PL163716B1

PL163716B1 - Method for the production and localization of the sound reproduced from an electric signal

Info

Publication number: PL163716B1
Application number: PL89281266A
Authority: PL
Inventors: Danny D Lowe; John W Lees
Original assignee: Q Sound Ltd
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1994-04-29
Also published as: DE68922885T2; NO893522D0; ATE123369T1; BG60225B2; RU2092979C1; DK433789D0; KR930002147B1; AR245858A1; CA1329911C; KR900005841A; AU621655B2; EP0357402A2; NZ230517A; EP0357402A3; FI894143A0; DK433789A; NO175229B; EP0357402B1; ES2075053T3; NO175229C

Abstract

1. Sposób wytwarzania i lokalizowania pozorne- go zródla wybranego dzwieku z sygnalu elektrycznego odpowiadajacego wybranemu dzwiekowi w dowolnym miejscu w przestrzeni trójwymiarowej zawierajacej slu- chacza, przez rozdzielenie sygnalu elektrycznego na sygnaly kanalu pierwszego i drugiego przy zmianie fazy i am plitudy jednego z sygnalów kanalu pierwszego lub drugiego i podawanie sygnalu pierwszego i drugiego do dwóch przetworników dzwiekowych, znam ienne tym, ze sygnal kanalu pierwszego i drugiego podaje sie do procesorów dzwiekowych, zmienia sie w nich amplitudy i przesuniecia fazy obu sygnalów kanalu pierwszego 1 i drugiego dla kolejnych nieciaglych pasm czestotliwosci w widmie akustycznym, przy czym Kazde kolejne prze- suniecie fazy jest inne niz poprzednie przesuniecie fazy wzgledem zera stopni i tworzy sie zmodyfikowane syg- naly kanalu pierwszego i drugiego oraz róznice fazowa i róznice amplitudowa pomiedzy zmodyfikowanymi syg- nalam i dwóch kanalów, a nastepnie zmodyfikowane sygnaly kanalu pierwszego i drugiego podaje sie do dwóch przetworników dzwiekowych przy utrzymywa- nlu separacji sygnalu pierwszego kanalu od sygnalu drugiego kanalu, po czym zmienia sie am plitudy prze- suniecia fazy tych sygnalów Fig. 3 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytworzenia i lokalizacji pozornego źródła wybranego z sygnału Elektrycznego, przeznaczony do przetwarzania sygnału akustycznego tak, ze słuchaczowi wydaje się, iz uzyskiwane dźwięki są nadawane z innego miejsca niz aktualno położenie głośników.

Słuchacze są w stanie z łatwością oszacowac kierunek i zakres źródła dźwięku. W przypadku, gdy wokół słuchacza są rozmieszczone w przestrzeni wielokrotne źródła dźwięku, położenie każdego z nich może być odbierane niEzaleznie i równocześnie. Pomimo prowadzonych przez wiele lat badań, nie odkryto jeszcze żadnej zadawalającej teorii obliczania wszystkich zdolności percepc^nych przeciętnego słuchacza.

Sposób pomiaru natężenia lub prędkości fali akustycznej w pojedyńczym punkcie oraz odtwarzanie tego dźwięku skutecznie w pojedyńczym punkcie zapewnia zrozumiałość mowy i w znacznym stopniu także muzyki. Jednakże taki znany układ odtwarzania usuwa całą informację, potrzebną do ustalenia lokalizacji dźwięku w przestrzeni. Zatem orkiestra ootwarzana

163 716 przez taki układ jest odbierana tak, jakby wszystkie instrumenty grały w pojedynczym punkcie odtwarzanego obrazu dźwiękowego. Wysiłki zostały skierowane zatem na zapewnienie odtwarzania kierunkowości, określonej w dźwiękach podczas transmisji lub zapisu i odtwarzania.

W opisie patentowym USA nr 2 093 540 jest przedstawiony szczegółowo taki system dwukanałowy. Opisane jest dokładnie sztuczne uwydatnienie różnicy pomiędzy kanałami stereofonicznymi Jako środek poszerzania obrazu stereofonicznego, co jest podstawą wielu obecnych technik uwydatniania dźwięku stereofonicznego. Niektóre znane systemy uwydatniania stereofonicznego polegają na sprężeniu poprzecznych kanałów stereofonicznych, w celu określenia położenia przestrzennego w zapisie stereofonicznym. Sprzężenie poprzeczna oraz odpowiadająca mu kasowanie przesłuchu są oparte na geometrii głośników i obszaru słuchania i muszą być regulowane indywidualnie w każdym przypadku. Ponadto znanych Jesz szereg konkretnych rozwiązań systemów uwydatnienia stereofonicznego. I tak znany jest z opisu patentowego USA nr 4 152 542 system akustyczny, znany powszechnie jako system kwadrofoniczny. Zgodnie z tym opisem, Jeden dodatkowy syntetyczny kanał Jest wytwarzany z oryginalnie zakodowanych kanałów transmisyjnych, które zawierają dwa oryginalne kanały. Według tego opisu patentowego syntetyczne kanały dodatkowe posiadają określone z góry zależności amplitudowe i fazowe, wskazując kierunki źródeł względem początkowo zakodowanych kanałów transmisyjnych. Kanały oryginalne i kanały syntetyczne są zakodowane, tworząc zespół sygnałów. Dekodowanie oryginalnych kanałów transmisyjnych i kanałów syntetycznych daje w wyniku pierwszy zespół więcej, niż dwóch sygnałów przedstawienia głośnika w różnych położeniach i drugi zespół sygnałów przedstawienia w celu reprezentowania innych kątów, zawierających przestrzeń odsłuchu. Owa zespoły sygnałów prezentacji są następnie połączone przez dodanie sygnałów pierwszego zespołu do sygnałów drugiego zespołu, celem zapewnienia odpowiedniego zespołu sygnałów wyjściowych. Jest zatem widoczne, ze w przedstawionym rozwiązaniu według tego patentu miesza się sygnały z różnych kanałów celem uzyskania sygnału wynikowego.

Z kolei w opisie patentowym USA nr 4 308 424 Jest przedstawiony system pseudostareofoniczny, w którym sygnał jednouszny jest dzielony i jeden kanał jest sterowany przez układ opóźnienia fazy i kształtowania amplitudy. Drugi kanał posiada zmniejszony poziom sygnału tak, że dwa sygnały wynikowe nie są słyszane w sposób nieprzyjemny. Amplituda jest regulowana tak, że wzrasta ona przy częstotliwościach poniżej punktu środkowego odpowiedzi częstotliwościowej systemu i amplituda względnie maleje, w miarę zwiększania częstotliwości i w miarę przesuwania się przesunięcia fazowego, związanego z sygnałami w kierunku 180°. Przesunięcie fazy i amplitudy jest realizowane przez układ filtru rezonansowego, przy czym przesunięcie fazowe jest ciągłe.

Znany jest także z europejskiego zgłoszenia patentowego nr 142 213 systemu do wytwarzania sygnałów stereofonicznych, w którym ujawniono odbieranie sygnału jednousznego i podawanie go kilku linii opóźniających, z których każda posiada przynajmniej dwa bocznikowa wyjścia w różnych położeniach wzdłuż niej. Jedno takie wyjście każdej linii opóźniającej jest podawane zwrotnie na wejściu przez tłumik lub filtr celem uzyskania pogłosu. Jak również stworzenia efektu filtru grzebieniowego. Różne bocznikowane wyjścia są następnie połączone w dwóch sumatorach, dając w wyniku sygnał psaudostersofoniczny lewy i prawy. We wszystkich przypadkach bocznikowane wyjścia z linii opóźniających są podawane do dwóch różnych sumatorów tak, ze każda linie opóźniająca podaje część swojego sygnału do innego kanału. W znanym rozwiązaniu zawsze miesza się sygnały z różnych linii opóźniających pomiędzy sobą, celem wytworzenia dwóch pseudostereofonicznych sygnałów wyjściowych.

