustar pelo menos um de uma diferença de nível e uma diferença de tempo entre o primeiro sinal de acionamento e o segundo sinal de acionamento para compensar uma diferença de distância entre uma caminho de áudio a partir da primeira disposição do transdutor de som (105) à posição nominal e um caminho de áudio a partir da segunda disposição do transdutor de som (107) à posição nominal.
6. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adicionalmente um ajustador disposto para receber um sinal de entrada de um microfone posicionado na posição nominal (211) e para ajustar pelo menos um da diferença de tempo e da diferença de nível em resposta ao sinal do microfone.
7. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sinal de áudio ser um canal espacial de um sinal de som surround, e o circuito de acionamento (103) ser ainda disposto para gerar o segundo sinal de acionamento em resposta a um segundo canal espacial do sinal de som surround.
8. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira disposição do transdutor de som (105) estar disposta para radiar um som direcional que atinge a posição nominal a partir da primeira direção através de pelo menos uma reflexão.
9. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira disposição do transdutor de som (105) estar disposta para gerar uma fonte de som virtual na primeira posição; e a segunda disposição do transdutor de som (107) compreender um alto-falante posicionado na segunda posição.
10. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda disposição do transdutor de som (107) estar disposta para gerar uma fonte de som virtual na segunda posição; e a primeira disposição do transdutor de som (105) compreender um alto-falante posicionado na primeira posição.
11. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda posição ser de modo que um ângulo entre uma direção correspondente à segunda posição e à primeira direção não seja menor do que 20°.
12. SISTEMA DE REPRODUÇÃO DE SOM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo cone de confusão de som definir um conjunto de posições para a qual um atraso do caminho de áudio varia por não mais do que 50 microssegundos e uma perda do caminho varia por não mais do que 1 dB.
13. MÉTODO PARA PRODUZIR UM SINAL DE ÁUDIO COMO PROCEDENTE DE UMA PRIMEIRA DIREÇÃO COM RELAÇÃO A UMA POSIÇÃO NOMINAL (211) E UMA ORIENTAÇÃO NOMINAL DE UM OUVINTE, o método compreendendo:
    a geração de um primeiro sinal de acionamento para uma primeira disposição do transdutor de som (105) e um segundo sinal de acionamento para uma segunda disposição do transdutor de som (107) do sinal de áudio;
    a primeira disposição do transdutor de som (105) gerando o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma primeira posição correspondente à primeira direção;
    a segunda disposição do transdutor de som (107) gerando o som que atinge a posição nominal (211) a partir de uma segunda posição correspondente a uma direção diferente do que da primeira direção; e em que
    a primeira posição e a segunda posição estão localizadas em um cone de confusão de som para a posição nominal (211) e a direção nominal;
    caracterizado pelo primeiro sinal de acionamento ser gerado para corresponder à faixa de frequência mais alta do sinal de áudio do que do segundo sinal de acionamento; e pelo menos uma dentre a primeira disposição do transdutor de som (105) e a segunda disposição do transdutor de som (107) compreende um alto-falante posicionado na primeira posição e na segunda posição respectivamente.

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