ES2915843T3 - Control de modos acústicos en una sala - Google Patents

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Abstract

Aparato (300) que comprende al menos un núcleo de procesamiento (310), al menos una memoria (320) que incluye código de programa informático, estando configurados la al menos una memoria (320) y el código de programa informático para, con el al menos un núcleo de procesamiento (310), hacer que el aparato (300) al menos: derive, a partir de una primera información digital que describe una respuesta de impulso de sistema provocada por un altavoz a una primera ubicación (130) en una primera sala, una segunda información digital que describa una respuesta de impulso de cancelación; determine, para muestras comprendidas en la segunda información digital, exactamente un valor de retardo que describa cuánto han de desplazarse las muestras en el tiempo y exactamente un factor de atenuación que describa cuánto ha de reducirse la magnitud de las muestras, de manera que se minimice una energía asociada con una suma de la respuesta de impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación, y emplee el valor de retardo determinado y el factor de atenuación para generar una señal de cancelación a partir de una señal de entrada, y para añadir la señal de cancelación a la señal de entrada proporcionada al altavoz.

Description

DESCRIPCIÓN
Control de modos acústicos en una sala
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de los altavoces y al control, al menos en parte, de al menos un modo en una sala.
Antecedentes de la invención
La ecualización de una señal de audio proporcionada a un altavoz puede usarse para controlar una respuesta de frecuencia. Por ejemplo, cuando un altavoz tiende a emitir sonido en un primer intervalo de frecuencia a una amplitud más baja en relación con otras frecuencias, el primer intervalo de frecuencia puede amplificarse en la señal de entrada para compensar el rendimiento del altavoz y producir una respuesta de frecuencia más plana.
Además de, o alternativamente a, aplanar una respuesta de frecuencia, la ecualización puede usarse para modificar la respuesta de frecuencia para adaptarse a las preferencias estéticas y/o características de un entorno en el que se encuentra el altavoz. Por ejemplo, algunos tipos de música pueden reproducirse con frecuencias más bajas potenciadas en caso de que la música comprenda más información en dichas frecuencias más bajas.
Cuando se escucha sonido, tal como música, emitido por al menos un altavoz en una sala, las características de la sala pueden afectar a la experiencia auditiva. Tales características incluyen las dimensiones físicas de la sala, los materiales usados en las paredes, el techo y el suelo, y elementos tales como muebles dispuestos en la sala. Además, el emplazamiento de los altavoces y del oyente en relación con la sala y entre sí puede afectar a la experiencia auditiva. La experiencia auditiva puede ser perceptiblemente diferente en diferentes ubicaciones de la sala.
Cuando una sala puede producir reflexión del sonido, el uso de un altavoz en la sala puede dar lugar a resonancias, también denominadas modos de sala, o modos, en el espacio encerrado por las paredes y/o el techo y el suelo. Se produce un modo a una frecuencia correspondiente a un múltiplo de media longitud de onda, por lo que las dimensiones de la sala definen las frecuencias que pueden resonar en esa sala. Cuanto más pequeña sea la sala, mayor será la frecuencia de modo más baja. Como consecuencia, las salas más grandes pueden tener resonancias más bajas que son demasiado bajas para que las oigan los seres humanos. Además, como los modos se producen a frecuencias relacionadas con las dimensiones de la sala, también hay modos a frecuencias más altas. La densidad de modos de sala, definida como el número de modos de sala por unidad de frecuencia, tiende a aumentar a medida que aumenta la frecuencia.
Un modo de sala puede almacenar energía. La energía del sonido emitido por el altavoz se almacena en la vibración sostenida por el modo. En el caso de que el altavoz esté apagado, el modo de sala se atenuará a una tasa determinada, entre otras cosas, por la absorbancia de la sala. Dado que los modos de sala pueden afectar a la experiencia auditiva, es útil controlar la energía almacenada en los modos. Los métodos de control incluyen el diseño de la geometría de la sala, cubrir las paredes con materiales que tengan absorbancia en las frecuencias donde existen resonancias de modo y ecualizar la salida del altavoz para que sea baja en las frecuencias de modo, de manera que el nivel de sonido en los modos de sala no crezca más que el nivel de sonido en las frecuencias cercanas al modo, produciendo así la ecualización del cambio de magnitud efectuado por el modo.
El documento WO99/66492 da a conocer un aparato de reproducción de sonido para reducir el nivel de reflexiones acústicas en una sala. El documento EP1322037 da a conocer un método para diseñar un ecualizador de modo para una reproducción de sonido de baja frecuencia. El documento EP1516511 da a conocer un método para diseñar un ecualizador de modo para un intervalo audible de baja frecuencia, especialmente para modos situados muy cerca.
El documento US4549289 A se refiere a la corrección de la distorsión acústica y describe un método y un aparato útiles tanto en la grabación como en la reproducción de grabaciones de audio para corregir los efectos de la distorsión acústica introducida por la sala en la que se realiza y/o reproduce la grabación. Se genera un impulso de prueba acústica y se observa la respuesta para establecer las propiedades acústicas de la sala. La respuesta se muestrea y se usa para generar una función de ecualización a través del análisis de Fourier que puede almacenarse y combinarse con las señales de audio que se graban o reproducen para eliminar sustancialmente la distorsión.
El documento US5272656 A se refiere a un sistema y un método de producción de un filtro digital FIR adaptativo con resolución de frecuencia no lineal. Un filtro y un método de adaptación de un filtro digital proporciona un único filtro de respuesta finita al impulso (FIR) fijo de forma adaptativa a partir de datos medidos, de manera que la frecuencia del filtro y la resolución temporal pueden controlarse. El filtro resultante muestra propiedades que le permiten implementarse eficazmente en diversas configuraciones de tasa múltiple. Específicamente, el sistema y el método producen un filtro FIR con alta resolución a bajas frecuencias al tener un gran número de coeficientes, pero reducen la resolución a frecuencias más altas al permitir que solo una fracción de los coeficientes se adapte a la parte de alta frecuencia de la señal. Esto se logra mediante el uso de un procedimiento de adaptación segmentada de tasa múltiple, de manera que la resolución y el ancho de banda se controlen de forma independiente en cada estado. Si se desea, puede hacerse que el filtro resultante se aproxime a una resolución de Q constante. Además, al adaptar solo una pequeña parte del filtro a la vez, se minimiza el desajuste.
