RU2109412C1 - System reproducing acoustic stereosignal - Google Patents

System reproducing acoustic stereosignal Download PDF

Info

Publication number
RU2109412C1
RU2109412C1 RU97114612A RU97114612A RU2109412C1 RU 2109412 C1 RU2109412 C1 RU 2109412C1 RU 97114612 A RU97114612 A RU 97114612A RU 97114612 A RU97114612 A RU 97114612A RU 2109412 C1 RU2109412 C1 RU 2109412C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
listener
signal
input
head
reference signal
Prior art date
Application number
RU97114612A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97114612A (en
Inventor
Михаил Валентинович Мануилов
Original Assignee
Михаил Валентинович Мануилов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Валентинович Мануилов filed Critical Михаил Валентинович Мануилов
Priority to RU97114612A priority Critical patent/RU2109412C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2109412C1 publication Critical patent/RU2109412C1/en
Publication of RU97114612A publication Critical patent/RU97114612A/en
Priority to AU15142/99A priority patent/AU1514299A/en
Priority to PCT/RU1998/000355 priority patent/WO1999014735A2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S1/00—Two-channel systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H04S7/303—Tracking of listener position or orientation
    • H04S7/304—For headphones

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)

Abstract

FIELD: stereophonic sound reproducing systems. SUBSTANCE: proposed system includes source of stereosignal, first and second low-pass filters, first and second signal adders connected to source of stereosignal. System also incorporates device that controls delay of signals of left and right channels which controlling input is connected to output of gear determining angular position of head of listener. Input of gear determining angular position of head of listener is connected to receiver of reference signal mounted fixedly on head of listener. Source of reference signal is so arranged that its position does not depend on position of head of listener. EFFECT: simplified design of system, increased authenticity of transmission of sound picture. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к стереофоническим системам воспроизведения звука. The invention relates to stereo sound reproduction systems.

В настоящее время существует большое многообразие систем стереофонического воспроизведения. Основной чертой всех стереофонических систем является использование двух каналов передачи сигнала для формирования у слушателя пространственной звуковой картины, то есть представления о пространственном расположении кажущихся звуковых источников. Для идеальной передачи исходной звуковой картины требуется использование значительного числа каналов, теоретически - бесконечно большого, в то время как увеличение числа каналов передачи больш двух представляет значительные трудности для практического использования. Однако использование уже двух каналов дает возможность передачи пространственной звуковой картины с определенной степенью достоверности. Степень этой достоверности есть одна из главных характеристик той или иной конкретной стереофонической системы. Currently, there is a wide variety of stereo playback systems. The main feature of all stereo systems is the use of two signal transmission channels to form a spatial sound picture in the listener, that is, an idea of the spatial arrangement of apparent sound sources. The ideal transmission of the original sound picture requires the use of a significant number of channels, theoretically infinitely large, while an increase in the number of transmission channels of more than two presents significant difficulties for practical use. However, the use of already two channels makes it possible to transmit a spatial sound picture with a certain degree of reliability. The degree of this certainty is one of the main characteristics of a particular stereo system.

Особые трудности при передаче пространственной звуковой картины возникают при использовании для воспроизведения звука головных телефонов. Неподвижное положение электро-акустических преобразователей головных телефонов относительно головы слушателя является одним из главных факторов возникновения такого неприятного для слушателя эффекта как "звучание в голове". А именно, при прослушивании стереопрограммы в головных телефонах у слушателя возникает представление о расположении всех кажущихся звуковых источников в его голове или в непосредственной близости от головы. С другой стороны, звучание головных телефонов имеет ряд достоинств: широкий частотный диапазон и высокая равномерность частотной характеристики, что характеризует звучание как весьма высококачественное, а также высокий уровень развиваемого звукового давления при низкой подводимой мощности и практически полном отсутствии звуковых помех для окружающих. Particular difficulties in transmitting spatial sound picture arise when using headphones to play sound. The fixed position of the electro-acoustic transducers of the headset relative to the listener’s head is one of the main factors in the occurrence of such an unpleasant effect for the listener as “sound in the head”. Namely, when listening to a stereo program in the head phones, the listener has an idea about the location of all apparent sound sources in his head or in the immediate vicinity of the head. On the other hand, the sound of headphones has a number of advantages: a wide frequency range and high uniformity of the frequency response, which characterizes the sound as very high quality, as well as a high level of developed sound pressure with low input power and almost complete absence of sound interference to others.

