LV14747B

LV14747B - Elektroakustisko izstarot&amacr;ju akustisko parametru korekcijas pa&ncedil;&emacr;miens un iek&amacr;rta t&amacr; realiz&emacr;&scaron;anai

Info

Publication number: LV14747B
Application number: LVP-12-55A
Authority: LV
Inventors: Kaspars SPROĢIS
Original assignee: Sonarworks, Sia
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2014-03-20
Also published as: LV14747A; US20150078596A1; US9380400B2

Description

Izgudrojums attiecas uz akustikas nozari, konkrēti - uz elektroakustisko izstarotāju parametru korekciju, tās metodēm un iekārtām, un var tikt izmantots apskaņošanas kvalitātes uzlabošanai.

Zināmā tehnikas līmeņa analīze

Ir zināma virkne izgudrojumu, kas piedāvā automatizētu akustisko izstarotāju parametru korekciju. Ir izgudrojumi [ASV patenti 4209672, 5983087, 6928172, 6721428], kas piedāvā mainīt izstarotājiem pievadīto signālu parametrus ar korekcijām, kuras iegūtas, izmantojot to vai citu mērīšanas metodi. Diemžēl neviens no pieminētajiem risinājumiem nepiedāvā metodiku, kā veicami mērījumi, lai rezultātā nodrošinātu atkārtojamu rezultātu un katru reizi patiesu skanējumu. Tam par iemeslu ir sekojošais - mērījumu rezultāti ir atkarīgi no konkrētas vietas trīsdimensiju telpā, kur tie tiek veikti. Amplitūdas - frekvenču līkne (turpmāk - AFL) ir atkarīga gan no paša izstarotāja īpatnībām, gan telpas īpašībām. Turklāt neviens no izgudrojumiem neļauj automatizēti koriģēt kopējo AFL, kanāla izstaroto akustisko jaudu un iestatīt laika aiztures situācijās, kad koriģēta skanējuma vieta nav viens mērpunkts, bet ir viena vai vairākas plaknes, kurās jāveic apskaņošana.

ASV patentpieteikumā US2001/0016047 A1 aprakstītā metode un iekārta sastāv no mērmikrofona, daudzkanālu skaņas korekcijas iekārtas, daudzkanālu pastiprinātāja un izstarotājiem. Kaut arī metode paredz korekta skanējuma iegūšanu konkrētā telpas punktā, metode nepiedāvā nekādus risinājumus gadījumiem, kad nepieciešams iegūt optimālu skanējumu vairākos telpas punktos vai visā telpā. Turklāt iekārta mērījumu gaitā nekādi nepārbauda mērmikrofona atrašanās vietu, lai garantētu korektus, ticamus un atkārtojamus mērījumus. Iekārta nepiedāvā risinājumus situācijai, ja mainās apskaņošanas vieta vai tās prioritātes, un tad visi mērījumi jāveic no jauna.

Par izgudrojuma prototipu ir izmantots Kanādas patentā CA 2608395 aprakstītais risinājums izstarotāju akustisko parametru koriģēšanai. Minētā izgudrojuma autors ir pamanījis iepriekšminētos trūkumus, taču nav piedāvājis konkrētu, zinātniski pamatotu vai pētījumu rezultātā izstrādātu mērīšanas metodiku, vien aprobežojoties ar vispārīgiem ieteikumiem. Turklāt izgudrojumam piemīt sekojoši galvenie trūkumi:

1) Iekārta nekādi nekontrolē operatora darbības. Tas nozīmē, ka mērījumu rezultāts tikai un vienīgi ir atkarīgs no operatora kvalifikācijas, rīcības un veikto darbību precizitātes, un rezultāta atkārtojamība ir ļoti slikta.

2) Iekārta un metode neņem vērā klausītāju atrašanās vietu un apskaņojuma prioritātes.

3) Iekārta nav kvalitatīvi specializēta stereo un daudzkanālu mērījumu veikšanai, jo testa signāls nesatur nekādus identifikatorus, t.i. mērmikrofons nesaņem informāciju par to, kura kanāla izstaroto signālu uztver un kura kanāla AFL konkrētajā brīdī būtu jākoriģē.

4) Mērīšanas mezgli ir jutīgi pret traucējumiem - fona skaņām un telpas stāvviļņiem, jo nav pieti kamas to kontroles un/vai slāpēšanas. Iekārta nekādā veidā neanalizē telpas īpaši vēlīnos atstarojumus, proti, atstarojumus, kas pienāk vēlāk kā izvēlētā laika nobīde starp vairākiem mērījumiem, kuru operators turklāt var brīvi mainīt un/vai uzdot, kas var novest pie tā, ka lielākās telpās v’lie atstarojumi pienāk turpmākā testa signāla laikā un degradē mērījumus. Ņemot vērā, ka katrai testa signāla komponentei ir savs sākuma brīdis (fāžu un laika nobīžu dēļ daudzjoslu un/vai daudzkanālu sistēmās), bez katras komponentes rimšanas līknes papildus apstrādes moduļa un bez papildus laika aiztures īso aizturu saņemšanai pēc pamatsignāla beigām Joga” metodes, kas izmantota patentā aprakstītajos moduļos 20 un 21, darbība korekti nav iespējama.