Sumario de la invención
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato según la reivindicación 1. El aparato comprende al menos un núcleo de procesamiento, al menos una memoria que incluye código de programa informático, estando configurados la al menos una memoria y el código de programa informático para, con el al menos un núcleo de procesamiento, hacer que el aparato al menos derive, a partir de una primera información digital que describe una respuesta de impulso de sistema provocada por un altavoz a una primera ubicación en una primera sala, una segunda información digital que describa una respuesta de impulso de cancelación, determine, para muestras comprendidas en la segunda información digital, exactamente un valor de retardo que describa cuánto han de desplazarse las muestras en el tiempo y exactamente un factor de atenuación que describa cuánto ha de ajustarse la magnitud de las muestras, de manera que se minimice una energía asociada con una suma de la respuesta de impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación, y emplee el valor de retardo determinado y el factor de atenuación para generar una señal de cancelación a partir de una señal de entrada, y para añadir la señal de cancelación a la señal de entrada proporcionada al altavoz.
Diversas realizaciones del primer aspecto pueden comprender al menos una característica de la siguiente lista con viñetas:
• la señal proporcionada al altavoz comprende una señal de carga útil
• la al menos una memoria y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento, hacer adicionalmente que el aparato reciba la primera información digital desde un sensor
• la al menos una memoria y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento, hacer adicionalmente que el aparato derive la segunda información digital al menos en parte multiplicando cada muestra comprendida en la primera información digital por un valor de coeficiente
• el valor de coeficiente comprende un valor negativo
• la al menos una memoria y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento, hacer adicionalmente que el aparato filtre con filtro de paso bajo la primera información digital antes de derivar la segunda información digital
• la al menos una memoria y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento, hacer adicionalmente que el aparato determine, basándose en una segunda respuesta de impulso de sistema y una segunda respuesta de impulso de cancelación, al menos uno de un segundo valor de retardo y un segundo factor de ganancia, produciéndose la segunda respuesta de impulso de sistema por el altavoz a una segunda ubicación en la primera sala, y para, basándose en la elección del operador, añadir o bien la señal de cancelación o bien una segunda señal de cancelación basándose en al menos uno del segundo valor de retardo y el segundo factor de ganancia a la señal proporcionada al altavoz
• la al menos una memoria y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento, hacer que el aparato determine el al menos uno del valor de retardo y el factor de ganancia empleando un algoritmo de optimización
• el algoritmo de optimización comprende al menos uno de un algoritmo de minimización de mínimos cuadrados, de recocido simulado y de búsqueda directa
• el impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación forman juntos una respuesta de impulso de sistema ecualizada
• el impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación forman juntos un sistema de reproducción donde, para al menos una resonancia, la resonancia en la sala se elimina cancelando la reflexión acústica provocada por al menos una pared.
Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método según la reivindicación 10. El método comprende derivar, a partir de una primera información digital que describe una respuesta de impulso de sistema provocada por un altavoz a una primera ubicación en una primera sala, una segunda información digital que describe una respuesta de impulso de cancelación, determinar, para muestras comprendidas en la segunda información digital exactamente un valor de retardo que describa cuánto han de desplazarse las muestras en el tiempo y exactamente un factor de atenuación que describa cuánto ha de ajustarse la magnitud de las muestras, de manera que se minimice una energía asociada con una suma de la respuesta de impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación, y emplear el valor de retardo determinado y el factor de atenuación para generar una señal de cancelación a partir de una señal de entrada, y añadir la señal de cancelación a la señal de entrada proporcionada al altavoz.
Diversas realizaciones del segundo aspecto pueden comprender al menos una característica correspondiente a una característica de la lista con viñetas expuesta anteriormente en relación con el primer aspecto.
Según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un programa informático según la reivindicación 11.
Aplicabilidad industrial
Al menos algunas realizaciones de la presente invención proporcionan una cancelación de resonancia de audio mejorada y/o un área más grande en un espacio cerrado donde se consigue tal cancelación de resonancia. Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra un sistema de ejemplo que puede soportar al menos algunas realizaciones de la presente invención;
la figura 2 ilustra el decaimiento del nivel de sonido de una frecuencia de modo de sala;
la figura 3 ilustra un aparato de ejemplo que puede soportar al menos algunas realizaciones de la presente invención;
la figura 4 ilustra el uso de un valor de retardo y un factor de ganancia según al menos algunas realizaciones de la presente invención;
la figura 5 ilustra un segundo uso de un valor de retardo y un factor de ganancia según al menos algunas realizaciones de la presente invención;
la figura 6 ilustra el uso de al menos dos valores de retardo y factores de ganancia según al menos algunas realizaciones de la presente invención;
la figura 7 ilustra una arquitectura de ejemplo según al menos algunas realizaciones de la presente invención; la figura 8 ilustra un decaimiento de los niveles de sonido en un modo de sala cuando se usa cancelación de modo; la figura 9 ilustra el decaimiento del nivel de sonido en un modo de sala con y sin la cancelación de modo de sala; la figura 10 es un primer diagrama de flujo de un método según al menos algunas realizaciones de la presente invención, y
la figura 11 es un segundo diagrama de flujo de un método según al menos algunas realizaciones de la presente invención.
Descripción detallada de realizaciones de ejemplo
Mediante la introducción en una señal de entrada de una copia retardada y atenuada de la señal, antes de alimentar la señal de entrada a un elemento de altavoz, pueden controlarse los modos de sala haciendo que el altavoz emita sonido en la misma frecuencia pero en fase opuesta en los modos después de un tiempo determinado. Esto puede servir para drenar activamente la energía de los modos de sala, cancelando al menos parcialmente el sonido. Usando el mismo altavoz para la producción de sonido y el sonido de cancelación de fase opuesta, puede potenciarse el área de efecto de la cancelación de modo en comparación con las soluciones en las que se emplea un altavoz independiente para emitir el sonido de cancelación que controla el modo de sala. Dado que el sonido de cancelación radiado según la invención se radia exactamente en la misma ubicación física y por la misma estructura acústica que el audio original, los efectos acústicos, tales como el retardo, las reflexiones y la reverberación, experimentados por el sonido de cancelación se comportan de la misma manera que los del sonido original. Esto puede potenciar la eficacia del control de modo según la presente invención.