Решение проблемы "звучание в голове" является одной из актуальнейших проблем современной электроакустики, значительно сдерживающей широчайшее применение головных телефонов для прослушивания стереопрограмм. The solution to the “sound in the head” problem is one of the most urgent problems of modern electroacoustics, which significantly hinders the widespread use of headphones for listening to stereo programs.

Повышение достоверности передачи первичной звуковой картины при использовании внешних акустических систем также является одной из актуальных задач. Так, недостатками звучания при воспроизведении стереосигнала акустическими системами являются определенная "размытость" локализации звуковых источников, находящихся в центре или вблизи от центра звуковой картины, малая глубина звуковой сцены, то есть малый диапазон расстояний от слушателя, на которых, как ему представляется, находятся звуковые источники. (Все звуковые источники представляются расположенными в вертикальной плоскости, соединяющей акустические системы, или близко к этой плоскости). Improving the reliability of the transmission of the primary sound picture when using external speakers is also one of the urgent tasks. Thus, the disadvantages of sound when reproducing a stereo signal by acoustic systems are a certain “blurring” of localization of sound sources located in the center or near the center of the sound picture, a shallow depth of the sound stage, that is, a small range of distances from the listener, at which, as he sees it, the sound sources. (All sound sources appear to be located in the vertical plane connecting the speakers, or close to this plane).

На устранение перечисленных недостатков и повышение степени достоверности воспроизведения стереопрограмм как через головные телефоны, так и через акустические системы направлено настоящее изобретение. The present invention is directed to eliminating the aforementioned drawbacks and increasing the degree of reliability of reproducing stereo programs both through headphones and through speaker systems.

Известно устройство для создания объемного звучания в помещении, содержащее источник стереофонического сигнала, первый и второй фазовращатели, четыре усилителя, связанные с ними четыре громкоговорителя, расположенные на определенном расстоянии (авторское свидетельство СССР N 606232, кл. Н 04 S 5/00, 1978). A device for creating surround sound in a room containing a stereo signal source, first and second phase shifters, four amplifiers, four speakers connected with them, located at a certain distance (USSR author's certificate N 606232, class N 04 S 5/00, 1978) .

Недостатками устройства являются возникновение искажений звуковой картины, связанных с интерференцией звуковых волн, как излучаемых непосредственно четырьмя акустическими системами, так и отраженных от стен реального помещения, а также сложность предложенной системы. The disadvantages of the device are the occurrence of distortions of the sound picture associated with the interference of sound waves, both emitted directly by four acoustic systems and reflected from the walls of a real room, as well as the complexity of the proposed system.

Известна также стереофоническая система звуковоспроизведения с двумя тыловыми каналами, содержащая основной декодер правого, левого, центрального и эффектного каналов, а также пять громкоговорителей, авторское свидетельство СССР N 1413729, кл. Н 04 S 5/02, 1986. Недостатками этой системы являются, также как и у рассмотренной выше системы, появление интерференционных искажений звуковой картины и, как следствие, "частотной неравномерности" звучания и "размытость" звучания, характерные для систем, использующих для воспроизведения двухканальных стереопрограмм многоканальные акустические системы (в данном случае количество акустических систем равно пяти). Сложность этой системы также является ее недостатком. Also known is a stereo sound system with two rear channels, containing the main decoder of the right, left, center and effective channels, as well as five speakers, copyright certificate of the USSR N 1413729, cl. H 04 S 5/02, 1986. The disadvantages of this system are, like the system discussed above, the appearance of interference distortions of the sound picture and, as a result, the "frequency unevenness" of the sound and the "blurry" sound characteristic of systems using for playback two-channel stereo programs multi-channel speakers (in this case, the number of speakers is five). The complexity of this system is also its drawback.