Przeprowadzone udoskonalenia systemu stereofonicznego nie dały znacznego polepszenia systemów powszechnie stosowanych w przemyśle rozrywkowym. Prawdziwi słuchacze lubią siedzieć wygodnie, poruszać lub obracac głowami oraz umieszcząc głośniki dogodnie dla sprzętów w pokoju i z dopasowaniem do innych mebli.

Wynalazek jest oparty na odkryciu, ze odtwarzanie akustyczne jednouszne przy użyciu dwóch niezależnych kanałów i dwóch głośników może dać dokładnie zlokalizowane odtwarzanie o wysokiej czystości w różnych położeniach. Obserwacja tego zjawiska w specjalistycznych warunkach w studio nagrań, doprowadziła do systematycznych badań warunków, wymaganych do

163 716 wytworzenia tego złudzenia akustycznego. W wyniku tych badań opracowano sposób do takiego przetwarzania sygnału akustycznego, ze gdy jest on odtwarzany przez dwa przetworniki akustyczne, wykrywane położenie źródła dźwięku może być właściwie regulowane zaś słuchaczowi wydaje się, że położenie źródła dźwięku jest oddzielne od położenia przetworników czy głośników.

Sposób według wynalazku przeznaczony do wytwarzania i lokalizowania pozornego źródła, wybranego dźwięku z sygnału elektrycznego, odpowiadającego wybranemu dźwiękowi w dowolnym miejscu w przestrzeni trójwymiarowej zawierającej słuchacza, przez rozdzielenie sygnału elektrycznego na sygnały kanału pierwszego i drugiego przy zmianie fazy i amplitudy jednego z sygnałów kanału pierwszego lub drugiego i podawanie sygnału kanału pierwszego l drugiego do dwóch przetworników dźwiękowych, polega na tym, ze sygnał kanału pierwszego i drugiego podaje się do procesorów dźwiękowych, zmienia się w nich amplitudy i przesunięcia fazy obu sygnałów kanału pierwszego i drugiego dla kolejnych nieciągłych pasm częstotliwości w widmie akustycznym, przy czym każde kolejne przesunięcie fazy jest inne niż poprzednie przesunięcie fazy względem zera stopni, i tworzy się zmodyfikowane sygnały kanału pierwszego i drugiego oraz różnicę fazową i różnicę amplitudową pomiędzy zmodyfikowanymi sygnałami dwóch kanałów, a następnie zmodyfikowane sygnały kanału pierwszego i drugiego podaje się do dwóch przetworników dźwiękowych przy utrzymywaniu separacji sygnału pierwszego kanału od sygnału drugiego kanału, po czym zmienia się amplitudy i przesunięcia fazy tych sygnałów.

Korzystne Jest, gdy zgodnie z wynalazkiem podaje się przynajmniej jeden z sygnałów kanału pierwszego i drugiego do przynajmniej Jednego filtru przepustowego o odpowiedzi częstotliwościowej i topologii scharakteryzowanej przez dobraną empirycznie funkcję przenoszenia T /s/ dla zmiennej zespolonej Laplace'a /s/, przy czym w etapie podawania przynajmniej jednego z sygnałów kanału pierwszego i drugiego do przynajmniej jednego fiLt-rn. przepustowego podaje się przynajmniej jeden sygnał do szeregu filtrów połączonych kaskadowo.

□alsze korzyści z wynalazku uzyskuje się, gdy podaje się sygnały kanału pierwszego i drugiego do nośnika zapisującego, mającego możliwość odtwarzania zapisanych sygnałów w wybranym następnie czasie albo oddziaływuje się na różnicowe przesunięcie fazowe i amplitudową funkcję przenoszenia sygnałów kanału pierwszego i drugiego procesorami dźwięku i tworzy się różnicowa zmiany amplitudy albo też, gdy wybiera się kolejne nieciągłe pasma częstotliwości w widmie akustycznym Jako przedziały 40 Hz.

W sposobie wytwarzania sygnałów akustycznych według wynalazku przetwarza się sygnał akustyczny pojedynczego kanału w celu wytworzenia sygnału dwukanałowego, w którym faza różnicowa i amplituda pomiędzy dwoma sygnałami Jest regulowana w oparciu o zależność częstotliwościową w całym widmie akustycznym. Przetwarzanie jest przeprowadzane przez podział jednousznego sygnału wejściowego na dwa sygnały i następnie przejście jednego lub obu takich sygnałów przez funkcję przenoszenia, której amplituda i faza są w odległości niejednorodnymi funkcjami częstotliwości. Funkcja przenoszenia może powodować inwersję sygnału i opóźnienie zależne od częstotliwości. Ponadto funkcje przenoszenia stosowane przy przetwarzaniu według wynalazku nie są otrzymywane z żadnej obecnie znanej teorii. Muszą być one określone środkami doświadczalnymi. Każda przetwarzająca funkcja przenoszenia umieszcza obraz dźwięku w pojedynczym położeniu, które jest określone przez własności funkcji przenoszenia. Zatem położenie źródła dźwięku jest unikalnie określone przez funkcję przenoszenia.

Ola danego położenia może istnieć pewna liczba różnych funkcji przenoszenie, z których każda wystarcza do umieszczenia obrazu dźwięku, zwykle w szczególnym położeniu.

Jeżeli Jest wymagany poruszający się obraz, może on być wytwarzany przez łagodną zmianę z jednej funkcji przenoszenia na inną kolejną. Zatem właściwe, możliwe do zmiany wykonanie procesu nie musi byc ograniczone do wytwarzania statycznych obrazów.

Sygnały akustyczne przetwarzane według wynalazku mogą być odtwarzane bezpośrednio po przetworzeniu lub być zapisywane konwencjonalnymi technikami zapisu stereofonicznego na

163 716 różnych nośnikach, takich jak dyski optyczne, taśmy magnetyczne, zapis gramofonowy lub optyczna ścieżka dźwiękowa, względnie transmitowane konwencjonalnę, radiową lub kablową techniką transmisji stereofonicznej, bez jakichkolwiek niekorzystnych wpływów na obraz akustyczny zapewniany przez wynalazek.

Sposób odtwarzania obrazu akustycznego według wynalazku może być również stosowany odwrotnie. Dla przykładu. Jeżeli każdy kanał konwencjonalnego sygnału stereofonicznego jest traktowany jak sygnał monofoniczny i kanały są odtwarzane dla dwóch różnych położeń w przestrzeni słuchacza, konwencjonalny obraz stereofoniczny będzie odbierany wzdłuż linii łączącej położenia obrazów kanałów. W dodatku w czasie gdy stereofoniczny zapis jest rejestrowany na taśmie wialościeżkowaj, mającej dla przykładu dwadzieścia cztery kanały, każdy może być zasilany przez procesor funkcji przenoszenia, tak że inżynier rejestrujący może ustalić położenie różnych instrumentów i głosów zgodnie z życzeniem, w celu wytworzenia specjalnego etapu dźwiękowego. Wynikiem tego są nadal dwukanałowe sygnały akustyczne, które mogą być odtwarzane ponownie na konwencjonalnym sprzęcie odtwarzającym, lecz będą miały zdolność odtwarzanie akustycznego zapewnianą sposobem według wynalazku.