La figura 1 ilustra un sistema de ejemplo que puede soportar al menos algunas realizaciones de la presente invención. La figura 1 ilustra la sala 100, que puede estar construida de ladrillo, hormigón, cartón-yeso u otro material adecuado para construir salas. Tales materiales normalmente presentan reflexión de sonido. En la sala 100 está dispuesto el altavoz 110, que puede comprender, por ejemplo, un altavoz de graves, un altavoz de bajos, un altavoz de gama media o completa o una combinación de los mismos. El altavoz 100 puede estar basado en tecnología electrodinámica, magnética, magnetostrictiva, electrostática u otra, por ejemplo. El altavoz 110 puede estar configurado para producir sonido según una señal de entrada, que codifica el sonido en un formato adecuado.
El altavoz 110 puede emitir sonido omnidireccionalmente o al menos direccionalmente solo de manera parcial. En algunos altavoces, la direccionalidad del sonido emitido puede depender al menos parcialmente de la frecuencia. Por ejemplo, las frecuencias más bajas pueden emitirse de manera más omnidireccional que las frecuencias más altas. La flecha 112 indica sonido emitido por el altavoz 110 y la flecha 114 indica una reflexión de al menos parte del sonido indicado por la flecha 112. La reflexión acústica puede dar lugar a modos de sala, de manera que la dimensión 120 define una colección de frecuencias de modo de sala. En la medida en que el altavoz 110 emite sonido a estas frecuencias, la energía asociada con este sonido puede tener tendencia a acumularse en los modos de sala.
La ubicación 130 indica la ubicación en la sala 100 donde un oyente puede escuchar la salida de sonido del altavoz 110. El emplazamiento de la ubicación 130 en la sala 100 en la figura 1 es solo esquemática y no limita las posibles ubicaciones en la sala 100 donde puede estar la ubicación 130.
La figura 2 ilustra un decaimiento del nivel de sonido de una frecuencia de modo de sala. En el sistema de coordenadas ilustrado, el tiempo avanza linealmente de arriba abajo. La frecuencia avanza logarítmicamente de izquierda a derecha. El nivel de sonido está codificado en escala de grises en la presentación.
En el gráfico ilustrado, es visible un modo de sala a una frecuencia de 45 Hz. Un decaimiento de 60 dB del nivel de sonido almacenado en el modo tarda aproximadamente 500 milisegundos. Un modo de este tipo puede tener un efecto negativo sobre la experiencia auditiva, en caso de que el oyente esté en una ubicación en la sala en la que el modo sea audible.
Para controlar el modo de 45 Hz, un altavoz tal como el altavoz 110 de la figura 1 puede configurarse, por ejemplo, mediante ecualización, para emitir menos energía en la frecuencia de 45 Hz. Esto reducirá el nivel de sonido cerca del modo en comparación con el caso en el que no se usa ecualización de magnitud. Sin embargo, esta ecualización de magnitud convencional no reduce la tasa de decaimiento del nivel de sonido del modo. La tasa de decaimiento es la tasa a la que se reduce la presión del sonido una vez que se detiene la entrada de sonido del altavoz. Además, es difícil obtener una cancelación matemáticamente perfecta que suprima completamente el efecto de la resonancia del modo de sala, por lo que este método es imperfecto.
La cancelación activa del sonido comprende emitir, por ejemplo, desde un elemento de altavoz, sonido que se suma al sonido en fase opuesta, dando como resultado una reducción del nivel de sonido. Como el sonido original así como el sonido de cancelación viajan tridimensionalmente en el espacio, en todas las direcciones, el sonido emitido por el elemento del altavoz para cancelar el sonido original puede dar como resultado solo la cancelación local en la sala, y luego la cancelación no se produce por igual en todo el volumen de la sala. Esto se debe a que las fases de los sonidos original y de cancelación no están exactamente en la fase opuesta en toda la sala. Puede disponerse que tal cancelación suceda, por ejemplo, localmente en la sala, proporcionando un micrófono cerca de la unidad de altavoz que radie el sonido de cancelación, que puede considerarse una unidad secundaria. Puede proporcionarse de manera eficaz un bucle de retroalimentación negativa desde la señal captada por el micrófono hasta la señal radiada por la unidad, lo que produce una reducción del nivel de sonido. Una disposición de este tipo puede limitarse usando un filtro de banda de paso a una determinada banda de paso de frecuencias. Una disposición de este tipo crea una zona silenciosa cerca de la unidad secundaria, reduciendo eficazmente la resonancia acústica y modificando la absorbancia aparente de la pared de la sala en las proximidades de la unidad secundaria. Tales disposiciones pueden proporcionar la reducción de determinados modos de sala y normalmente solo son eficaces cerca de la unidad secundaria y, de esta manera, están limitadas en comparación con la tecnología propuesta.
Con el fin de mejorar la experiencia auditiva en la ubicación 130, puede intentarse la cancelación del modo de sala, o una pluralidad de modos de sala, de manera que el efecto de la cancelación se produzca al menos en la ubicación 130. Si los modos de sala no se cancelan en la misma medida en otro lugar de la sala 100, eso puede tener pocas consecuencias para el oyente, si está escuchando en la ubicación 130. Para que sea útil en la mejora de la experiencia auditiva, no es necesario que la cancelación de los modos de sala sea perfecta, ya que la cancelación parcial ya puede proporcionar una clara mejora en la experiencia auditiva.
Para realizar la cancelación, puede usarse un elemento de altavoz independiente para emitir el sonido de cancelación, configurado de manera que el efecto del sonido emitido desde este elemento de altavoz independiente cancelaría, al menos en parte, el efecto de los modos de sala en la ubicación 130. Alternativamente, puede usarse un único elemento de altavoz tanto para generar el sonido original para escuchar como para cancelar el sonido.