Известна система для прослушивания головных телефонов с использованием средства детектирования вращения головы слушателя (патент GB N 2282306, 1995). Эта система содержит источник многоканальной звуковой программы; воспроизводящие электроакустические преобразователи, расположенные в непосредственной близости от ушей слушателя (головные телефоны); устройство генерации адреса, осуществляющее детектирование движения головы слушателя относительно стандартного (среднего) положения; блок памяти, в котором записаны данные о форме импульсного отклика виртуальных (кажущихся) звуковых источников, находящихся в определенном положении относительно стандартного (среднего) положения головы, и об изменении импульсного отклика при любом угле поворота головы слушателя; многоканальное интегрирующее устройство для обработки аудиосигнала и данных из блока памяти методом "интегральной свертки". В качестве устройства детектирования движения головы слушателя в данном изобретении применен подвижный чувствительный магнитный элемент, положение которого определяется направлением силовых линий магнитного поля Земли в сочетании с кодером данных и счетчиком импульсов. При изменении угловых положений головы слушателя относительно направления силовых линий магнитного поля Земли детектор вырабатывает импульсы, количество которых пропорционально величине угла поворота головы. A known system for listening to headphones using means for detecting rotation of the head of the listener (patent GB N 2282306, 1995). This system contains a multi-channel sound program source; reproducing electro-acoustic transducers located in close proximity to the ears of the listener (headphones); an address generating device for detecting the movement of the head of the listener relative to the standard (middle) position; a memory block in which data is recorded on the shape of the impulse response of virtual (apparent) sound sources in a certain position relative to the standard (average) position of the head, and on the change in the impulse response at any angle of rotation of the head of the listener; multichannel integrating device for processing the audio signal and data from the memory unit by the method of "integral convolution". As a device for detecting the movement of the head of the listener in this invention, a movable sensitive magnetic element is used, the position of which is determined by the direction of the lines of force of the Earth's magnetic field in combination with a data encoder and a pulse counter. When changing the angular positions of the head of the listener relative to the direction of the lines of force of the Earth's magnetic field, the detector generates pulses, the number of which is proportional to the value of the angle of rotation of the head.

Недостатками описанной системы являются: необходимость применения многоканального источника аудиопрограмм; сложность устройства, в том числе связанная с необходимостью интегрально-временной обработки сигнала при использовании метода "интегральной свертки"; низкая надежность устройства, связанная с применением датчика, использующего земной магнетизм (датчик имеет механически подвижной элемент, установленный на вращающейся оси, так же, как стрелка компаса), что является причиной низкой надежности и специальных требований при эксплуатации, более того, частичное или полное экранирование магнитного поля Земли в реальных помещениях может являться причиной неработоспособности такого датчика на практике. The disadvantages of the described system are: the need to use a multi-channel source of audio programs; the complexity of the device, including the need for integral-temporal signal processing using the "integral convolution" method; low reliability of the device associated with the use of a sensor using terrestrial magnetism (the sensor has a mechanically movable element mounted on a rotating axis, like a compass needle), which is the reason for low reliability and special requirements for operation, moreover, partial or full shielding Earth's magnetic field in real rooms can be the reason for the inoperability of such a sensor in practice.

Наиболее близким аналогом изобретения является система для воспроизведения акустического сигнала, содержащая источник стереосигнала, узел предварительной обработки сигналов левого и правого каналов по методу "интегральной свертки" сигналов с предварительно записанными в память этого устройства импульсными передаточными характеристиками, при этом выходы узла предварительной обработки сигнала подключены ко входам устройства регулируемой задержки стереосигнала, выходы которого соединены с устройствами для воспроизведения звуковых сигналов в виде головных телефонов. Кроме того, система содержит источник опорного сигнала, установленный неподвижно в помещении для прослушивания, и пару детекторов опорного сигнала, установленных в двух разнесенных позициях на голове слушателя и подключенных к вычислительному устройству для подсчета изменений в угловой ориентации головы слушателя. Выход вычислительного устройства подключен к регулирующему входу устройства регулируемой задержки. В качестве источника опорного сигнала используется ультразвуковой излучатель, а в качестве детекторов опорного сигнала - пара ультразвуковых микрофонов. В вычислительном устройстве используется средство для определения разности фаз сигналов ультразвуковых микрофонов, а также средство для измерения расстояния до источника опорного сигнала, при этом результат измерения расстояния до источника опорного сигнала используется для внесения корректировки результата измерения разности фаз. The closest analogue of the invention is a system for reproducing an acoustic signal, comprising a stereo signal source, a preprocessing unit for the left and right channel signals by the method of "integral convolution" of signals with impulse response characteristics previously recorded in the memory of this device, while the outputs of the signal preprocessing unit are connected to the inputs of the device adjustable delay of the stereo signal, the outputs of which are connected to devices for reproducing sound a headphone signals. In addition, the system includes a reference signal source mounted motionless in the listening room, and a pair of reference signal detectors installed in two spaced positions on the listener's head and connected to a computing device to calculate changes in the angular orientation of the listener's head. The output of the computing device is connected to the regulatory input of the adjustable delay device. An ultrasonic emitter is used as a reference signal source, and a pair of ultrasonic microphones as reference signal detectors. The computing device uses means for determining the phase difference of the signals of ultrasonic microphones, as well as means for measuring the distance to the source of the reference signal, while the result of measuring the distance to the source of the reference signal is used to make adjustments to the result of measuring the phase difference.