Izgudrojuma mērķis ir piedāvāt elektroakustisko izstarotāju akustisko parametru korekcijas paņēmienu un iekārtu tā realizēšanai, kombinējot akustisko izstarotāju parametru eksperimentālās mērīšanas un koriģēšanas metodes un ņemot vērā gan telpas īsās atstarošanās, gan pilnīgi izslēdzot telpas ietekmi, lai paaugstinātu apskaņošanas kvalitāti gan slēgtos, gan pusatvērtos, gan atvērtos apskaņošanas laukumos. Piedāvātais paņēmiens un iekārta ir paredzēti 2 kanālu (stereo) un daudzu kanālu gan apskaņošanai ar aizturu līniju izmantošanu, gan sistēmu precīzai noskaņošanai. Aprakstītais paņēmiens ļauj precīzi noskaņot AFL, kopējo skaļumu katrā kanālā un pareizi iestādīt laika aiztures starp kanāliem, kas ir nepieciešamais parametru kopums skaņas pareizas telpiskas uztveres veidošanai.

Izgudrojuma aprakstam pievienoto zīmējumu saraksts

1. attēls. Mērīšanas iekārtas blokshēma

2. attēls. Izstarotāju izvietojums 2 kanālu apskaņošanai

3. attēls. Mērmikrofona atrašanās aptuvenā vieta kalibrēšanas laikā (skats no augšas)

4. attēls. Mikrofona atrašanās vietas telpas 4 pamatkoordinātu noteikšanas laikā (skats no augšas)

5. attēls. Mikrofona pārvietošana AFL mērīšanas laikā (skats no augšas)

6. attēls. Mikrofona pārvietošana AFL mērīšanas laikā (skats no sāna)

7. attēls. Pirmajā posmā punktā (a) izmantotie testsignāli

8. attēls. Pirmajā posmā punktā (b) izmantotie testsignāli

9. attēls. Pirmajā posmā punktā (c) izmantotie testsignāli

10. attēls. Testsignālu veidošanas pamatprincips

11. attēls. Pirmā posma darbības algoritms

12. attēls. Otrajā posmā izmantotie testsignāli

13. attēls. Otrā posma darbības algoritms

14. attēls. Telpas četru pamatkoordinātu noteikšanas shematisks attēlojums

15. attēls. Trigonometrisko aprēķinu izmantošanas shēma

16. attēls. Telpas sadalīšana kvadrantos

17. attēls. Trešajā posmā izmantotie testsignāli

18. attēls. Trešā posma darbības algoritms

19. attēls. Ceturtā posma darbības algoritms

20. attēls. Apskaņošanas kartes piemērs

21. attēls. Stāvviļņu veidošanās un AFL mērīšana zemajās frekvencēs slēgtās telpās

22. attēls. Mazu telpu AFL apstrādes algoritma grafisks attēlojums

23. attēls. Piektā posma darbības algoritms

24. attēls. Sestā posma korekcijas

25. attēls. Izkoriģēti attālumi līdz izstarotājiem norādītajā telpas centrā

26. attēls. Izstarotāju akustisko parametru korekcijas iekārtas_blokshēma

Mērīšanas iekārtas un metodes detalizēts apraksts

Piedāvātās mērīšanas iekārtas blokshēma ir parādīta 1. attēlā un tās realizēšanai tiek izmantots mērmikrofons [1], tā uztvertā signāla pastiprināšanas un analīzes, kā arī testsignālu ģenerācijas iekārta [2] un skaņas pastiprinātājs [3], kas tiek izmantots gan testsignālu, gan apskaņošanas materiāla pastiprināšanai un divi (stereo jeb divu izstarošanas kanālu apskaņošanas gadījumā) vai vairāki (daudzkanālu apskaņošanas sistēmu gadījumā) akustiskie izstarotāji [4, 5].

Aptuveni vienmērīgi pārvietojot mērmikrofonu pa visu apskaņojamo laukumu aptuveni klausītāju ausu augstumā un atskaņojot testa signālus, tiek sastādīta AFL izplatīšanās 3 dimensiju karte (X;Y-telpas koordinātes plaknē, Z - AFL mērījumu punktā atsevišķi katram kanālam). Izmantojot speciālu testsignālu no izstarotājiem, tiek noteikts attālums līdz katram no tiem un pēc attālumiem tiek noteikta mikrofona atrašanās, resp., mērījumu veikšanas vieta telpā. Pēc atrašanās vietas nolasītie AFL dati tiek sagrupēti pa telpas apgabaliem - kvadrantiem. Telpas sadalīšana apgabalos tiek veikta pēc ērtākā paņēmiena, piem., to ģeometriski sadalot taisnstūros vai kvadrātos un sadalot pēc klausītāju izvietojuma, piem., katrai klausīšanās pozīcijai atsevišķs apgabals, u.c. Iekārta vada un kontrolē operatora darbības mērījumu veikšanas laikā, izmantojot balss komandu sintezatoru un/vai displeju, nodrošinot mērījumus visos telpas kvadrantos, lai to skaits un kvalitāte atbilstu uzstādījumiem. Skaņu inženieris izveido apskaņošanas karti, kurā norāda katra kvadranta nozīmīguma pakāpi atkarībā no klausītāju esamības tajā, to blīvuma u.c. faktoriem. Iekārta koriģē AFL katra kvadranta robežās, bet kopējo AFL veido, summējot koriģētās AFL pa kvadrantiem tā, ka tiek ņemts vērā katra kvadranta svara koeficients. Papildus tam iekārta izlīdzina katra izstarotāja izstaroto akustisko jaudu un iestātā nepieciešamās to laika aiztures iedomātajā vēlamajā telpas centrālajā vietā. Mainoties telpas piepildījumam ar klausītājiem vai apskaņošanas zonu prioritātēm, nav nepieciešamības veikt atkārtotus mērījumus un/vai kalibrēšanu, jo visi dati par visiem kvadrantiem tiek saglabāti iekārtas atmiņā. Pēc kvadrantu svarīguma koeficientu maiņas iekārta koriģē kopējo AFL u.c. parametrus atbilstoši jaunajai situācijai.