Para permitir tal cancelación, el altavoz 110, o un elemento de control del altavoz 110, puede estar dotado de una respuesta de impulso de sistema del altavoz 110 en la ubicación 130, es decir, una respuesta de impulso que el altavoz 110 provoca en la ubicación 130 emitiendo sonido desde la ubicación que tiene el altavoz 110 en la sala 100. Por ejemplo, puede colocarse un micrófono en la ubicación 130 para registrar el sonido que emite el altavoz 110, y la información registrada, por ejemplo, en formato digitalizado, puede proporcionarse al altavoz 110 o al elemento de control para facilitar la determinación de la respuesta de impulso del sistema.
La respuesta de impulso de sistema puede someterse a filtrado de paso bajo antes de proporcionarla al altavoz o al elemento de control, cuando se espera que los modos de sala que van a controlarse se produzcan a bajas frecuencias. En el altavoz o elemento de control, puede invertirse la respuesta de impulso de sistema.
Una vez que se invierte la respuesta de impulso de sistema, puede variarse el ajuste a escala del retardo y/o la amplitud para determinar un factor de retardo y/o ganancia que minimice la energía de la suma de la respuesta de impulso de sistema original y la respuesta de impulso ajustada con retardo y/o ganancia en la ubicación 130. Esta respuesta de impulso ajustada a escala y/o retardada se denomina la respuesta de impulso de cancelación. La energía de suma puede determinarse como una suma cuadrada de la respuesta de impulso de sistema original y la respuesta de impulso de cancelación, y esta expresión cuadrática puede minimizarse usando un algoritmo de minimización. La energía se refiere al nivel de presión del sonido y al nivel de la señal de audio. Los ejemplos de algoritmos de minimización adecuados incluyen el algoritmo simplex, el método de Newton y el método de Nelder-Mead. Más generalmente, puede usarse un algoritmo de optimización, tal como, por ejemplo, un algoritmo de recocido simulado o un algoritmo de búsqueda directa.
En algunas realizaciones, puede ser innecesario usar un algoritmo de optimización, tal como, por ejemplo, un algoritmo de minimización si el altavoz o elemento de control pueden determinar, por ejemplo, a partir de un valor de retardo y la amplitud de un primer pico en el vector de respuesta de impulso de sistema, el valor de retardo y el factor de ganancia correctos para la cancelación en la ubicación 130. Por ejemplo, el valor de retardo puede considerarse como el valor de retardo asociado con el primer pico de reflexión temprana en la respuesta de impulso de sistema, y el factor de ganancia puede establecerse a - 3dB, por ejemplo.
Aún en realizaciones adicionales, el altavoz 110 o el elemento de control puede estar configurado para determinar el valor de retardo y/o el factor de ganancia experimentalmente. En estas realizaciones, el altavoz o elemento de control pueden invertir la grabación y luego emitir sonidos de prueba. Los sonidos de prueba pueden comprender el sonido original y las copias retardadas y/o invertidas del sonido original. De esta forma, el altavoz o elemento de control puede determinar experimentalmente qué valor de retardo y qué factor de ganancia produce la respuesta de impulso de suma de energía más baja en la ubicación 130.
Independientemente de la forma en que se determinen el valor de retardo y/o el factor de ganancia, el valor de retardo y/o el factor de ganancia determinados pueden emplearse entonces en el altavoz cuando se reproduce sonido. La figura 4 ilustra un ejemplo de uso del valor de retardo y/o el factor de ganancia. En efecto, el uso de la respuesta de impulso de cancelación con la respuesta de impulso de sistema tal como se describe en el presente documento puede considerarse como que produce una respuesta de impulso de sistema ecualizada. La determinación del valor de retardo y/o el factor de ganancia puede producirse en un altavoz, un controlador de altavoz o un dispositivo de control, tal como, por ejemplo, un procesador, configurado para controlar un altavoz o controlador de altavoz cuando está implantado en el mismo.
En algunas realizaciones, puede usarse más de una ubicación en la sala 100 para determinar el valor de retardo y/o los factores de ganancia. Por ejemplo, si la sala tiene una segunda posición de escucha, también puede determinarse un valor de retardo y/o un factor de ganancia para la segunda ubicación. Posteriormente, el usuario puede seleccionar qué valor de retardo y/o factor de ganancia se usa para optimizar el rendimiento en una ubicación de escucha deseada. Dado que la cancelación de modos de sala puede ser específica de la ubicación, puede ocurrir que cuando se usa la segunda ubicación, los modos de sala en la ubicación 130 no se cancelen de manera eficaz. Asimismo, cuando se usa la ubicación 130, puede ser que los modos de sala no se cancelen eficazmente en la segunda ubicación.
Determinar el valor de retardo y/o el factor de ganancia tal como se describió anteriormente puede lograr la cancelación o al menos la reducción de los modos de sala en una sala con una forma complicada o que comprende objetos que dificultan el cálculo analítico de la propagación del sonido y las características de la sala. Usar el mismo elemento de altavoz para reproducir el sonido original y el sonido de cancelación para escuchar en la ubicación 130 es útil ya que los sonidos interactúan con la sala de la misma manera que se emiten desde el mismo dispositivo, en la misma dirección. Una ventaja adicional de al menos algunas realizaciones de la presente invención es que no se necesita un altavoz de cancelación independiente. La presente invención es superior al uso de un altavoz de cancelación independiente, ya que los sonidos original y de cancelación se reproducen de manera similar e interactúan con la sala de la misma manera. Como resultado, el volumen de la sala 100 donde se produce una cancelación de modo suficiente puede ser mayor cuando se usa la presente invención.
En general, algunas realizaciones de la invención obtienen la respuesta de impulso de cancelación sin ajuste a escala y/o inversión, aplicando solo un retardo. Por tanto, cualquier fase de multiplicación descrita anteriormente no es una característica obligatoria de la invención. Por ejemplo, en implementaciones de banda estrecha, la selección correcta del valor de retardo puede dar como resultado una respuesta de impulso de cancelación. En tales casos, el valor del retardo puede determinarse usando optimización u otros métodos. La optimización puede ser más fácil y más rápida cuando solo se optimiza un parámetro. Por otro lado, en algunas realizaciones puede elegirse más de un valor de retardo y/o factor de ganancia para obtener la respuesta de impulso de cancelación.