Zaletą wynalazku Jest wytwarzanie takiego złudzenia akustycznego, które polega na umieszczeniu źródła dźwięku gdziekolwiek w przestrzeni trójwymiarowej otaczającej słuchacza, bez ograniczeń wprowadzonych przez położenie głośników. Wielokrotne odtwarzanie niezależnych źródeł i w niezależnych położeniach, bez znanego ograniczenia ich liczby, mogą być realizowane równocześnie przy użyciu tych samych dwóch kanałów. Odtwarzanie wymaga zastosowania nie więcej niż dwóch niezależnych kanałów i dwóch głośników a odległość lub obracanie głośników może być zmieniane w szerokich granicach bez zakłócenia złudzenia akustycznego. ODrót głowy słuchacza w dowolnej płaszczyźnie, dla przykładu w celu “spojrzenia na obraz akustyczny, nie zakłóca odbioru.

PrzddmLo^t. wynalazku zostanie dokładniej uwidoczniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia geometrię odsłuchu dla zdefiniowania parametrów położenia obrazu, w rzucie poziomym, fig. 2 - geometrie z fig. 1, w rzucie pionowym, fig. 3 - geometrię odsłuchu dla zdefiniowania parametrów położenia słuchacza, fig. 4 - geometrię z fig. 3 - w rzucie pionowym, fig. 5a do 5k - sytuacje odsłuchowe przy odpowiednich zmianach usytuowania głośników*, w- rzucie poziomym, fig. 5m - tablicę z istotnymi wymiarami dla trzech pomieszczeń odsłuchowych, fig. 6 - doświadczenie z przenoszeniem obrazu dźwiękowego przeprowadzane w dwu odizolowanych pomieszczeniach, w rzucie poziomym, fig. 7 - schemat blokowy układu przetwarzania sygnału akustycznego, fig. 8 - schemat blokowy urządzenia do obrazowania dźwięku, fig. 9 - stanowisko robocze, fig. 10 - perspektywiczny obraz w grafice komputerowej, używany przy sterowaniu procesem według wynalazku, fig. 11 - obraz trójwymiarowy widoków w grafice komputerowej, używany przy sterowaniu procesem według wynalazku, fig. 12 - uzyskiwania pozornych źródeł dźwięku z pokazaniem trzech odizolowanych pomieszczeń w rzucie poziomym, fig. 13 - układ do demonstrowania wynalazku, w postaci schematu blokowego, fig. 14 - sygnał testowy, w postaci wykresu napięcia w funkcji czasu, fig. 15 - tabele charakterystycznych danych funkcji przejścia, fig. 16 - schemat blokowy układu do lokalizowania obrazu dźwiękowego zas fig. 17a i 17b typowe funkcje przejścia stosowane w procesorze dźwięku.

Fig. 1 przedstawia ogólny widok sytuacji odsłuchu stereofonicznego. Jest widoczny na niej lewy głośnik 101, prawy głośnik 102, słuchacz 103 i położenie 104 obrazu dźwięku, odczuwane przez słuchacza 103. Wyłącznie dla celów zdefiniowania, przedstawiono słuchacza 103 usytuowanego na prostej prostopadłej do odcinka 106, łączącego głośniki 101, 102, przechodzącej przez środek tego odcinka. Takie położenie będzie wymieniane Jako położenie odniesienia słuchacza 103, jednak według niniejszego wynalazku usytuowanie słuchacza 103 nie jest ograniczone do tego położenia. Z położenia odniesienia słuchacza 103 azymutowy kąt a obrazu Jest mierzony w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara od linii 105 do odcinka 107 między słuchaczem 103 a położeniem 104 obrazu dźwięku. Ta odległość jest rzeczywistą odległością, mierzoną w przestrzeni trójwymiarowej, a nie odległością mierzoną na rzucie poziomym lub na innym rzucie prostokątnym.

163 716

Według niniejszego wynalazku powstaje możliwość usytuowania obrazów dźwiękowych poza płaszczyzną głośników. Na fig. 2 Jest więc określony kąt b podniesienia obrazu. Położenie 201 słuchacza odpowiada położeniu 103, a położenie 202 obrazu odpowiada położeniu 104 z fig. 1. Kąt b podniesienia jest mierzony w górę od poziomej linii 203 do linii 204, łączącej głowę słuchacza 1 położenie 202 obrazu, przy czym wierzchołek tego kąta znajduje się w miejscu głowy słuchacza 103. Należy zauważyć, że głośniki nie muszą znajdować się na linii 203.

Po zdefiniowaniu parametrów położenia obrazu w odsłuchowej konfiguracji odniesienia zostaną zdefiniowane parametry dla możliwych odmian konfiguracji odsłuchowej. Na fig. 3 głośniki 301 i 302 oraz linie 304 i 305 odpowiadają głośnikom 101 i 102 oraz liniom 106 i 105 z fig. 1. Odległość s rozstawienia głośników jest mierzona wzdłuż linii 304, a odległość d słuchacza Jest mierzona wzdłuz linii 305. W przypadku gdy słuchacz przemieszcza się równolegle do linii 304 wzdłuz linii 306 do położenia 307, określa się boczne przemieszczenie e mierzone wzdłuż linii 306. Ola każdego z głośników 301 i 302 określa się odnośne azymutowe kąty p i q, jako mierzone w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara, między liniami rozstawienia poszczególnych głośników 301 i 302 a liniami prostopadłymi do linii łączącej jd, w kierunku słuchacza. Podobnie, dla słuchacza określa się azymutowy kąt m w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara, między linią 305 a kierunkiem zwrócenia się słuchacza.

Na fig. 4 wysokość h położenia głośnika Jest mierzona w górę od poziomej linii 401 przechodzącej przez głowę słuchacza 103 do poziomej linii, przechodzącej przez środek głośnika 302.

Zdefiniowane parametry umożliwiają wielorakie opisywanie danej geometrii. Przykładowo, położenie obrazu może być opisane w postaci /18O.O,x/ lub /O,18O,x/, przy całkowitej równoważności. Przy konwencjonalnym odtwarzaniu stereofonicznym położenie obrazu jest ograniczone do odcinka 106 z fig. 1, natomiast obraz uzyskiwany według niniejszego wynalazku, może być umiejscow^ny swobodnie w przestrzeni, przy czym azymutowy kąt a może być równy od O do 360 stopni, a odległość r nie jest ograniczona do odległości współmiarnjJ z odległościami s lub d. Obraz może być odtwarzany bardzo blisko słuchacza, w odległości równej bardzo małej części odległości d, a jednocześnie możd mieć dowolny azymutowy kąt a, nie ograniczony azymutowymi kątami głośników. Ponadto, według niniejszego wynalazku możliwe jest umieszczanie obrazu o dowolnym kącie b podniesienia. Odległość d słuchacza może ulegać zmianie w zakresie od 0,5 metra do 30 metrów i więcej, przy obrazie pozornie nieruchomym w przestrzeni podczas tej zmiany. Dobre tworzenie obrazu jest uzyskiwane przy wzajemnym oddaleniu głośników równym od 0,2 metra do 8 metrów, przy stosowaniu tych samych sygnałów, sterujących głośniki dla wszystkich wartości oddalenia. Azymutowe kąty p i q ustawienia głośników mogą być zmieniane nidzaldżnid, w dużym zakresie, bez wpływu na obraz.