Рассмотренная система имеет следующие недостатки. Недостаточная степень достоверности передачи звуковой картины присуща этой системе по нескольким причинам. Применение в узле предварительной обработки сигнала устройств, осуществляющих "интегральную свертку" сигнала с внесенной в память устройства импульсной характеристикой, приводит к частотно-временным искажениям стереосигнала. Вид сигнала и, соответственно, характер звучания отличаются от того, что было заложено в стереопрограмму при ее записи. Например, характер концертного звучания какой-либо программы, записанной с учетом акустических особенностей концертного зала, после обработки сигнала по методу "интегральной свертки" приобретет дополнительную окраску, характер которой, в свою очередь, зависит от формы импульсной характеристики, заложенной в память устройства. Очевидно, что появление такой дополнительной окраски звучания снижает степень достоверности передачи первичной звуковой картины и является искажением замысла звукорежиссера, создавшего фонограмму. The considered system has the following disadvantages. An insufficient degree of reliability of sound picture transmission is inherent in this system for several reasons. The use of devices performing the "integral convolution" of the signal with the impulse response stored in the device’s memory in the signal pre-processing unit leads to time-frequency distortion of the stereo signal. The type of signal and, accordingly, the nature of the sound differ from what was laid down in the stereo program when it was recorded. For example, the nature of the concert sound of a program recorded taking into account the acoustic characteristics of the concert hall, after processing the signal by the "integral convolution" method, will acquire additional coloring, the character of which, in turn, depends on the shape of the impulse response stored in the device's memory. Obviously, the appearance of such an additional coloring of the sound reduces the reliability of the transmission of the primary sound picture and is a distortion of the design of the sound engineer who created the phonogram.

Другим недостатком системы является ее значительная сложность. Another disadvantage of the system is its significant complexity.

Так, для реализации интегрально-временной обработки сигнала по методу "интегральной свертки" необходимо использовать (и это отмечается в описании устройства) аналогово-цифровой преобразователь стереосигнала (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь стереосигнала (ЦАП), блок цифровой обработки сигнала, осуществляющий операции умножения, сдвига, интегрирования, блок памяти (для хранения данных о виде используемой импульсной характеристики). So, to implement the integral-time signal processing by the method of “integral convolution”, it is necessary to use (and this is noted in the device description) an analog-to-digital stereo signal converter (ADC), a digital-to-analog stereo signal converter (DAC), a digital signal processing unit that performs operations multiplication, shift, integration, a memory block (for storing data on the type of impulse response used).

Необходимость для применения предварительной обработки сигнала АЦП, ЦАП, блока памяти и цифрового сигнального процессора является одной из причин высокой сложности (и, соответственно, стоимости) рассмотренной системы. The need for applying the preliminary processing of the ADC, DAC, memory block, and digital signal processor signals is one of the reasons for the high complexity (and, consequently, cost) of the system under consideration.

Значительной сложностью характеризуется также предложенное выполнение устройства определения углового положения головы слушателя. Использование излучателя ультразвука, двух детекторов ультразвукового опорного сигнала, необходимость точных фазовых измерений, а также необходимость введения схемы определения расстояния до источника опорного сигнала и схемы корректирования ошибок, вызванных изменением этого расстояния - все это значительно усложняет это устройство и систему в целом и является ее недостатками. Significant complexity is also characterized by the proposed implementation of the device for determining the angular position of the head of the listener. The use of an ultrasound emitter, two detectors of an ultrasonic reference signal, the need for accurate phase measurements, as well as the need to introduce a circuit for determining the distance to the source of the reference signal and a circuit for correcting errors caused by a change in this distance, all this significantly complicates this device and the system as a whole and is its disadvantages .