La figura 3 ilustra un aparato de ejemplo que puede soportar al menos algunas realizaciones de la presente invención. Se ilustra el dispositivo 300, que puede comprender, por ejemplo, un aparato de altavoz o un aparato de control para un altavoz. El dispositivo 300 comprende el procesador 310, que puede comprender, por ejemplo, un procesador de uno o múltiples núcleos, en el que un procesador de un solo núcleo comprende un núcleo de procesamiento y un procesador de múltiples núcleos comprende más de un núcleo de procesamiento. El procesador 310 puede comprender un procesador Qualcomm Snapdragon 800, por ejemplo. El procesador 310 puede comprender más de un procesador. Un núcleo de procesamiento puede comprender, por ejemplo, un núcleo de procesamiento Cortex-A8 fabricado por Intel Corporation o un núcleo de procesamiento Brisbane producido por Advanced Micro Devices Corporation. El procesador 310 puede comprender al menos un circuito integrado específico de aplicación, ASIC. El procesador 310 puede comprender al menos una matriz de puertas programables en campo, FPGA. El procesador 310 puede ser un medio para realizar etapas de método en el dispositivo 300. El procesador 310 puede ser un medio para realizar etapas de método en el dispositivo 300. El procesador 310 puede configurarse, al menos en parte mediante instrucciones informáticas, para realizar acciones.
El dispositivo 300 puede comprender una memoria 320. La memoria 320 puede comprender una memoria de acceso aleatorio y/o una memoria permanente. La memoria 320 puede comprender al menos un chip de RAM. La memoria 320 puede comprender memoria magnética, óptica y/u holográfica, por ejemplo. La memoria 320 puede ser accesible al menos en parte para el procesador 310. La memoria 320 puede ser un medio para almacenar información. La memoria 320 puede comprender instrucciones informáticas que el procesador 310 está configurado para ejecutar. Cuando las instrucciones informáticas configuradas para hacer que el procesador 310 realice determinadas acciones se almacenan en la memoria 320, y el dispositivo 300 en general está configurado para ejecutarse bajo la dirección del procesador 310 usando instrucciones informáticas de la memoria 320, puede considerarse que el procesador 310 y/o su al menos un núcleo de procesamiento está configurado para realizar dichas acciones determinadas.
El dispositivo 300 puede comprender un transmisor 330. El dispositivo 300 puede comprender un receptor 340. El transmisor 330 y el receptor 340 pueden configurarse para transmitir y recibir, respectivamente, información según al menos un estándar. El transmisor 330 puede comprender más de un transmisor. El receptor 340 puede comprender más de un receptor. El transmisor 330 y/o el receptor 340 pueden configurarse para funcionar según Ethernet y/o un bus de comunicación interno a un altavoz. El transmisor 330 y/o el receptor 340 pueden configurarse para comunicarse usando una tecnología digital o una tecnología analógica, por ejemplo.
El dispositivo 300 puede comprender un transceptor 350 de comunicación de campo cercano, NFC. El transceptor NFC 350 puede soportar al menos una tecnología NFC, tal como NFC, Bluetooth, Wibree o tecnologías similares.
El dispositivo 300 puede comprender una interfaz de usuario, UI, 360. La UI 360 puede comprender al menos una pantalla, un teclado, una pantalla táctil, un vibrador dispuesto para la señalización a un usuario haciendo que el dispositivo 300 vibre, un altavoz y un micrófono. Un usuario puede hacer funcionar el dispositivo 300 a través de la Ui 360, por ejemplo, para seleccionar entradas, formatos de salida de sonido y/o seleccionar una posición de escucha en una sala que va a usarse.
El procesador 310 puede estar equipado con un transmisor dispuesto para emitir información desde el procesador 310, a través de cables eléctricos internos al dispositivo 300, hasta otros dispositivos comprendidos en el dispositivo 300. Un transmisor de este tipo puede comprender un transmisor de bus en serie dispuesto, por ejemplo, para emitir información a través de al menos un cable eléctrico a la memoria 320 para el almacenamiento en la misma. Alternativamente a un bus en serie, el transmisor puede comprender un transmisor de bus en paralelo. Asimismo, el procesador 310 puede comprender un receptor dispuesto para recibir información en el procesador 310, a través de cables eléctricos internos al dispositivo 300, desde otros dispositivos comprendidos en el dispositivo 300. Un receptor de este tipo puede comprender un receptor de bus en serie dispuesto, por ejemplo, para recibir información a través de al menos un cable eléctrico desde el receptor 340 para el procesamiento en el procesador 310. Como alternativa a un bus en serie, el receptor puede comprender un receptor de bus en paralelo.
El procesador 310, la memoria 320, el transmisor 330, el receptor 340, el transceptor NFC 350 y/o la UI 360 pueden estar interconectados mediante cables eléctricos internos al dispositivo 300 de una multitud de formas diferentes. Por ejemplo, cada uno de los dispositivos mencionados anteriormente puede conectarse por separado a un bus maestro interno al dispositivo 300, para permitir que los dispositivos intercambien información. Sin embargo, tal como apreciará el experto, este es solo un ejemplo y, dependiendo de la realización, pueden seleccionarse diversas formas de interconectar al menos dos de los dispositivos mencionados anteriormente sin apartarse del alcance de la presente invención.
La figura 4 ilustra el uso de valores de retardo y factores de ganancia, por ejemplo, en un elemento de altavoz de graves. En la fase 410, se recibe una señal de entrada, en la que la señal de entrada puede comprender, por ejemplo, una señal de entrada digital. La señal de entrada recibida se copia en dos copias, alimentándose una primera copia a la fase 420, donde la primera copia se retarda en el valor de retardo determinado. Desde la fase 420 se proporciona la primera copia retardada hasta la fase 430, donde se modifica la amplitud de la primera copia por un valor de coeficiente, por ejemplo, uno que esté dentro del intervalo [-1,0], haciendo que se invierta la primera copia retardada y se ajuste a escala en amplitud.
Desde la fase 430, la copia retardada, invertida y ajustada a escala se suma a una segunda copia de la señal de entrada en la fase 440, produciendo una señal modificada. En la fase 450 esto se proporciona a un altavoz. En algunas realizaciones, las señales de entrada son de naturaleza analógica en lugar de digital. En caso de que el elemento del altavoz sea un elemento de altavoz de graves, puede que no sea necesario el filtrado de paso bajo, ya que se espera que los altavoces de graves funcionen en una banda de frecuencia estrecha y puede evitarse cualquier cambio de fase producido por el filtrado de paso bajo al generar la primera copia retardada del señal de entrada.