Zgodnie z wynalazkiem umiarkowane zmiany wysokości h położenia głośnika nie wpływają na kąt b podniesienia obrazu, odczuwany przez słuchacza. Jest to prawdziwe zarówno dla dodatnich jak i ujemnych wartości wysokości h, to znaczy przy usytuowaniu giośnika powyżej i poniżej poziomu usytuowania głowy słuchacza. Ponieważ wytwarzany obraz Jest bardzo realistyczny, jest naturalne, ze słuchacz odwraca się w kierunku tego obrazu. Obraz przy tym pozostaje nieruchomy, to znaczy, zd azymutowy kąt m słuchacza nid ma odczuwalnego wpływu na położenie przestrzenne obrazu co najmniej w zakresie wartości tego kąta m od +120 do -120 stopni. Wrażenie zlokalizowanego źródła dźwięku jest tak silne, że słuchacze nie mają żadnych trudności w ustalaniu miejsca obrazu, a grupa słuchaczy stwierdza to samo usytuowanie miejsca obrazu.

Fig. 5a do 5k przedstawiają zestaw dziesięciu geometrii odsłuchu, dla których była testowana stabilnosć obrazu. Fig. 5a przedstawia rzut poziomy geometrii odsłuchu. Lewy głośnik 501 i prawy głośnik 502 odtwarzają dźwięk dla słuchacza 503, wytwarzając dźwiękowy obraz 504. Fig. 5b do 5k przedstawiają warianty zorientowania głośników i są zasadniczo podobne do fig. 5a. Wszystkie td geometrie były testowane w trzech różnych pomieszczeniach odsłuchowych przy różnych wartościach mzstawidnia s głośników i odległości d słuchacza.

163 716 podanych na fig. 5m. Pierwsze pomieszczenie i było małą kabinę kontrolną zawierającą dużo sprzętu, drugie pomieszczenie 2 było dużym studiem nagraniowym, prawie zupełnie pustym, a trzecie pomieszczenie 3 było małym pokojem doświadczalnym z materiałem dźwiękochłonnym na trzech ścianach.

W każdym z tych trzech testów słuchacz był proszony o podanie odczuwanego położenia obrazu dla dwu przypadków, to Jest przy kącie m ustawienia głowy równym zeru i przy głowie zwróconej w kierunku pozornego obrazu. Każdy test był powtarzany z trzema różnymi słuchaczami. Stabilność obrazu była więc testowana ogółem dla 180 konfiguracji, przy stosowaniu tych samych sygnałów wejściowych głośników. W każdym z przypadków odczuwany był azymutowy kąt a równy -60 stopni.

Fig. 6 przedstawia doświadczenie z przenoszeniem obrazu dźwiękowego, w którym dźwiękowy obraz 601 jest wytwarzany przez sygnały przetwarzane według niniejszego wynalazku, sterujące głośniki 602 i 603 w pierwszym pomieszczeniu 604. Sztuczna głowa 605 /wykonana na przykład według niemieckiego patentu nr 1927401/, ma umieszczone w modelowych uszach lewy mikrofon 606 i prawy mikrofon 607. Elektryczne sygnały na liniach 608 i 609 od mikrofonów 606 i 607 są oddzielnie wzmacniane za pomocą wzmacniaczy 610 i 611, które sterują lewy głośnik 612 i prawy głośnik 613 w drugim pomieszczeniu 614. Słuchacz 615, znajdujący się w tym drugim pomieszczeniu, które jest akustycznie odizolowane od pierwszego pomieszczenia, odczuwa wyraźny wtórny obraz 61b, odpowiadający obrazowi 601 z pierwszego pomieszczenia

Przetwarzanie sygnału akustycznego zgodnie ze sposobem według wynalazku Jest prowadzone w układzie przedstawionym na fig. 7, na której Jedno lub więcej wielościeżkowych sygnałowych źródeł 701, które mogą być urządzeniami odtwarzającymi z taśm magnetycznych, podaje wiele monofonicznycn sygnałów 702, pochodzących z wielu źródeł, do studyjnego mikserskiego stołu 703. Stół ten, jest wykorzystywany do modyfikowania sygnałów, na przykład poprzez zmienianie poziomów i zawartości częstotliwości, w dowolny pożądany sposób. Wiele zmodyfikowanych sygnałów 704 wytwarzanych przez mikserski stół 703, jest doprowadzanych do wejść przetwarzającego obraz dźwiękowy urządzenia 705. W tym urządzeniu każdy kanał wejściowy jest przyporządkowany pewnemu położeniu obrazu i stosowane jest przetwarzanie przy pomocy funkcji przejścia, w celu wytwarzania dwukanałowych sygnałów z każdego pojedynczego sygnałowego źródła 704. Wszystkie spośród tych dwukanałowych sygnałów są miksowane dla wytworzenia końcowej pary sygnałów 706 i 707, które mogą być następnie zawracane do mikserskiego stołu 708. Należy rozumieć, ze dwukanałowe sygnały wytwarzane według wynalazku nie są w rzeczywistości lewym i prawym sygnałem stereofonicznym, chociaż takie ich określenie zapewnia łatwy sposób traktowania tych sygnałów. Tak więc, przy miksowaniu wszystkich dwukanałowych sygnałów, wszystkie lewe sygnały są łączone w jeden sygnał i wszystkie prawe sygnały są łączone w Jeden sygnał. W praktyce mikserski stół 703 i mikserski stół 708 mogą być oddzielnymi sekcjami tego samego stołu. Przy wykorzystaniu możliwości stołu mikserskiego, przetworzone sygnały są doprowadzane do sterowania głośników 709 i 710 dla monitorowania. Po ewentualnych modyfikacjach i regulacji poziomu, główne stereofoniczne sygnały 711 i 712 są doprowadzane do głównego stereofonicznego rejestratora 713, który może być dwu¹ anałowym magnetofonem.

Przetwarzające obraz dźwiękowy urządzenie 705 jest przedstawione bardziej szczegółowo na fig. 8, gdzie wejściowe sygnały 801 odpowiadają sygnałom 704, a wyjściowe sygnały 807 i 808 odpowiadają sygnałom 711 i 712 z fig. 7. Każdy jednouszny wejściowy sygnał 801 jest doprowadzany do indywidualnego procesora 802 sygnału. Te procesory 802 pracują niezależnie, bez wzajemnego sprzężenia pomiędzy sygnałami akustycznymi. Każdy procesor sygnałów ma za zadanie wytwarzanie dwukanałowych sygnałów o różnicowej fazie i amplitudzie regulowanej w zalezności od częstotliwości. Funkcje przejścia, które mogą być opisane w dziedzinie czasu jako rzeczywiste odpowiedzi impulsowe, lub równoważnie w dziedzinie częstotliwości jako złożone odpowiedzi częstotliwościowe lub odpowiedzi amplitudowe i fazowe, charakteryzują tylko pożądane położenie obrazu, do którego wejściowy sygnał ma być rzucany.