Vienkanāla jeb daudzkanālu sistēmu individuāli izvēlēta kanāla apstrādes gadījumā sistēma ir jāpapildina ar vēl vienu apskaņošanas kanālu zemāk aprakstītās metodes funkcionalitātes nodrošināšanai (ar zemām funkcionalitātes prasībām papildus kanāla AFL kvalitātei, nelineāro kropļojumu u.c. parametriem), lai izveidotu divu izstarotāju (turpmāk tekstā references) sistēmu.

Pareiza tipveida izstarotāju izvietojuma - divu kanālu apskaņošanas gadījumā (skats no augšas) - stereo izstarotāju izstarotie skaņas vijņi, kas parādīti kā konusveida kūļi, pārklāj apskaņojamo laukumu (skat. 2. attēlu).

Mērīšanas metode paredz trīs posmus:

1) pirmajā posmā atbilstoši iekārtas rīkojumiem veic elektriskā trakta pārraides koeficientu kalibrēšanu, izstarotāju identificēšanu, mērmikrofonam atrodoties aptuveni telpas centrā (skat. 3. attēlu);

2) otrajā posmā mērmikrofons, atbilstoši iekārtas norādījumiem, tiek pārvietots uz telpas pamatpozīcijām - kreiso priekšējo, labo priekšējo, kreiso aizmugurējo, labo aizmugurējo telpas stūri, kā arī tiek noteikts attālums starp references izstarotājiem (skat. 4. attēlu);

3) trešajā posmā, skanot testsignālam, notiek mērmikrofona aptuveni vienmērīga pārvietošana aptuveni horizontālā plaknē pa visu apskaņojamo laukumu, izpildot iekārtas dotos pārvietošanās norādījumus aptuveni klausītāju ausu augstumā (skat. 5. attēlu, kurā parādīts skats no augšas, un 6. attēlu (skats no sāna); mērījumu vietas/punkti ir ietonēti).

Izstarotāju akustisko parametru korekcijas paņēmiena detalizēts apraksts

Paņēmiens paredz vismaz šādu posmu veikšanu automatizētā, vadītā un iekārtas stingri kontrolētā režīmā telpas akustisko parametru un izstarotāju izstarotās jaudas un AFL koriģēšanai, ievērojot dažādu prioritāšu klausīšanās apgabalus un lietotāja vēlmes, un ietver šādus posmus:

(1) iestatīšanas posmu: visu nepieciešamo elektrisko iestatījumu (ieejas/izejas pastiprinātāju jūtību, izstarotāju kanālu, fāzējuma, u.c.) kontroli un automātisku iestatīšanu;

(2) telpas parametru noteikšanas posmu: telpas pamatparametru mērīšanu (platums, garums) un sadalīšanu kvadrantos;

(3) izstarotāju AFL mērīšanas posmu: katra izstarotāja AFL mērīšanu, mērījumu piešķiršanu konkrētam kvadrantam, nosakot mērmikrofona atrašanās vietu;

(4) mērījumu apstrādes posmu: mērījumu apvienošanu kvadranta ietvaros, kvadrantu karšu apvienošanu, izmantojot izvēlētos algoritmus un ņemot vērā apskaņošanas karti - katra kvadranta svara koeficientu un mazas telpas apstrādes algoritmus;

(5) AFL korekciju iegūšanas posmu: korekcijas (AFL spoguļattēla un lietotāja uzstādījumu noteiktas) līknes sintezēšanu, ņemot vērā korekciju ierobežojumus un lietotāja papildkorekcijas;

(6) korekciju summēšanas posmu: pareizas stereo/telpiskas skaņas veidošanu - katra kanāla kopējā izstarotā skaļuma un laika aizturu korekciju lietotāja izvēlētā centrālajā klausīšanās vietā.

Iestatīšanas posmā (1) izmanto šādus testsignālus:

(a) 1 kHz (pēc noklusējuma; specializētu sistēmu regulēšanai iespējama arī citu frekvenču signāla izmantošana) sinusoidāls, nepārtraukts signāls abos kanālos; 0 dB iekārtas izejas līmeņa normalizēšanai;

(b) 1 kHz (pēc noklusējuma; specializētu sistēmu regulēšanai iespējama arī citu frekvenču signāla izmantošana) sinusoidāls, nepārtraukts 1 sekundi ilgs signāls; abos kanālos pamīšus; 0 dB mērmirkofona ieejas jutības pārbaudei;

(c) 1 kHz (pēc noklusējuma; specializētu sistēmu regulēšanai iespējama arī citu frekvenču signāla izmantošana) sinusoidāls, 1 perioda; 0 dB izstarotāju fāzējuma noteikšanai.

Punktā (a) minēto darbību veikšanai tiek izmantots nepārtraukts testsignāls (skat. 7. attēlu, kurā izmantoti sekojoši apzīmējumi: L - kreisais kanāls, R - labais kanāls).

Punktā (b) minētās mērmikrofona jutības pārbaudei pa kanāliem tiek izmantots periodisks testsignāls, kas parādīts. 8. attēlā.