La figura 5 ilustra un segundo uso de valores de retardo y factores de ganancia, por ejemplo, en un altavoz principal. La figura 5 puede tener lugar en un dominio digital, por ejemplo. Las fases 410, 420, 430, 440 y 450 en este caso se adaptan esencialmente a las fases del mismo número de la figura 4. La figura 5 comprende adicionalmente la fase 510, donde la primera copia de la señal de entrada se filtra con filtro de paso bajo antes de retardarse. Puede proporcionarse una copia de la señal de entrada filtrada con filtro de paso bajo desde la fase 510 hasta la fase 440, donde la primera copia, la segunda copia y la copia de la fase 510 se suman entre sí. La suma puede tener lugar sumando muestras digitales, por ejemplo. Alternativamente, el filtrado de paso bajo puede producirse después del retardo, por ejemplo, entre las fases 420 y 430, o entre las fases 430 y 440. La figura 5 comprende además el filtrado de paso alto de la segunda copia de la señal de entrada antes de la fase de mezclado 440. En efecto, la primera copia corresponde a bajas frecuencias y la segunda copia corresponde a altas frecuencias de la señal de entrada, en donde el retardo y el ajuste a escala de amplitud de las fases 420 y 430 se aplican solo a las bajas frecuencias. Esto se debe a que se espera que los modos de sala se produzcan principalmente en frecuencias bajas. Esto hace que la respuesta de impulso de cancelación contenga un intervalo de frecuencias limitado, normalmente frecuencias bajas, donde es necesario controlar los modos de sala.
La figura 6 ilustra el uso de al menos dos valores de retardo y factores de ganancia. En la figura 6, se proporciona una entrada a una primera etapa de filtrado de paso de banda 620 y a una segunda etapa de filtrado de paso de banda 650. Puede proporcionarse una copia de la entrada directamente a la etapa de suma 680. En la primera etapa de filtrado de paso de banda 620, la entrada se filtra con filtro de paso de banda, y el resultado de este filtrado de paso de banda se proporciona a la etapa de retardo 630. En la etapa de retardo 630, se aplica un primer valor de retardo al resultado obtenido de la primera etapa de filtrado de paso de banda. Las muestras retardadas se proporcionan desde la etapa de retardo 630 hasta la primera etapa de inversión y ajuste a escala 640, donde se hace que la señal se ajuste a escala con un primer factor de ganancia y/o se invierta para obtener una primera señal de cancelación. Desde la primera etapa de inversión y ajuste a escala 640, la primera señal de cancelación se proporciona a la etapa de suma 680.
Asimismo, se proporciona una copia de la entrada a una segunda etapa de filtrado de paso de banda 650. En la segunda etapa de filtrado de paso de banda 650 la entrada se filtra con filtro de paso de banda, y el resultado de este filtrado de paso de banda se proporciona a la etapa de retardo 660. La banda de paso de la segunda etapa de filtrado de paso de banda 650 puede ser diferente de una banda de paso de la primera etapa de filtrado de paso de banda 620. En la etapa de retardo 660, se aplica un segundo valor de retardo al resultado obtenido de la segunda etapa de filtrado de paso de banda 650. Las muestras retardadas se proporcionan desde la etapa de retardo 660 hasta la segunda etapa de inversión y ajuste a escala 670, donde se hace que la señal se ajuste a escala con un segundo factor de ganancia y/o se invierta para obtener una segunda señal de cancelación. Desde la segunda etapa de inversión y ajuste a escala 670, la segunda señal de cancelación se proporciona a la etapa de suma 680.
Aunque se ilustra que comprende dos etapas de paso de banda, retardo e inversión y ajuste a escala, la arquitectura de la figura 6 comprende variantes con un número diferente, por ejemplo, puede haber tres, cuatro o cinco etapas de paso de banda, retardo e inversión y ajuste a escala. En general, cada disposición de etapa de paso de banda, retardo e inversión y ajuste a escala puede configurarse para proporcionar una señal de cancelación a la etapa de suma 680. Las disposiciones de paso de banda, retardo e inversión y ajuste a escala más allá de la segunda se ilustran en la figura 6 esquemáticamente como disposiciones 6100. Las disposiciones 6100 reciben copias de la señal de entrada, derivan señales de cancelación tal como se describió anteriormente y proporcionan las señales de cancelación a la etapa de suma 680.
En la etapa de suma 680, la copia de la señal recibida directamente desde la entrada 610 y cada una de las señales de cancelación recibidas desde las etapas de inversión y ajuste a escala se suman para producir una señal de salida 690.
En la arquitectura de la figura 6, puede obtenerse una ventaja en la que se disponen señales de cancelación para operar en frecuencias relevantes para los modos de sala, en la que otras frecuencias no se ven afectadas. En al menos algunas realizaciones, pueden configurarse las bandas de paso de las etapas de filtrado de paso de banda. Los modos de sala y las bandas de paso de las etapas de filtrado de paso de banda pueden estar en frecuencias relativamente bajas. En algunas realizaciones, puede configurarse el número de disposiciones de etapa de paso de banda, retardo e inversión y ajuste a escala usadas. Por ejemplo, el número de estas disposiciones puede seleccionarse para que coincida con el número de modos de sala detectados. Por ejemplo, un dispositivo puede comprender una pluralidad de tales disposiciones, que se utilizan de manera selectiva, o un dispositivo puede realizar el procesamiento en software, lo que permite la generación dinámica de tales disposiciones.
La figura 7 ilustra una arquitectura de ejemplo según al menos algunas realizaciones de la presente invención. En la figura 7, se proporciona una señal de entrada en una copia a una etapa de filtrado de paso alto 720 y en una copia a una etapa de filtrado de paso bajo 740. En la etapa de filtrado de paso alto 720, la señal se filtra con filtro de paso alto y se proporciona un resultado del filtrado de paso alto a través de una etapa de retardo 725 a la etapa de suma 790.