Jedna lub więcej przetworzonych sygnałowych par 803, wytwarzanych przez procesory 302 sygnałowe, są doprowadzane do wejść stereofonicznego miksera 804. Niektóre iuo wszystkie

163 716 z mcn mogę być również doprowadzane do wejść pamięciowego układu 805. Ten układ Je9t zdolny do magazynowania złożonych, przetworzonych, stereofonicznych sygnałów akustycznych i do odtwarzania ich równocześnie na wyjściach 806. Pamięciowy układ 605 zazwyczaj ma różne liczby wejściowych par kanałowych i wyjściowych par kanałowych. Wiele wyjść 806 z pamięciowego układu 805 jest doprowadzonych do dalszych wejść stereofonicznego miksera 804. Mikser 804 sumuje wszystkie lewe wejścia wytwarzając lewy wyjściowy sygnał 807, a także wszystkie prawe sygnały wytwarzając prawy wyjściowy sygnał 808, ewentualnie modyfikując amplitudę każdego sygnału wejściowego przed takim sumowaniem. W tym mikserze nie ma żadnego wzajemnego oddziaływania ani sprzężenia kanałów lewych i prawych. Obsługujący człowiek 809 steruje działaniem układu za pomocą operatorskiego interfejsu 810, w celu określania pożądanego położenie obrazu dźwiękowego, które ma być przyporządkowane każdemu wejściowemu kanałowi. Szczególnie korzystna jest cyfrowa realizacja sygnałowych procesorów 802, nie stawiająca żadnego ograniczenia dla położenia, drogi przemieszczania lub prędkości przemieszczania obrazu dźwiękowego. Jeśli nie jest zapewniane przetwarzanie sygnałów w czasie rzeczywistym, wyjścia 803 są dołączone do pamięciowego układu 805, który jest zdolny do powolnego zapisywania i odtwarzania w czasie rzeczywistym. Jeśli natomiast jest zapewniona odpowiednia liczba sygnałowych procesorów 802 działających w czasie rzeczywistym, pamięciowy układ 805 może być pominięty.

Na fig. 9 operator 901 steruje mikserskim stołem 902 wyposażonym w głośniki 903 i 904, lewy i prawy, monitora stereofonicznego. Chociaż stabilność końcowego przetworzonego obrazu dźwiękowego jest dobra dla małego rozstawienia s głośników, nawet równego 0,2 metra, korzystne jest rozstawienie głośników operatora miksującego na co najmniej 0,5 metra. Przy takim rozstawieniu dokładne umieszczanie obrazu dźwiękowego jest łatwiejsze. Do współpracy ze środkami komputerowymi i pamięciowymi są przewidziane takie urządzenia pomocnicze Jak monitor 905 z grafiką komputerową, wieloosiowy sterownik 906 i klawiatura 907. Monitor 905 z grafiką komputerową zapewnia graficzną reprezentację położenia i trajektorii obrazu dźwiękowego w przestrzeni, jak to przedstawiono na fig. 10 i 11. Fig. 10 przedstawia monitor 1001 sytuacji odsłuchowej, na którym jest uwidoczniony typowy słuchacz 1002 i trajektoria 1003 obrazu dźwiękowego, wraz z przedstawianiem ekranu 1004 ruchu obrazu dźwiękowego i podziałkowych rzutowych płaszczyzn 1005 i 1006 w perspektywie. W dolnej części monitora znajduje się menu 1007, z pozycjami dotyczącymi danej sekcji ścieżki dźwiękowej, na której dokonywane są operacje, włącznie z zapisywaniem, synchronizowaniem czasu i edytowaniem. Pozycje menu 1007 są wybierane za pomocą klawiatury 907 lub przez przemieszczanie kursora 1008, przy użyciu wieloosiowego sterownika 906. Wybrana pozycja jest modyfikowana przy użyciu klawiatury 90/ lub blokowana przy użyciu przycisku na wieloosiowym sterowniku 906, co wywołuje odpowiednią reakcję układu. W szczególności pozycja 1009 menu umożliwia operatorowi programowe przełączenie wieloosiowego sterownika 906 na sterowanie obserwacyjnego punktu, z którego ma być rzucany widok perspektywiczny lub sterowanie położenia i trajektorii aktualnego obrazu dźwiękowego. Inna pozycja 1010 menu umożliwia wybranie alternatywnego ekranu przedstawionego na fig. 11.

Na ekranie z fig. 11, prawie pełnoekranowe perspektywiczne odwzorowanie l001 z fig. 10, jest zamienione na zestaw trzech rzutów prostokątnych tej samej sytuacji, to jest poziomego rzutu 1101, pionowego rzutu 1102 i bocznego rzutu 1103. Dla wspomagania interpretacji, pozostała ćwiartka ekranu jest zajęta przez zmniejszony i mniej szczegółowy obraz 1104 perspektywicznego rzutu 1001. Także tutaj dolna część ekranu jest zajęta przez menu 1105, zasadniczo podobne do menu 1007 i o podobnych funkcjach. Jedna pozycja 1106 menu umożliwia przejście z powrotem do ekranu z fig. 10.

Ma fig. 12 dwa mikrofony 1205 i 1206, wytwarzające sygnały stereofoniczne, lewy i prawy, oaoierają ze źródeł 1201, 1202 i 1203 dźwięki w pierwszym pomieszczeniu. Te sygnały są rejestrowane przy użyciu konwencjonalnego sprzętu 1207 do zapisu stereofonicznego. Przy odtwarzaniu na konwencjonalnym sprzęcie 1208 do odtwarzania stereofonicznego sterującym głośniki 1209 i 1210, prawy i lewy, sygnałami pochodzącymi z mikrofonów 1205 i 1206, znajdujący się w drugim pomieszczeniu 1215 słuchacz 1214 odbiera konwencjonalne stereofoniczne

163 716 obrazy 1211, 1212 i 1213, odpowiadające poszczególnym źródłom 1201, 1202 i 1203. Te obrazy znajdują się w położeniach, które stanowią rzuty prostokątne na linię łączącą głośniki 1209 i 1210, o przesunięć lach bocznych źródeł w stosunku do mikrofonów 1205 i 1206. Jeśli obie pary stereofonicznych sygnałów są przetworzone i połączone w opisany wyżej sposób przy użyciu procesora 1216 dźwięku oraz odtworzone za pomocą konwencjonalnego sprzętu 1217 do odtwarzania stereofonicznego na głośnikach 1218 i 1219 w trzecim pokoju 1220, znajdujący się w różnych położeniach, nie związanych z położeniami głośników 1218 i 1219, słuchacz 1226 odbiera czyste, zlokalizowane w przestrzeni obrazy źródeł dźwięku. Jeżeli założyć, ze przetwarzanie jest takie, ze tworzy obraz oryginalnego sygnału prawego kanału w położeniu 1224 i obraz oryginalnego sygnału lewego kanału w położeniu 1225, każdy z tych obrazów zachowuje się tak, jak gdyby był rzeczywiście głośnikiem, można więc myśleć o tych obrazach jak o pozornych głośnikach.

Do umieszczania Jeanoesnnugo sygnału akustycsnsco w danym nołoźaniu Jest wymagama fnnOcja przejścia, w której zarówno różnicowa amplituda jak i faza dwukanałowego sygnału są nastawiane zależnie od częstotliwości, w całym paśmie akustycznym, w ogólnych zastosowaniach dla określenia kazdej takiej odpowiedzi różnica amplitudowa i fazowa musi być specyfekonαna w przedziałach o szerokości nie przekraczającej 40 Hz, niezależnie dla każdego z dwu kanałów w całym paśmie akustycznym, dla uzyskiwania najlepszej stabilności i spójności obrazu. Dla zastosowań nie wymagających wysokiej jakości i dobrego umiejscowienia obrazu dźwiękowego przedziały częstotliwości mogą być rozszerzone. Opis takiej odpowiedzi wymaga więc około 1000 liczb rzeczywistych, lub równoważnie 500 liczb zespolonych. Różnice ludzkiej percepcji zlokalizowania przestrzennego dźwięków sa w pewnym stopniu nieokreślone i są oparte na pomiarach subiektywnych, ale w rzeczywistej trójwymiarowej przestrzeni przez przeciętnego słuchacza jest rozróżnianych ponad 1000 wyodrębnionych położeń. Wyczerpujące scharakteryzowanie wszystkich odpowiedzi dla wszystkich możliwych położeń wymaga więc obszernego zakresu danych, obejmujących w całości ponad milion liczb rzeczywistych, których zbieranie odbywa się na bieżąco. Należy zauważyć, ze funkcja przejścia w procesorze dźwięku, która zapewnia różnicowe regulowanie między oboma kanałami. Jest budowana kawałkami drogą prób i błędów w całym paśmie akustycznym dla każdego przedziału o szerokości ^..Hz. Ponadto każda funkcja przejścia w procesorze dźwięku umiejscawia dźwięk dwa oddalonych przetworników w Jednym tylko położeniu, to jest przy jednym azymucie, jednej wysokości i jednej głębokości. W praktyce Jednak nie ma potrzeby reprezentowania dokładnie wszystkich funkcji przejścia, gdyż pomiędzy prawym kanałem i lewym kanałem występuje zasadniczo zwierciadlana symetria. Jeżeli odpowiedzi modyfikujące kanały są wzajemnie zamieniane, kąt a jest odwracany, natomiast wysokość b i odległość r pozostają niezmienione t