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении степени достоверности передачи звуковой картины, а также упрощении системы. The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the degree of reliability of the transmission of the sound picture, as well as simplifying the system.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе, которая содержит источник акустического стереосигнала, узел предварительной обработки стереосигнала, причем выходы левого и правого каналов источника стереосигнала подключены ко входам узла предварительной обработки стереосигнала, устройство регулируемой задержки сигналов левого и правого каналов, входы которого подключены к выходам узла предварительной обработки сигнала, устройства воспроизведения звуковых сигналов левого и правого каналов - электроакустические преобразователи, подключенные к выходам устройства регулируемой задержки, а также источник опорного сигнала, установленный таким образом, что его положение в пространстве не зависит от положения головы слушателя, приемник опорного сигнала, установленный неподвижно относительно головы слушателя, и устройство определения углового положения головы слушателя, причем выход приемника опорного сигнала подключен ко входу устройства определения углового положения слушателя, а выход этого устройства подключен к регулирующему входу устройства регулируемой задержки, при этом обеспечивается изменение разности времени задержки сигналов левого и правого каналов при изменении углового положения головы слушателя, соответствующее естественному закону изменения времени задержки при прослушивании реальных звуковых источников, узел предварительной обработки стереосигнала выполнен в виде первого и второго фильтров нижних частот (ФНЧ) и первого и второго двухвходовых сумматоров, причем вход первого ФНЧ и первый вход первого сумматора соединены между собой и являются входом левого канала узла предварительной обработки сигнала, вход второго ФНЧ и первый вход второго сумматора соединены между собой и являются входом правого канала узла предварительной обработки сигнала, выход первого ФНЧ подключен ко второму входу второго сумматора, выход второго ФНЧ подключен ко второму входу первого сумматора, а выходы первого и второго сумматоров являются выходами левого и, соответственно, правого каналов узла предварительной обработки стереосигнала. The specified technical result is achieved by the fact that in a system that contains an acoustic stereo signal source, a stereo signal pre-processing unit, the outputs of the left and right channels of the stereo signal are connected to the inputs of the stereo signal pre-processing unit, an adjustable delay signal of the left and right channels, the inputs of which are connected to the outputs of the signal pre-processing unit, the device for reproducing sound signals of the left and right channels - electro-acoustic educators connected to the outputs of the adjustable delay device, as well as a reference signal source, set in such a way that its position in space does not depend on the position of the listener’s head, a reference signal receiver, mounted motionless relative to the listener's head, and a device for determining the angular position of the listener’s head, the output of the reference signal receiver is connected to the input of the device for determining the angular position of the listener, and the output of this device is connected to the regulatory input of the device adjustable delay, this ensures a change in the delay time difference of the left and right channel signals when the angular position of the listener's head changes, corresponding to the natural law of the delay time when listening to real sound sources, the stereo signal preprocessing unit is made in the form of the first and second low-pass filters (LPFs) and the first and second two-input adders, and the input of the first low-pass filter and the first input of the first adder are interconnected and are the input of the left to the signal of the preliminary signal processing unit, the input of the second low-pass filter and the first input of the second adder are connected to each other and are the input of the right channel of the preliminary signal processing unit, the output of the first low-pass filter is connected to the second input of the second adder, the output of the second low-pass filter is connected to the second input of the first adder, and the outputs of the first and the second adders are outputs of the left and, respectively, right channels of the stereo signal preprocessing unit.

В предлагаемой системе источник опорного сигнала может быть выполнен в виде излучателя электромагнитных волн, а приемник опорного сигнала - в виде приемника электромагнитных волн, имеющего некруговую диаграмму направленности и установленного на голове слушателя таким образом, что в положении головы слушателя в направлении на центр звуковой картины направление максимума диаграммы направленности приемника электромагнитных волн не совпадает с направлением на излучатель электромагнитных волн. Излучатель электромагнитных волн при этом может быть выполнен в виде светоизлучателя, а приемник электромагнитных волн - в виде фотоприемника. In the proposed system, the reference signal source can be made in the form of an electromagnetic wave emitter, and the reference signal receiver can be in the form of an electromagnetic wave receiver having a non-circular radiation pattern and mounted on the listener’s head in such a way that, in the position of the listener’s head in the direction toward the center of the sound picture, the maximum radiation pattern of the receiver of electromagnetic waves does not coincide with the direction of the emitter of electromagnetic waves. The emitter of electromagnetic waves in this case can be made in the form of a light emitter, and the receiver of electromagnetic waves in the form of a photodetector.

В предлагаемой системе источник опорного сигнала может быть установлен неподвижно относительно туловища слушателя. In the proposed system, the source of the reference signal can be installed motionless relative to the body of the listener.