En la etapa de filtrado de paso bajo 740, la señal se filtra con filtro de paso bajo y una copia de un resultado del filtrado de paso bajo se proporciona a través de una etapa de retardo 745 a la etapa de suma 790. Otra copia de la señal filtrada con filtro de paso bajo se proporciona a la etapa de diezmado 750. En la etapa de diezmado 750 se reduce el número de muestras por unidad de tiempo, por ejemplo, en un factor de dos o cuatro. Después del diezmado, la señal se retarda según un valor de retardo en la etapa de retardo 760, y se proporciona a una etapa de inversión y ajuste a escala 770. En la etapa de inversión y ajuste a escala 770, se hace que la señal se ajuste a escala con un factor de ganancia y/o se invierta para obtener una señal de cancelación. En general, hacer que se ajuste a escala puede comprender multiplicarse por un valor de coeficiente. Se envía una señal de cancelación desde la etapa de inversión y ajuste a escala 770 hasta la etapa de suma 790 a través de una etapa de interpolación 780, donde se restablece la frecuencia de muestras de la señal, es decir, se invierte el diezmado de la etapa 750. La interpolación puede realizarse usando un filtro de interpolación, por ejemplo. La etapa de interpolación 780 puede comprender una función de filtrado de paso bajo que se dispone para eliminar la formación de imágenes creada por la interpolación. En la etapa de suma 790, se obtiene una señal de salida 7100 sumando la señal filtrada de paso alto, la señal filtrada de paso bajo y la señal de cancelación. No es necesario que los retardos en las etapas de retardo 760, 725 y 745 sean los mismos. En detalle, en al menos algunas realizaciones no hay dos retardos que sean iguales en estas tres etapas de retardo. Los retardos de las etapas de retardo 725 y 745 pueden implementarse para compensar los retardos en que se incurre en la etapa de filtrado de paso bajo 740, la etapa de retardo 760, la etapa de inversión y ajuste a escala 770 y las etapas de diezmado 750 e interpolación 780, de manera que las señales lleguen a la etapa de suma 790 de forma sincronizada para facilitar su suma.
Una ventaja de derivar la señal de cancelación de forma diezmada es que puede reducirse la complejidad computacional. Puede obtenerse una señal de cancelación suficientemente precisa en una forma diezmada, ya que se prevé que en muchos casos los modos de sala tendrán una frecuencia relativamente baja.
La figura 8 ilustra un decaimiento de un modo de sala con cancelación de modo, por ejemplo, cancelación según la figura 4, la figura 5, la figura 6 o la figura 7. La figura 8 ilustra la misma sala que la figura 2, sin embargo, se observa inmediatamente que con la cancelación, el modo de 45 Hz se reduce sustancialmente al nivel en menos de 100 milisegundos. Esto tiene el efecto de mejorar perceptiblemente la experiencia auditiva, por ejemplo, en la ubicación 130, haciendo que el decaimiento sea en gran parte inaudible.
La figura 9 ilustra el decaimiento de un modo de sala con y sin cancelación. En los gráficos 910 y 920, cada una de las diversas líneas decrecientes corresponde a una sola medición. El gráfico 910 ilustra el decaimiento de un modo de 45 Hz sin cancelación. En el eje vertical está el nivel de presión sonora, expresado en decibelios, y en el eje horizontal está el tiempo en segundos. El decaimiento del modo es lineal en escala de decibelios, lo que significa que el nivel de sonido decae exponencialmente en una escala lineal, perdiendo un porcentaje constante de su energía en cada reflexión.
El gráfico 920 ilustra el decaimiento del mismo modo usando cancelación según una realización de la invención. Los ejes del gráfico 920 son similares a los ejes del gráfico 910. Tal como puede observarse, el modo sufre un decaimiento de más de 15 dB en aproximadamente 70-80 milisegundos, mientras que sin cancelación, gráfico 910, una caída de 15 dB tarda considerablemente más, unos 200 milisegundos.
La figura 10 es un primer diagrama de flujo de un método según al menos algunas realizaciones de la presente invención. Las fases del método ilustrado pueden tener lugar en un altavoz o en un elemento de control para incluir en un altavoz, para controlar el funcionamiento del mismo. La fase 1010 comprende derivar, a partir de una primera información digital que describa una respuesta de impulso de sistema provocada por un altavoz a una primera ubicación en una primera sala, una segunda información digital que describe una respuesta de impulso de cancelación. La fase 1020 comprende determinar un valor de retardo que describa cuántas muestras van a desplazarse en el tiempo, y/o un factor de ganancia que describe cuánto se ajustan las magnitudes de las muestras, de manera que la energía asociada con una suma de la respuesta de impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación se minimice, o al menos se reduzca. Finalmente, la fase 1030 comprende emplear el al menos uno determinado del valor de retardo y el factor de ganancia para generar una señal de cancelación y añadir la señal de cancelación a la señal proporcionada en el altavoz.
La figura 11 es un segundo diagrama de flujo de un método según al menos algunas realizaciones de la presente invención. Las fases del método ilustrado pueden tener lugar en un altavoz o en un elemento de control para incluir en un altavoz, para controlar el funcionamiento del mismo. La fase 1110 comprende recibir una señal de entrada. La fase 1120 comprende retardar, en una memoria intermedia de retardo, durante una duración de retardo configurable, una primera copia de la señal de entrada para producir una señal de cancelación. El valor de la duración del retardo puede establecerse en el valor de retardo determinado, por ejemplo. La fase opcional 1130 comprende hacer que las muestras de la memoria intermedia de retardo se multipliquen por un valor de coeficiente para producir la señal de cancelación. En general, hacer que las muestras se multipliquen por el valor del coeficiente puede comprender cualquier secuencia de procesamientos que tenga el efecto añadido de multiplicar las muestras por el valor del coeficiente. Finalmente, la fase 1140 comprende añadir muestras comprendidas en la señal de cancelación a muestras comprendidas en una segunda copia de la señal de entrada. El método puede comprender además proporcionar la segunda copia de la señal de entrada a un altavoz después de la fase 1140, proporcionando al altavoz una versión de la señal de entrada que se ha modificado añadiendo la señal de cancelación.