Katras testa paketes tipveida garums ir 1 s (aizpildījums ar 1 kHz sinusoidālu signālu), sekošanas periods -5 s, nobīde starp kanāliem - 1,5 s. Pateicoties testa pakešu nobīdei laikā un nosacījumam, ka vienlaicīgi tiek atskaņota tikai viena izstarotāja testu pakete, ir iespējams identificēt un pārbaudīt katra kanāla signāla līmeni atsevišķi.

Punktā (a) minēto darbību veikšanai tiek izmantots periodisks testsignāls, kas parādīts 9. attēlā. Katras testa paketes tipveida garums (pie nepieciešamības var tikt mainīts) - viens signāla pamattoņa (1 kHz) periods, sekošanas periods -5 s, nobīde starp kanāliem - 1,5 s.

Punktos (b) un (c) minēto testsignālu sastādīšanas nosacījumi: katra kanāla atsevišķām testa paketēm ir jābūt atdalītām laikā (sekojošām ar vienādu periodu T1), kas ir pietiekams, lai telpas vēlīnās atstarošanās (gan no šī, gan jebkura cita kanāla testa signāla) būtu ar būtiski vājinātu akustisko jaudu (vai pilnīgi beigušās) un netraucētu mērījumiem; testa paketēm starp kanāliem jābūt laikā nobīdītām (ar aizturi T2) tā, lai T2 būtu būtiski atšķirīgs no T1/2, bet dažādu kanālu testa signāli nepārklātos laikā (skat. 10. attēlu).

Minētā posma (1), resp. iestatīšanas posma, darbības algoritms ir parādīts 11. attēlā. Kā redzams no posma darbības algoritma, iekārta automatizēti:

• uzstāda nominālo signāla līmeni iekārtas izvadē;

• pārbauda signāla esamību mērmikrofonā (visa signāla pastiprināšanas un izstarošanas trakta pārbaude);

• pārbauda kanālu identifikāciju;

• pārbauda pastiprinātāja spēju atskaņot signālu bez būtiskiem kropļojumiem;

• pārbauda un vada (pusautomātiski vai pilnīgi automatizēti - pēc izvēles) mērmikrofona jūtības regulējumus;

• pārbauda fona trokšņu līmeni telpā - mēra signāla līmeni, kas saņemts no mērmikrofona laikā, kad izstarotajiem netiek pievadīts signāls (pārliecinoties, vai traucējoši, uz mērīšanas procesu neattiecināmi trokšņi nevar radīt problēmas mērīšanas traktā);

• pārbauda/koriģē izstarotāju fāzējumu.

Ja veiksmīgi veikti visi uzstādījumi (pastiprinātājs spēj atskaņot testa signālus, mērmikrofons spēj tos uztvert, traucējumu līmenis nepārsniedz pieļauto maksimumu), metode un iekārta uzvedina veikt posmā (2), resp., telpas parametru noteikšanas posmā, paredzētās darbības.

Telpas parametru noteikšanas posmā (2) izmanto šādu testsignālu:

(a) 1 kHz (pēc noklusējuma; specializētu sistēmu regulēšanai iespējama arī citu frekvenču signāla izmantošana) sinusoidāls 1 perioda signāls 0 dB attāluma līdz katram izstarotājam noteikšanai (skat. 12. attēlu).

Katras paketes tipveida garums (pie nepieciešamības var tikt mainīts) - viens signāla pamattoņa (1 kHz) periods, sekošanas periods: 5 sekundes, nobīde starp kanāliem -1,5 sekundes, testa signālu veidošanas nosacījumi analogi kā 1. posmā izmantotajiem.

Posma (2) darbības algoritms ir parādīts 13. attēlā. Šajā iekārtas darbības posmā automatizēti, izmantojot balss sintezatora un/vai vizualizācijas moduli, kas vada operatora darbības testa laikā, nosaka attālumu starp references izstarotājiem (1 .pozīcija) un telpas četru stūru attālumus līdz katram no izstarotājiem (2. līdz 5. pozīcija).

Attāluma starp izstarotājiem noteikšanai mērmikrofonu pietuvina vienam no izstarotajiem, un ar testa signāla palīdzību izmēra skaņas veicamo distanci no otra izstarotāja līdz mikrofonam.

Telpas 4 pamatkoordinātu noteikšanas shematisks attēlojums skatā no augšas ir parādīts 14. attēlā. Ar bultiņām atzīmēts izstarotāja izstarotā skaņas viļņa tuvākais ceļš līdz mērmikrofonam, pēc kura tiek noteikts attālums līdz izstarotājam. Ir iespējama arī cita telpas izmēru noteikšanas kārtība, piemēram: tālākais kreisais, tālākais labais un tālākais aizmugurējais punkts, kā arī manuāla telpas izmēru ievade.

Zinot attālumu starp izstarotājiem, un mērmikrofona attālumu līdz katram no izstarotājiem, kuru nosaka ar iepriekš aprakstītā speciālā testsignāla palīdzību, izmantojot trigonometrisku aprēķinu, nosaka mērmikrofona pozīciju divdimensiju plaknē (skat. 15. attēlu, kura ar liektām līnijām atzīmēti skaņas viļņu izplatīšanās virzieni, un iekrāsotais trijstūris norāda trigonometriskos aprēķinos izmantotos pamatlielumus). Pēc tam no abu izstarotāju saņemtajiem signāliem tiek izveidots plaknes attēls, no kura zināms:

• telpas aptuvenie izmēri;

• telpas atbildes reakciju (signāla atstarošanos) karte, kas vēlākos aprēķinos ir būtiska vēlīno atstarošanas signālu atfiltrēšanai un pie nepieciešamības - testa signālu koriģēšanai;

• izstarotāju atrašanās vietas (attālums starp tiem un to attālums līdz klausītāju zonas sākumam).