Możliwe jest zademonstrowanie sposobu według wynalazku i złudzenia słuchowego przy zastosowaniu konwencjonalnego sprzętu i uproszczonych sygnałów. Jeśli sygnał sinusoidalny o znanej częstotliwości jest łagodnie włączany i wyłączany w stosunkowo dużych przedziałacn czasowych, wynikowy sygnał zajmuje bardzo wąskie pasmo częstotliwości. Ten sygnał próbkuje w rzeczywistości wymaganą odpowiedź dla pojsdyńcoej częstotliwości. Wymagane odpowiedzi, to Jest funkcje przejścia, sprowadzają się więc do prostego yternnanea różnicowej amplitudy i fazy, lub opóźnienia, pomiędzy lewym kanałem i prawym kanałem na zasadzie zależności od częstotliwości. Okazuje się więc, że funkcja przejścia dla danego usytuowania dźwięku może być zestawiona empirycznie przez dokonywanie nastawień różnicowej fazy i amplitudy dla każdego wybranego przedziału częstotliwościowego w paśmie akustycznym. Zgodnie z teorią Fouriera, każdy sygnał może być przedstawiony jako suma szeregu sygnałów sinusoidalnych, używany sygnał jest więc całkowicie ogólny.

Przykład układu do demonstrowania nenesOsoegn wynalazku jest przedstawiony na fig. 13, w którym akustyczny syntezator 1302 jest sterowany przez komputer 1301 i wytwarza jednouszny sygnał akustyczny, który Jest doprowadzany do wejść 1303 i 1304 dwu kanałów akustycznych opóźniającej linii 1305. Od opóźniającej linii 1305 sygnał prawego kanału przechodzi do przełączanego ^werto^ 1306, aysygnały obu kanałów przechodzą następnie poprzez nastaw10

163 716 na tłumiki 1307 i 1308 i dalej do dwu wzmacniaczy mocy 1309 i 1310, wysterowujęcych głośniki 1311, 1312, lewy i prawy. Syntezator 1302 wytwarza łagodnie włączane sygnały sinusoidalne o wymaganej częstotliwości, z obwiednię pokazaną na fig. 14. Sygnał sinusoidalny jest bramkowany przy zastosowaniu pierwszego nachylonego odcinka 140 impulsu o czasie trwania 20 milisekund, kolejno jest przepuszczany ze stałą amplitudę 1403 w czasie 45 milisekund i następnie jest wytłumiany przy zastosowaniu drugiego nachylonego odcinka 1404 impulsu w czasie 20 milisekund. Impulsy takie, wypełnione sygnałem sinusoidalnym, tworzące sygnał testowy są powtarzane w przedziałach 1405 o czasie trwania od 1 do 5 sekund. Ponadto, przy wykorzystaniu układu z fig. 13 i przebiegu z fig. 14 można zestawić funkcję przejścia w całym paśmie akustycznym przez ustawianie opóźnienia czasowego w opóźniającej linii 1305 i amplitudy za pomocą tłumików 1307 i 1308. Słuchacz dokonuje nastawień, słucha umiejscowionego dźwięku i określa, czy dźwięk znajduje się w prawidłowym położeniu. Jeśli tak, może być badany następny przedział częstotliwości. Jeśli nie, dokonuje się dodatkowych nastawień i powtarza się proces odsłuchu. W taki sposób może być zbudowana funkcja przejścia w całym paśmie akustycznym.

Fig. 15 przedstawia tabelę praktycznych danych do stosowania przy formowaniu funkcji przejścia odpowiedniej do odtwarzania obrazów dźwiękowych poza kierunkiem głośników, dla kilku częstotliwości sygnałów sinusoidalnych. Tabela może być wykonana w wyżej wyjaśniony sposób, metodę prób i błędów przy odsłuchu. Stwierdzono, ze wszystkie te obrazy dźwiękowe są stabilne i powtarzalne we wszystkich trzech pomieszczeniach odsłuchowych przedstawionych na fig. 5m, dla szerokiego zakresu wysokości usytuowania głowy słuchacza, włączając ustawienie na wprost obrazu akustycznego, a także dla wielu różnych słuchaczy.

Można uogólnić opisane wyżej umieszczanie wąskopasmowych sygnałów w sposób pozwalający na oDrazowanie szerokopasmowych sygnałów, pochodzących ze skomplikowanych źródeł, takich jak mowa i muzyka. Jeżeli różnicowe amplitudy i przesunięcia fazowe dla obu kanałów-, wpro — wadzanych z pojedynczego sygnału wejściowego, są określone dla wszystkich częstotliwości w paśmie akustycznym, jest określona kompletna funkcja przejścia. W praktyce trzeba tylko określić różnicowe amplitudy i opóźnienia dla pewnej liczby częstotliwości w interesującym paśmie. Amplitudy i opóźnienia dla pośrednich częstotliwości między tymi częstotliwościami ustalonymi mogę być wyznaczane przez interpelację. Jeśli częstotliwości, dla których jest określona odpowiedź nie są zbytnio oddalone i przy uwzględnieniu gładkości lub szybkości zmiany wyznaczonej odpowiedzi, metoda interpolacji nie jest istotna.

W tabeli z fig. 15 amplitudy i opóźnienia są podane dla sygnału w każdym kanale. Jest to ogólnie przedstawione na fig. 16, na której są przedstawione dwa odrębne procesory 1500 i 1501 dźwięku. Akustyczny sygnał pojedynczego kanału jest podawany na wejście 1502 i doprowadzany do obu procesorów 1500 i 1501, gdzie amplituda i faza są regulowane zależnie od częstotliwości tak, ze różnica na wyjściach 1503 i 1504, lewego kanału i prawego kanału, ma właściwą wartość wyznaczoną empirycznie, jak to wyjaśniono wyżej. Sterujące parametry wprowadzane na linię 1505 zmieniają nastawienia różnicowej fazy i amplitudy tak, ze obraz dźwiękowy może znajdować się w różnych pożądanych miejscach. Przykładowo, w wykonaniu cyfrowym procesory dźwięku mogę być filtrami o skończonej odpowiedzi impulsowej, których współczynniki są zmieniane przez sygnał sterowania parametrów, dla zapewniania różnych efektywnych funkcji przenoszenia.