Debe entenderse que las realizaciones de la invención dadas a conocer no se limitan a las estructuras, etapas de procedimiento o materiales particulares dados a conocer en el presente documento, sino únicamente por las reivindicaciones. También debe entenderse que la terminología empleada en el presente documento se usa únicamente con el fin de describir realizaciones particulares y no pretende ser limitativa.
La referencia a lo largo de esta memoria descriptiva a “una realización” significa que una característica, estructura o rasgo distintivo particular descrito en relación con la realización está incluida en al menos una realización de la presente invención. Por tanto, las apariciones de la expresión “en una realización” en diversos lugares a lo largo de esta memoria descriptiva no se refieren necesariamente todas a la misma realización.
Tal como se usa en el presente documento, una pluralidad de componentes, elementos estructurales, elementos de composición y/o materiales pueden presentarse en una lista común por motivos de conveniencia. Sin embargo, estas listas deben interpretarse como si cada elemento de la lista se identificara individualmente como un elemento único e independiente. Por tanto, ningún elemento individual de tal lista debe interpretarse como un equivalente de facto de cualquier otro elemento de la misma lista basándose únicamente en su presentación en un grupo común sin indicaciones de lo contrario. Además, en el presente documento puede hacerse referencia a diversas realizaciones y ejemplos de la presente invención junto con alternativas para los diversos componentes de la misma. Se entiende que tales realizaciones, ejemplos y alternativas no deben interpretarse como equivalentes de facto entre sí, sino que deben considerarse como representaciones independientes y autónomas de la presente invención.
Además, las características, estructuras o rasgos distintivos descritos pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones. En la siguiente descripción, se proporcionan numerosos detalles específicos, tal como ejemplos de longitudes, anchuras, formas, etc., para proporcionar una comprensión completa de las realizaciones de la invención. Sin embargo, un experto en la técnica relevante reconocerá que la invención puede ponerse en práctica sin uno o más de los detalles específicos, o con otros métodos, componentes, materiales, etc. En otros casos, estructuras, materiales u operaciones bien conocidas no se muestran ni describen en detalle para evitar complicar los aspectos de la invención.
Aunque los ejemplos anteriores son ilustrativos de los principios de la presente invención en una o más aplicaciones particulares, resultará evidente para los expertos habituales en la técnica que pueden realizarse numerosas modificaciones en la forma, el uso y los detalles de implementación sin el ejercicio de facultad inventiva, y sin apartarse de los principios y conceptos de la invención. En consecuencia, no se pretende limitar la invención, excepto por las reivindicaciones expuestas a continuación.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Aparato (300) que comprende al menos un núcleo de procesamiento (310), al menos una memoria (320) que incluye código de programa informático, estando configurados la al menos una memoria (320) y el código de programa informático para, con el al menos un núcleo de procesamiento (310), hacer que el aparato (300) al menos:
    derive, a partir de una primera información digital que describe una respuesta de impulso de sistema provocada por un altavoz a una primera ubicación (130) en una primera sala, una segunda información digital que describa una respuesta de impulso de cancelación;
    determine, para muestras comprendidas en la segunda información digital, exactamente un valor de retardo que describa cuánto han de desplazarse las muestras en el tiempo y exactamente un factor de atenuación que describa cuánto ha de reducirse la magnitud de las muestras, de manera que se minimice una energía asociada con una suma de la respuesta de impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación, y
    emplee el valor de retardo determinado y el factor de atenuación para generar una señal de cancelación a partir de una señal de entrada, y para añadir la señal de cancelación a la señal de entrada proporcionada al altavoz.
  2. 2. Aparato (300) según la reivindicación 1, en el que la señal de entrada proporcionada al altavoz comprende una señal de carga útil.
  3. 3. Aparato (300) según la reivindicación 1 o 2, en el que la al menos una memoria (320) y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento (310), hacer adicionalmente que el aparato (300) reciba la primera información digital desde un sensor.
  4. 4. Aparato (300) según cualquier reivindicación anterior, en el que la al menos una memoria (320) y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento (310), hacer adicionalmente que el aparato (300) derive la segunda información digital al menos en parte multiplicando cada muestra comprendida en la primera información digital por un valor de coeficiente.
  5. 5. Aparato (300) según la reivindicación 4, en el que el valor de coeficiente comprende un valor negativo.
  6. 6. Aparato (300) según cualquier reivindicación anterior, en el que la al menos una memoria (320) y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento (310), hacer adicionalmente que el aparato (300) filtre con filtro de paso bajo la primera información digital antes de derivar la segunda información digital.
  7. 7. Aparato (300) según cualquier reivindicación anterior, en el que la al menos una memoria (320) y el código de programa informático están configurados para, con el al menos un núcleo de procesamiento (310), hacer que el aparato (300) determine el valor de retardo y el factor de atenuación empleando un algoritmo de optimización.
  8. 8. Aparato (300) según la reivindicación 7, en el que el algoritmo de optimización comprende al menos uno de un algoritmo de minimización de mínimos cuadrados, de recocido simulado y de búsqueda directa.
  9. 9. Aparato (300) según cualquier reivindicación anterior, en el que la respuesta de impulso de sistema y de impulso de cancelación forman juntas una respuesta de impulso de sistema ecualizada.
  10. 10. Método implementado por ordenador que comprende:
    derivar (1010), a partir de una primera información digital que describe una respuesta de impulso de sistema provocada por un altavoz a una primera ubicación (130) en una primera sala, una segunda información digital que describe una respuesta de impulso de cancelación;
    determinar (1020), para muestras comprendidas en la segunda información digital, exactamente un valor de retardo que describa cuánto han de desplazarse las muestras en el tiempo y exactamente un factor de atenuación que describa cuánto ha de reducirse la magnitud de las muestras, de manera que se minimice una energía asociada con una suma de la respuesta de impulso de sistema y la respuesta de impulso de cancelación, y
    emplear (1030) el valor de retardo determinado y el factor de atenuación para generar una señal de cancelación a partir de una señal de entrada, y añadir la señal de cancelación a la señal de entrada proporcionada al altavoz.
  11. 11. Programa informático que comprende instrucciones que, cuando el programa se ejecuta por un ordenador, hace que el ordenador lleve a cabo las etapas del método según la reivindicación 10.
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