Izmantojot noteiktos telpas parametrus, telpa starp 4 pamatpozīcijām pēc noklusējuma tiek sadalīta 100 (10X10) kvadrantos. Telpas sadalīšana kvadrantos skatā no augšas ir parādīta 16. attēlā.

Telpa var tikt sadalīta no 5X5 līdz 50X50 (un pat vairāk) kvadrantos. Nelielu apskaņojamo laukumu gadījumā laukumu skaitu izvēlas robežās 5X5 līdz 10X10, pie lielāka kvadrantu skaita to izmēri kļūst mazāki par cilvēka galvas (attāluma starp uztveršanas orgāniem) izmēriem un tiek apgrūtināta kvadrantu datu apstrāde, neuzlabojot AFL linearizācijas kvalitāti. Lielu apskaņojamo laukumu gadījumā maksimālo kvadrantu skaitu ierobežo tikai to datu apstrādei atvēlamie resursi. Kvadrantu forma tiek izvēlēta pēc metodes lietotāja izvēles un ērtības, tai nav principiālas nozīmes.

Ja ir nepieciešamība, var sastādīt vairākas šādas plaknes kartes, papildinot mērījumus ar ceturto (augstuma) dimensiju - situācijām, kad ir nepieciešams koriģēt skanējumu, piemēram, sēdošai un stāvošai auditorijai, kas atrodas vienā telpā vai telpai ar klausītāju izvietojumu dažādā augstumā. Turklāt metodi ērti var izmantot jebkāda skaita atskaņošanas kanālu un/vai izstarotāju gadījumam: divi no izstarotājiem tiek izmantoti kā references izstarotāji (pēc kuriem noteiktas mērījumu veikšanas koordinātes), bet visi kanāli tiek mērīti secīgi.

Posmā (2) mērījumu veikšanai izmanto šādu mērīšanas signālu paketi:

(b) 1 kHz (pēc noklusējuma; specializētu sistēmu regulēšanai iespējama arī citu frekvenču signāla izmantošana) sinusoidāls 1 perioda signāls 0 dB attāluma līdz katram izstarotājam noteikšanai, kas tiek izmantots arī kā testa signāla paketes sākuma sinhronizators;

(c) kreisā (pirmā) kanāla testa signāls;

(d) labā (otrā) kanāla testa signāls.

Posmā (2) izmantoto testa signālu veids parādīts 17. attēlā. Testa signāls sastāv no periodiskām signālu paketēm, katra no tām sastav no viena signāla (1 kHz) perioda un pēc noteikta laika (0,1 līdz 5 s ) no 0,3 līdz 2 s gara signāla, kas satur logaritmiski pieaugošas vai krītošas frekvences sinusoidāla signāla piepildījumu (signāla līmenis līdz 1 kHz ir 0 dB; virs tā iespējams kritums: -6 dB uz oktāvu, lai aizsargātu augstfrekvences izstarotājus no pārslodzes). Signālu paketes starp kanāliem nobīdītas, kā parādīts zīmējumā; signāla pakešu veidošanas un nobīdes nosacījumi ir identiski kā pirmajā un otrajā posmā izmantotajiem testa signāliem. Viena perioda signāls testa paketes sākumā ir paredzēts attāluma līdz izstarotājiem noteikšanai (kvadranta identificēšanai) un joslas filtra, kura apraksts seko, sinhronizēšanai, bet logaritmisko svārstību posms ir paredzēts saņemtā signāla AFL mērīšanai.

Pēc nepieciešamības testējamo kanālu skaits var tikt palielināts, attiecīgi pa apskaņošanas kanālu pāriem komutējot testa signālu pakešu izstarošanu, ļaujot veikt daudzkanālu (piem. 5.1 un 7.1) sistēmu kalibrēšanu. Pauzes starp šiem testa paketes signāliem ir izvēlētas lielākas kā spēcīgu vēlo reverberāciju (atstarošanās) laiks konkrētajā telpā (analizējot telpas atbildes reakciju uz rozā troksni, balto troksni vai citu testa signālu, t.i., konstatējot atstarošanās laiku pēc pamatsignāla beigām ar amplitūdu, ne lielāku par -30 dB, pēc noklusējuma, relatīvo signāla līmeni). Tas izslēdz vēlīno atstarojumu ietekmes iespēju, pārklājoties ar nākošo/aiznākošo, utt. testa signāla paketi, taču lieki nekavējot nākošās testu paketes noraidīšanu.

Posma 13). resp. izstarotāju AFL mērīšanas posma, darbības algoritms ir parādīts 18. attēlā. Kā redzams, posmā veic sekojošas darbības:

• ar balss sintezatora un/vai vizualizācijas moduli vada operatora pārvietošanos pa telpu mērījumu veikšanai;

• nosaka, kuram no telpas 100 (pēc noklusējuma) telpas kvadrantiem atbilst konkrētais mērījums;

• veic mērījumu matemātiski vidējās vērtības aprēķināšanu katrai AFL frekvencei kvadranta ietvaros;

• nosaka, vai visi mērījumu rezultāti ir ticami: mērījumu rezultāti, kur viena vai vairākas AFL izmērītās vērtības atšķiras no kvadranta mērījumu vidējās vērtības vairāk par 6 dB (pēc noklusējuma) vai vidējais matemātiskais signāla līmenis ir zemāks/augstāks vairāk par 6 dB (pēc noklusējuma) no kvadranta mērījumu vidējās vērtības, tiek ignorēti vai pārmērīti. Var tikt izmantoti arī citi filtrēšanas paņēmieni, piem., balstoties uz lielu noteiktā attāluma starpību mikrofons izstarotājs starp secīgiem mērījumiem, u.c.;

• atmetot neatbilstošos mērījumus un pievienojot jaunus, veic atkārtotu vidējo lielumu ieguvi kvadranta ietvaros un procedūru atkārto, līdz pietiekošs skaits mērījumu (pēc noklusējuma 10 mērījumi) iekļaujas noteiktajos minimuma/maksimuma ierobežojumos.