Układ z fig. 16 może być uproszczony, jak to wynika z następującej analizy. Po pierwsze, istotna jest tylko różnica między opóźnieniami obu kanałów. Niech opóźnienia kanałów, lewego i prawego, wynoszą odpowiednio t/l/ i t/r/. Przez dodanie jakiegoś stałego opóźnienia s/c/ są sstalnne taki e nowe ppźnnierna , t'/l/ i t'/r/, które ss i:iwne t' /1/ = t /l/ s t /a/ /// t* /r/ « t /rr + t /a/ ///

Wynik jess saki, że cał/ eekót jest słyszan/ o okres t /a/ pZenlea, Id/ wcześniej jeśli t /a/ jess ujemne. To ogólne wyrażenie jess słuszne w szczególnym przypadku, gdy s/c/ = -s/r/ i wtedy

163 716 t'/l/ - t /1/ - t /r/ /3/ t'/r/ = t /r/ - t /r/ /4/

Dzięki takie transformacji można zawsze zmniejszyć opóźnienie w jednym kanale do zera. W praktycznych zastosowaniach należy odejmować mniejsze opóźnienie tak, aby nigdy nie zaszła potrzeba ujemnego opóźnienia. Może być korzystne unikanie takiej trudności przez pozostawienie ustalonego opóźnienia szczątkowego w jednym kanale i zmienianie opóźnienia w drugim. Jeśli to ustalone opóźnienie szczątkowe ma dostatecznie dużą wartość, może być potrzebne ujemne opóźnienie zmienne. Po drugie, nie ma potrzeby sterowania amplitud kanałów niezależnie. W technice akustycznej Jest znaną operacją zmienianie amplitud sygnałów albo przez wzmacnianie albo przez tłumienie. Jeśli tylko oba kanały stereofoniczne są zmieniane w tym samym stosunku, nie Jest dokonywana żadna zmiana informacji położeniowej. Jest istotna i musi być zachowywana propozycja lub różnica amplutud. Jeśli tylko ta różnica jest zachowana, wszystkie efekty i wrażenia są zupełnie niezależne od ogólnego poziomu odtwarzania dźwięku. Zgodnie z tym, przez podobną do wyżej opisanej operację sterowania czasu lub fazy. można stosować całe sterowanie amplitudy w jednym kanale, pozostawiając stałą amplitudę w drugim kanale. Może znów być korzystne stosowanie ustalonego tłumienia cząstkowego w jednym kanale, aby wszystkie wymagane proporcje były uzyskiwalne przez tłumienie drugiego kanału. Jest więc możliwe pełne sterowanie przy użyciu zmiennego tłumika w Jednym tylko kanale. Można więc określić wszystkie wymagane informacje określając różnicowe tłumienie 1 opóźnienie jako funkcji częstotliwości dla pojedynczego kanału. Ola drugiego kanału może być podane ustalone, niezależne od częstotliwości tłumienie i opóźnienie, a jeżeli te wielkości nie są podane, przyjmuje się wzmocnienie równe Jedności i opóźnienie równe zero.

Tak więc, dla dowolnego położenia obrazu dźwiękowego, to znaczy i dla dowolnej lawej/prewej funkcji przejścia, różnicowe nastawienie fazy i amplitudy, filtrowanie, może być przeprowadzane w całości w jednym kanale lub w drugim, albo tez może być stosowana dowolna kombinacja między nimi. Jeden z procesorów 1500 i 1501 dźwięku może być uproszczony aż do zmiennej impedancji, a nawet do zwykłego przewodu. Przy założeniu, ze dla zapewnienieniezbędnej różnicy między oboma kanałami regulacja fazowa i amplitudowa Jest przeprowadź-na w jednym tylko kanale, funkcje przejścia mogą być takie jak przedstawione na fig. 17a i I7b.

Fig. 17a przedstawia typową funkcję przejścia dla różnicowej fazy obu kanałów, przy czym lewy kanał nie jest poddawany zmianie, a prawy kanał podlega regulacji fazy na zasadzie zależności od częstotliwości w całym widmie akustycznym. Podobnie, fig. 17b przedstawia typową funkcję przejścia dla różnicowej amplitudy obu kanałów, przy czym amplituda lewego kanału nie jest zmieniana a prawy kanał jest poddawany tłumieniu zależnemu od częstotliwości w całym paśmie akustycznym. Procesory 1500 i 1501 z fig. 16 mogą być analogowe lub cyfrowe i zawierać niektóre lub wszystkie sposród takich elementów składowych, jak filtry, elementy opóźniające, inwsrtory, sumatory, wzmacniacze i przesuwniki fazowe, Te elementy funkcjonalne mogą być łączone w dowolny sposób, dojący w wyniku funkcję przejścia.

Są możliwe i powszechnie stosowane równoważne odwzoroiwama. Przykładowo, opóźnianie może być określane jako zmiana fazy dla danej częstotliwości, przy użyciu równoważnych wyrażeń ;

faza /w sstppiach/ » 336 e opóźnienie x częstotlzwotć faza /w ^Chcicc/ = 2 o opóźnienis x częso otZlooPt.

Przy stosowaniu tycc rOwynpycnach wyrraee wymaaaaa jees oottozność, gdyż iee jest wystarczające podpnc8wacttocl JlacZopys fazy, lecz rnuss oyy poodna peena wartość aazy. Jest powszechnie stosowana w elektronice dogodna reprezentacja w płaszczyźnie zespolonej s. Wszystkie charakterystyki filtrów oeclaapyaas przy zastosowaniu oascayyastcch elementów analogowych mogą być określane jako iloraz dwu y^slomacaów za złożoną zmieną a Laplaca^. Ogólna postać jest następująca:

EWę/S<___ .

^£wc /s/ ^{= 0} /^s/

T /s/ /5/

163 716 gdzie T/s/ jest funkcję przejścia w płaszczyźnie s, Ewy/s/ oraz Ewy/s/ są odpowiednio sygnałem wejściowym i sygnałem wyjściowym, jako funkcje zmiennej s, a funkcje N/s/ i D/s/ z licznika i mianownika mają postać

N/s/

O/s/ ^a0 * a^ + a2s + b^ + 3^s n

+ ··· + o.s

,. n jS + ... n b_ns /6/ /7/

Atrakcję tego zapisu stanowi to, że może on być bardzo zwarty. Do kompletnego określenia funkcji dla wszystkich częstotliwości, bez potrzeby interpolowania, jest potrzebne tylko określenie n+1 współczynników a oraz n+1 współczynników b. Przy określonych tych współczynnikach, łatwo może być wyprowadzona za pomocą znanych metod amplituda i faza funkcji przejścia dla dowolnej częstotliwości. Dalszą zaletą tego zapisu stanowi to, ze ma on postać najłatwiej wyprowadzaną z analizy układu analogowego, a więc stanowi najbardziej naturalną, zwartą i akceptowalną metodę określania funkcji przejścia dla takiego układu.