В предлагаемой системе электроакустические преобразователи могут быть выполнены в виде головных телефонов. In the proposed system, electro-acoustic transducers can be made in the form of headphones.

В предлагаемой системе могут быть дополнительно введены первый и второй инверторы сигнала, а также первый и второй аттенюаторы, причем входы первого и второго инверторов подключены, соответственно, к выходам левого и правого каналов устройства регулируемой задержки, выходы первого и второго инверторов подключены, соответственно, ко входам первого и второго аттенюаторов, при этом выход первого аттенюатора подключен к электроакустическому преобразователю правого канала, а выход второго аттенюатора подключен к электроакустическому преобразователю левого канала. In the proposed system, the first and second signal inverters, as well as the first and second attenuators can be additionally introduced, and the inputs of the first and second inverters are connected, respectively, to the outputs of the left and right channels of the adjustable delay device, the outputs of the first and second inverters are connected, respectively, to the inputs of the first and second attenuators, while the output of the first attenuator is connected to the electroacoustic transducer of the right channel, and the output of the second attenuator is connected to the electroacoustic pre photoelectret left channel.

На фиг. 1 изображена схема системы; на фиг. 2 - схема устройства определения углового положения головы слушателя; на фиг. 3 - характеристики фильтров нижних частот, используемых в системе; на фиг. 4 - схема системы с использованием дополнительно введенных инверторов сигнала и аттенюаторов. In FIG. 1 shows a diagram of a system; in FIG. 2 is a diagram of a device for determining the angular position of the head of a listener; in FIG. 3 - characteristics of low-pass filters used in the system; in FIG. 4 is a diagram of a system using additionally introduced signal inverters and attenuators.

Предлагаемая система содержит:
- источник акустического стереосигнала 1, формирующий на своих выхода сигналы левого Л и правого П стереоканалов и подключенный ко входам узла предварительной обработки стереосигнала 2; узел предварительной обработки стереосигнала 2, состоящий из первого фильтра нижних частот (ФНЧ) 3 и второго ФНЧ 4 и первого 5 и второго 6 двухвходовых сумматоров, при этом вход ФНЧ 3 и первый вход сумматора 5 соединены между собой и подключены к выходу левого стереоканала источника сигнала 1, вход ФНЧ 4 и первый вход сумматора 6 также соединены между собой и подключены к выходу правого стереоканала источника сигнала 1, выход ФНЧ 3 подключен ко второму входу сумматора 6, выход ФНЧ 4 подключен ко второму входу сумматора 5, а выходы сумматора 5 и 6 являются выходами левого и, соответственно, правого каналов узла предварительной обработки стереосигнала 2; устройство регулируемой задержки 7, содержащее первую и вторую линии задержки ЛЗ 8 и 9, сигнальные входы которых подключены к выходам узла 2 предварительной обработки: вход линии задержки 8 - к выходу левого канала узла предварительной обработки стереосигнала 2, вход линии задержки 9 - к выходу правого канала узла предварительной обработки стереосигнала 2,
- устройства воспроизведения звуковых сигналов - электроакустические преобразователи левого и правого каналов 10 и 11, входы которых соединены с выходами линий задержки 8 и 9, соответственно;
- источник опорного сигнала 12, содержащий генератор опорного сигнала 13 и подключенный к его выходу излучатель опорного сигнала 14;
- приемник опорного сигнала 15, установленный неподвижно относительно головы слушателя;
- устройство определения углового положения 16 головы слушателя, при этом вход этого устройства подключен к выходу приемника опорного сигнала 15, а выходы - к регулирующему входу устройства регулируемой задержки 7.The proposed system contains:
- the source of the acoustic stereo signal 1, forming at its output the signals of the left L and right P stereo channels and connected to the inputs of the preliminary processing unit of the stereo signal 2; a stereo signal pre-processing unit 2, consisting of a first low-pass filter (LPF) 3 and a second low-pass filter 4 and the first 5 and second 6 two-input adders, while the input of the low-pass filter 3 and the first input of the adder 5 are interconnected and connected to the output of the left stereo channel of the signal source 1, the input of the low-pass filter 4 and the first input of the adder 6 are also interconnected and connected to the output of the right stereo channel of the signal source 1, the output of the low-pass filter 3 is connected to the second input of the adder 6, the output of the low-pass filter 4 is connected to the second input of the adder 5, and the outputs of the adder 5 and 6 I am Xia and left outputs, respectively, the pretreatment unit 2 right channel stereo signal; an adjustable delay device 7, containing the first and second delay lines LH 8 and 9, the signal inputs of which are connected to the outputs of the preliminary processing unit 2: the input of the delay line 8 to the output of the left channel of the stereo signal preprocessing unit 2, the input of the delay line 9 to the output of the right channel node stereo preprocessing signal 2,
- devices for reproducing sound signals - electro-acoustic transducers of the left and right channels 10 and 11, the inputs of which are connected to the outputs of the delay lines 8 and 9, respectively;
- a reference signal source 12, comprising a reference signal generator 13 and a reference signal emitter 14 connected to its output;
- the receiver of the reference signal 15, mounted stationary relative to the head of the listener;
- a device for determining the angular position 16 of the head of the listener, while the input of this device is connected to the output of the receiver of the reference signal 15, and the outputs to the regulatory input of the adjustable delay device 7.