Posma (4). resp.,mērījumu apstrādes posma, darbības algoritms ir parādīts 19. attēlā. Posmā veic izstarotāju izstarotās akustiskās jaudas noteikšanu, vidējojot amplitūdfrekvneču līknes katra kvadranta ietvaros, akustiskās jaudas līkņu vidējo lielumu noteikšanu, izmantojot konkrēta kvadranta svara koeficientu, kā arī veic AFL papildkorekciju zemo frekvenču diapazonā darbam mazās telpās (apraksts seko). Svara koeficientus nosaka operators, sastādot apskaņošanas karti (piemēru skat. 20. attēlā). Iekrāsotais laukums ir tumši pelēks, ja tas ir galvenā klausīšanās zona (svara koeficients

1); gaiši pelēks, ja tas ir svarīga klausīšanās zona (svara koeficients 0,7); nedaudz iekrāsots, ja ats ir mazāk svarīga klausīšanās zona (svara koeficients 0,2), un neiekrāsots, ja tas ir nesvarīgs un klausītāju atrašanās taja nav paredzēta (svara koeficients 0). Svara koeficienti tiek izvēlēti robežās no 0 līdz 1 sekojoši:

• kvadrantos, kur klausītāju atrašanās nav paredzēta, tie tiek izvēlēti 0;

• mazsvarīgu, vidēji svarīgu klausīšanās vietu kvadrantos - no 0,1 līdz 0,9;

• kvadrantos, kur atrodas galvenā klausīšanās zona, VIP vietas, apskaņošanas tehniskais tornis, tie tiek izvēlēti 1.

Iespējama arī cita kvadrantu koeficientu izveides metodika, ņemot vērā skandu virziendarbības (angliski - directivity) parametrus, apskaņošanas nosacījumus, u.c. Katra kvadranta ietvaros normēta (pēc signāla līmeņa) līkne tiek apstrādāta katrā no frekvenču (FFT datu) punktiem (tie noteikta katras frekvences komponentes atšķirība no ideālās), tiek aprēķināta visu kvadranta mērījumu vidējā vērtība katrā punktā. Pēc tam katra kvadranta vidējotas AFR līknes dati, tos pareizinot ar svara koeficientu, tiek summēti un tiek izveidota kopējā korekcijas līkne. Tātad kvadrantu ar koeficientiem 0 līknes nekādu ietekmi neievieš, bet kvadrantu ar koeficientu 1 līknes ir ar maksimālu ietekmi rezultējošā AFL līknē.

Tādējādi sistēma linearizē izstaroto akustisko jaudu tieši tur, kur tas ir visaktuālāk, proporcionāli konkrētas klausīšanās zonas svarīgumam, nevis veic korekciju pēc mērījumiem vienā vai visos telpas punktos vienādi, pie kam kvadrantu grupu skaits un to svara koeficienti var tikt mainīti un izvēlēti atbilstoši nepieciešamībai.

Zemo frekvenču diapazona linearizēšanas metode mazās telpās

Kā zināms, mazās telpās, kur attālums starp pretējām sienām (skaldnēm) ir salīdzināms ar zemākā atskaņojamā skaņas viļņa garumu, zemo frekvenču diapazonā līdz 200...300 Hz skaņas vairākkārtējas atstarošanās dēļ pret telpas skaldnēm ir izteikta interference - veidojas skaņas stāvviļņi. Telpā veidojas izteiktu minimumu/maksimumu režģis (skat.

21. attēlu). Tajā ar [1] ir atzīmētas telpas sienas, [2] norāda konkrētas frekvences stāvviļņu veidošanās minimumu un maksimumu vietas. Kā redzams, izmērītā akmplitūdfrekvenču līkne ir būtiski atkarīga no katra/viena mērījuma veikšanas vietas telpā. Viens mērījums nespēj sniegt patiesu informāciju par telpā izstaroto akustisko jaudu, jo uz dažādām frekvencēm minimumi/maksimumi veidojas dažādos telpas punktos. Taču, sadalot telpu vienāda izmēra daļās (kvadrantos), kas attēlā apzīmēti ar [3], un veicot virkni mērījumu [4), kas tiek sagrupēti, rodas iespēja telpā izstaroto akustisko jaudu izmērīt korekti, būtiski mazinot mērījumu sadalījuma telpā (un pa kvadrantiem) ietekmi uz mērījumu rezultātu, jo katra kvadranta ietvaros mērījumi tiek apvienoti, aprēķinot vidējo AFL. Eksperimentāli mērījumi rāda, ka pieņemamu mērījumu precizitāti var iegūt, aptverot vismaz vienu pilnu stāvviļņu veidošanās periodu (kas atbilst 1..2 metru garam nogrieznim zemākajās frekvencēs): veicot mērījumus vismaz 1X1 metru lielā telpas apgabalā, katru skaldni sadalot vismaz 5 daļās un veicot vismaz 2..3 mērījumus katrā no 5X5 kvadrantiem, mērījumu kļūda nepārsniedz 1..2 dB. Stāvviļņu veidošanās frekvenču joslā (aptuveni līdz 200..300 Hz) iespējami neitrāla un patiesa skanējuma sasniegšanai ir jāmēra visa izstarotāja izstarotā akustiskā jauda, lai noteiktu izstarotāju patieso AFL ekvivalenta brīvā lauka apstākļos, neņemot vērā telpas akustiskos kropļojumus un neņemot vērā konkrētu kvadrantu svara koeficientus.