Jeszcze inną dogodną do stosowania przy opisywaniu niniejszego wynalazku rEprezentacji jtst reprezentacja w płaszczyźnie z, zwłaszcza przy wykorzystaniu w procesorze sygnału filtrów cyfrowych. Ponieważ każde położenie obrazu dźwiękowego może być określone przez funkcję przejścia, potrzebna jest taka postać filtru, przy której funkcja przejścia może być łatwo i szybko realizowana, z jak najmniEjszymi ograniczeniami dotyczącymi tego, które funkcje mogą być osiągane. Do spełniania tego wymagania Jest właściwy w pełni programowalny filtr cyfrowy. Taki filtr cyfrowy może działać w dziedzinie częstotliwości, w którym to przypadku sygnał jest najpierw poddawany transformacie Fouriera pierwszej, dla przeniesienia go z dziedziny czasu do reprezentacji w dziedziniE częstotliwości. Odpowiedź amplitudowa i fazowa filtru, określona jednym z powyższych sposobów, jest doprowadzana do reprezentacji w dziedzinie częstotliwość, sygnału przez mnożenie zespolone. W końcu zostaje zastosowana odwrotna transformata Fouriera, wprowadzając ponownie sygnał do dziedziny czasu, dla dokonania konweraji cyfrowo-analogowej. Alternatywnie można określić odpowiedź bezpośrednio w dziedziniE czasu jako rzeczywistą odpowiedź impulsową· Odpowiedź ta Jest matematycznie równoważna odpowiedzi amplitudowej i fazowej w dziedzinie częstotliwości i może być z niej uzyskiwana przez poddanie odwrotnej transformacie Fouriera. Można stosować tę odpowiedź impulsową bezpośrednio w dziedzinie czasu przez dokonanie jej splotu z reprezentacją sygnału w dziedzinie czasu. Można pokazać, ze operacja splotu w dziedzinie czasu jest matematycznie identyczna z oporacją ąnnzeen y -dziEdziu nzęstotziwtOtl, bezpośredni splot jest więc całkowicie rówóonożny ooperacJ y -dziedzini nzęstotZlwτZτl ooicinop powyżej. Ponieważ wszystkie obliczEnia cyfrowe są dyskretne o nie ciągłe, notacja dyskretna jest preferowana w stosunku do ciągłej. jest dogodne określenie odpowiedzi wprost o ciągach współczynników, które mają zastosowanie w rekurencnJnym filtrze cyfrowym o splocie bezpośrEdnim, a to Jest łatwo uzyzyiwane pprz -użyci -notacj y nłaszcPuOpZc y, it-z, t®st równoważna notacji o płaszczyźnie s. Tak wiiCc jjeżtl -T/z npτonzl -OdpoiiEd y nzioIEdOIn czasu równoważną odpowiedzi T/s/ w dziedzinie częstotliwości

	T /z/	D /z/	/8/
. D/z/ mają N/z/ = c0	postać + c^z	-2 -n ♦ CgZ ♦ y ^y· + C _nZ	/9/
D/z/ = ^d°	+ d^!	, -2 , -m + d_o2 + ... + dmA 2 m	/1O/

W tym zapisie współczynniki c i d wystarczają do okrEślenia funkcji, tak jak współczynniki a i b o płaszczyźnie s, możliwa jtst oięc jednakowa zwartość. Filtr o płaszczyźnie z może być zrealizowany bEzpośrednio, jtśli operator z jest interprEtowany tak, zt z”1 stanowi opóźnienie dla n przedziałów próbkowania. Określające współczynniki c i d stanowią więc bezpośrtdnit współczynniki mnożenia przy takiej realizacji. Specyfikacja musi być ograniczona do stosowania tylko ujemnych potęg operatora z, gdyż odpowiadają ont opóźnię163 716 miom dodatnim. Dodanie potęgi operatora z odpowiadałoby ujemnemu opóźnianiu, to Jest występowaniu odpowiedzi przed doprowadzeniem bodźca. Mając te wzory można opisać sprzęt umożliwiający umiejscowienie obrazów i dźwięków, takich jak mowa i muzyka. Ola tych celów procesor dźwięku, na przykład procesor 802 z fig. 8, może być wykonany jako nastawny dwuobwodowy filtr analogowy z nastawnymi tłumikami sprzęgającymi obwody.

<402

163 716

i e e i s

163 716

Ρ=-90* Q=+90*

CO I EH

P=*21* Q=0

P=+90* Q = -90*

DO I CO

163 716

604 ny. u

163 716

X

κ.

X

Fig. 8

163 716

903 ξ

Fig. 9

100 3^/Λ

1007

1001

1006

1010 M009

Fig. 10

Fig. 11

163 716

Fig.12

163 716

^403

Fig.U

Sygnał	Kanał lewy	Kanał prawy	Inwersja ♦/-	Pozycja obrazu
CZĘStOtllW. Hz	Przerwa S	Amplituda V	Opóźnienie J1S	Amplituda V	Opóźnienie JJS	Azymut (a) stopnie	Wysokość (b) stopnie
500	0.9	3.26	1250	3.77	160	+	-52	5
750	0.9	3.26	950	3.33	160	+	-52	5
1000	0.9	3.26	780	3.70	160	+	-52	5
500	0.9	3.26	326	3.94	160	--	-83	5
750	0.9	3.26	375	3.33	160	-	-83	5
1000	0.9	3.26	375	3.26	160	-	-83	5
6600	4 5	3.19	226	3.19	160	-	- 8	28
6800	4.5	3.19	229	3.19	160	-	-8	23

Fig. 15

163 716

Fig. 16

Fig 17a

Fig 17b

163 716

ΥΙΟΙ , 102

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania i lokalizowania pozornego źródła wybranego dźwięku z sygnału elektrycznego odpowiadającego wybranemu dźwiękowi w dowolnym miejscu w przestrzeni trójwymiarowej zawierającej słuchacza, przez rozdzielenie sygnału elektrycznego na sygnały kanału pierwszego i drugiego przy zmianie fazy i amplitudy jednego z sygnałów kanału pierwszego lub drugiego i podawanie sygnału kanału pierwszego i drugiego do dwóch przetworników dźwiękowych, znamienny tym, ze sygnał kanału pierwszego i drugiego podaje się do procesorów dźwiękowych, zmienia się w nich amplitudy i przesunięcia fazy obu sygnałów kanału pierwszego i drugiego dla kolejnych nieciągłych pasm częstotliwości w widmie akustycznym, przy czym każde kolejne przesunięcie fazy jest inne niż poprzednie przesunięcie fazy względem zera stopni, i tworzy się zmodyfikowane sygnały kanału pierwszego i drugiego oraz różnicę fazową i różnicę amplitudową pomiędzy zmodyfikowanymi sygnałami dwóch kanałów a następnie zmodyfikowane sygnały kanału pierwszego i drugiego podaje się do dwóch przetworników dźwiękowych przy utrzymywaniu seperacji sygnału pierwszego kanału od sygnału drugiego kanału, po czym zmienia się amplitudy i przesunięcia fazy tych sygnałów.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze podaje się przynajmniej jeden z sygnałów kanału pierwszego i drugiego do przynajmniej jednego filtru przepustowego o odpowiedzi częstotliwościowej i topologii scharakteryzowanej przez dobraną empirycznie funkcję przenoszenia T /s/ dla zmiennej zespolonej Laplace'a /s/.
3. Sposób wedduu zastrz. 2, znami_a.nny. tym, za w etapie podawania przynajmniej jednego z sygnałów kanału pierwszego i drugiego do przynajmniej jednego filtru przepustowego podaje się przynajmniej Jeden sygnał do szeregu filtrów połączonych kaskadowo.
4. Sposób woEDuu naatrz. 1, znamienny tym, za- podaj a sią sygnały kanału pierwszego i drugiego do nośnika zapisującego mającego możliwość odtwarzania zapisanych sygnałów w wybranym następnie czasie.
5. Sposób wsEDuu naatrz. 1- znamienny tym, ze je się na różnicowe przesunięcie fazowe i amplitudową funkcję przenoszenia sygnałów kanału pierwszego i drugiego procesorami dźwięku i tworzy się różnicowe zmiany amplitudy.
6. Sposób wsEDuu naatrz. 1, znamienny tym, ze wybiera sią kolejne nieciągłe pasma częstotliwości w widmie akustycznym jako przedziały 40 Hz.