22. attēlā ir parādīts mazu telpu AFL apstrādes algoritma grafisks attēlojums ar dalījuma frekvenci 300 Hz (pēc noklusējuma), kur K ir svara koeficientu ietekmes rādītājs un F ir signāla frekvence. Ja F<300 Hz, kvadranta svara koeficients K tiecas uz 1 visiem kvadrantiem, bet, ja F>300 Hz, tas tiecas uz operatora noteiktajām vērtībām.

Posma (5). resp., AFL korekciju iegūšanas posma, darbības algorirms ir parādīts 23. attēlā. Tajā veic sekojošas darbības: ņemot par pamatu sintezēto mērījumu līkni, noteiktos ierobežojumus (līkņu maksimālā korekcija, pieļaujamā korekcija frekvenču diapazona galos) un papildus uzstādījumus (lietotāja ievadītas papildkorekcijas), sintezē spoguļveida (koriģētās līknes relatīvās novirzes no ideālās/vēlamās līknes ir ekvivalentas pēc amplitūdas, bet ar pretēju zīmi) līkni, kas turpmāk tiek izmantota akustiskās jaudas korekcijai.

Posmā (6Y resp., 6) korekciju summēšanas posmā, veic šādas darbības: nosakot apskaņojamās telpas izvēlēto centrālo punktu (attiecībā pret izstarotājiem), koriģē signāla līmeņus katrā no tiem, lai katra kanāla kopējā izstarotā jauda šajā punktā būtu identiska. Turklāt pēc izvēlētā apskaņojamās telpas centra veic laika aizturu korekciju tā, lai telpas centrā veidotos korekta telpiska skaņa. Situācijā ar nesimetrisku attiecībā pret izstarotājiem klausītāju izvietojumu ir norādīts virtuālais, apskaņošanai nepieciešamais centrs (skat. 24. attēlu, kurā parādītas posmā (6) izdarītās korekcijas). Kā redzams, virtuālajā centrā attālumi L1 un L2 līdz katram no izstarotājiem ir dažādi. Iekārtas skatuves analīzes posmā koriģē gan dažādo signāla līmenis starp kanāliem virtuālajā centrā (jo lielāks attālums līdz izstarotājam, jo zemāks būs signāla līmenis pirms korekcijas), gan attālumus līdz tiem. 25. attēlā ir parādīta izkoriģēta apskaņošanas situācija - izpildās nosacījums L1=L2 (virtuālie attālumi līdz izstarotājiem ir novienādoti). Kreisā kanāla izstarotāja virtuālā atrašanās vieta ir iezīmēta gaišākā krāsā ar resnāku kontūru.

Izstarotāiu akustisko parametru korekcijas iekārtas konstrukcijas detalizēts apraksts

Iekārtas blokshēma ir parādīta 26. attēlā, un tā sastāv no šādiem moduļiem:

[I] vadības moduļa (multifunkcionāls displejs, klaviatūra, komunikācijas vietnes ar datoru);

[2} testa signālu ģenerācijas moduļa;

{3] balss ziņojumu sintēzes un vizualizācijas moduļa;

[4] testa signāla komutatora/pastiprinātāja ar maināmu pastiprinājumu;

[5] mikrofona priekšpastiprinātāja ar maināmu pastiprinājumu;

[6] signāla sinhronizācijas moduļa;

[7] AFL reģistrācijas moduļa;

[8] laika aizturu analīzes un aprēķina moduļa mērījumu vietas noteikšanai;

[9] AFL aprēķinu moduļa;

[10] korekcijas AFL līknes sintēzes, katra kanāla kopējās izstarotās jaudas kontroles un laika aizturu korekcijas moduļa;

[II] izejas signāla komutatora;

[12] mazu telpu AFL apstrādes moduļa, pie kam ieeja ir audio signāla ievades ligzda, izeja ir audio signāla izejas ligzda, bet Mic ieeja ir mērmikrofona ieeja.

Iekārta darbojas divos pamatrežīmos: kalibrēšanas un darba režīmā. Kalibrēšanas režīmā, izmantojot iepriekš aprakstīto AFL korekcijas metodi un apskaņošanas karti, tiek izveidota korekcijas AFL, kas nodrošina uzlabotu un patiesāku skanējumu. Pēc tam iekārta pārslēdzas darba režīmā (pārslēgšanās notiek, izmantojot komutatoru [11]) un, izmantojot koriģēto AFL līkni, signāla līmeņus un laika aiztures, transformē skaņas signālus no ieejas uz izeju, ļaujot iegūt nepieciešamo rezultātu bez jebkādu papildus ierīču izmantošanas.

Vadības modulis [1] nodrošina nepieciešamo saikni ar lietotāju: iespēju ievadīt un aplūkot uzstādījumus un servisa informāciju, iespēju pieslēgt iekārtu datoram apskaņošanas kartes un citu plašāku funkciju ievadei/pāriūkam, kā arī visu galveno AFL apstrādes moduļu darbību. Testa signālu ģenerācijas modulis [2] nodrošina nepieciešamo testa signālu ģenerēšanu. Balss ziņojumu sintēzes un vizualizācijas modulis [3] ģenerē nepieciešamos komandu ziņojumus operatora rīcības vadībai, gan attēlus novadīšanai uz datoru un multifunkcionālu displeju. Testa signāla pastiprinātājs [4] pastiprina signālus no moduļiem [2] un [3], pie tam pastiprinātājs ir ar maināmu pastiprināšanas koeficientu. Mikrofona priekšpastiprinātājs [5] pastiprina signālu no mikrofona un novada to uz moduli [6]. Signāla sinhronizācijas modulis nosaka pirmo saņemto signāla fronti un kalpo visu pārējo moduļu laika sinhronizācijai. AFL reģistrācijas modulis [7] iekārtas atmiņā fiksē visus mērījumu rezultātus. Laika aizturu analīzes un aprēķina modulis [8] analizē mērmikrofona atrašanās vietu telpā un telpas reverberācijas parametrus. AFL analīzes modulis [9] veic visu mērījumu analīzi saskaņā ar apskaņošanas karti. Korekcijas AFL sintēzes modulis [10] veic koriģētās AFL izveidi, signāla līmeņa korekcijas pa kanāliem un laika aizturu iestādījumus, ņemot vērā visus uzstādījumus - moduļa [9] izveidoto AFL, moduļa [12] koriģēto AFL un lietotāja vēlmes, kā arī - signāla pārvadi darba režīmā. Komutators [11] pārslēdz iekārtu AFL testa un analīzes vai darba (skaņas pārraides) režīmos.

Claims

Pretenzijas

1. Metode divu vai vairāku kanālu elektroakustisko izstarotāju korekcijai, kas raksturīga ar to, ka mērījumu gaitā tiek izmantota kustīga mikrofona automatizēta atrašanās vietas noteikšana bez mehānisku palīglīdzekļu izmantošanas.
2. Metode saskaņā ar 1. pretenziju, pie kam mikrofona atrašanās un mērījumu vietas noteikšanai izmanto skaņas viļņu no izstarotājiem līdz mikrofonam gaisā pavadītā laika noteikšanu.
3. Metode saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju, kas izmanto divu elektroakustisko izstarotāju un mērmikrofona veidoto trijstūri telpas plaknē un veic trigonometriskus aprēķinus mērmikrofona atrašanās vietas noteikšanai.
4. Metode saskaņā ar 3. pretenziju, kas kā testa signālus mērmikrofona atrašanās vietas un akustisko izstarotāju parametru noteikšanai izmanto divdaļīgu testa signālu, kura viena daļa tiek izmantota laika atskaites noteikšanai, bet otra daļa tiek izmantota akustisko izstarotāju elektroakustisko parametru mērīšanai.
5. Metode saskaņā ar 4. pretenziju, kas izmanto sekojošu darba signālu: viena tā daļa satur dzirdamā skaņas diapazona signāla galīgu skaitu periodu laika atskaites uzstādīšanai un baltā/rozā trokšņa lineāri vai logaritmiski augošas vai dilstošas frekvences testa signāla izstarotāju akustisko parametru noteikšanai.
6. Metode saskaņā ar 5. pretenziju, kas kā testa signālu izmanto: pirmajā daļā - galīgu skaitu sinusoidāla signāla periodu ar frekvenci robežas no 300 līdz 15000 Hz laika atskaites punkta noteikšanai un otrajā daļā izmanto 0,2 līdz 5 sekunžu ilga, logaritmiski augošas frekvences signāla elektroakustisko izstarotāju akustisko parametru mērīšanai.
7. Metode saskaņā ar 1. pretenziju, kas kopējo akustisko izstarotāju elektroakustisko parametru korekciju veido, summējot galīgu skaitu akustisko mērījumu, kas veikti metodes noteiktās vietās.
8. Metode saskaņā ar 7. pretenziju, kas paredz mērījumu veikšanu un to veikšanas vietas automatizētu noteikšanu divdimensiju plaknē vai trīsdimensiju telpā, visus mērījumus sadalot grupās pēc to atrašanās vietas telpā.
9. Metode saskaņā ar 8. pretenziju, kas paredz mērījumu veikšanu aptuvenā klausītāju ausu augstumā, telpas plaknes sadalīšanu vismaz 3X3 virtuālās daļās, veicot vismaz 20 mērījumus un akustisko izstarotāju elektroakustisko parametru korekcijas kopējo līkni veidojot, ņemot vērā operatora noteiktās klausīšanās prioritātes.
10. Iekārta 1. pretenzijā definētās metodes realizēšanai, kas atšķiras ar to, ka tā satur sinhronizācijas un mērījumu laika parametru apstrādes moduļus, kas ļauj noteikt mērījumu veikšanas vietu telpā.
11. Iekārta saskaņā ar 10. pretenziju, kas papildus satur specifisku

4. pretenzijā minēto divdaļīgu testa signālu mērmikrofona vietas noteikšanai un elektroakustisko izstarotāju akustisko parametru mērīšanai.
12. Iekārta saskaņā ar 10. pretenziju, kas papildus satur telpas moduļa izveides un apstrādes moduli, kas ļauj grupēt mērījumus atbilstoši to veikšanas vietai un koriģēt skanējumu atbilstoši klausīšanās prioritātēm.
13. Iekārta saskaņā ar 10. pretenziju, kas papildus satur moduli skaņas korekcijai zemajās frekvencēs mazās telpās, kuras skaldņu izmēri ir salīdzināmi ar zemāko atskaņojamo frekvenču viļņa garumu.