При выполнении источника опорного сигнала 14 в виде светоизлучателя приемник опорного сигнала системы выполнен в виде фотоприемника 17 (фиг. 2), подключенного ко входу устройства определения углового положения 16 головы слушателя. Устройство 16 содержит входной усилитель 18, выход которого подключен к детектору 19. Выход детектора 19 является выходом устройства 16, и управляющий сигнал с него поступает затем на регулирующий вход одной из линий задержки 8 и 9 устройства 7 регулируемой задержки. Кроме того, выход детектора 19 может быть подключен ко входу инвертора опорного сигнала 20 с выхода которого управляющий сигнал поступает затем на регулирующий вход другой линии задержки устройства 7 регулируемой задержки. When executing the source of the reference signal 14 in the form of a light emitter, the receiver of the reference signal of the system is made in the form of a photodetector 17 (Fig. 2) connected to the input of the device for determining the angular position 16 of the head of the listener. The device 16 contains an input amplifier 18, the output of which is connected to the detector 19. The output of the detector 19 is the output of the device 16, and the control signal from it then passes to the regulatory input of one of the delay lines 8 and 9 of the adjustable delay device 7. In addition, the output of the detector 19 can be connected to the input of the inverter of the reference signal 20 from the output of which the control signal is then fed to the control input of another delay line of the adjustable delay device 7.

Положение источника и приемника опорного сигнала в системе могут обратными по отношению к вышеуказанным, а именно - источник опорного сигнала может быть расположен на голове слушателя, а приемник опорного сигнала - независимо от положения головы слушателя. The position of the reference signal source and receiver in the system can be inverse to the above, namely, the reference signal source can be located on the listener's head, and the reference signal receiver, regardless of the position of the listener's head.

При использовании в системе дополнительно вводимых первого 21 и второго 22 инверторов сигнала (фиг. 4), а также первого 23 и второго 24 аттенюаторов вход первого инвертора 21 подключен к выходу линии задержки 8 (левого канала), вход второго инвертора 22 подключен к выходу линии задержки 9 (правого канала), выходы первого 21 и второго 22 инверторов подключены, соответственно, ко входам первого 23 и второго 24 аттенюаторов, при этом выход первого аттенюатора 23 подключен к электроакустическому преобразователю 11 правого канала, а выход второго аттенюатора 24 подключен к электроакустическому преобразователю 10 левого канала. When using the first 21 and second 22 inverters of the signal (Fig. 4), as well as the first 23 and second 24 attenuators, the input of the first inverter 21 is connected to the output of the delay line 8 (left channel), the input of the second inverter 22 is connected to the output of the line delays 9 (right channel), the outputs of the first 21 and second 22 inverters are connected, respectively, to the inputs of the first 23 and second 24 attenuators, while the output of the first attenuator 23 is connected to the electroacoustic transducer 11 of the right channel, and the output of the second attenuator 24 connected to the electro-acoustic transducer 10 of the left channel.

Работа системы происходит следующим образом. Выходной стереосигнал источника 1 в качестве которого могут использоваться проигрыватель компакт-дисков, проигрыватель грампластинок, кассетный магнитофон, тюнер стереопрограмм и любые другие источники стереосигнала, поступает на вход узла предварительной обработки 2 стереосигнала. The system operates as follows. The stereo output signal of source 1, which can be used as a CD player, turntable, cassette recorder, stereo tuner and any other stereo sources, is fed to the input of the stereo processing unit 2 of the stereo signal.

В этом узле сигнал левого канала поступает на первый вход первого сумматора 5 и вход первого ФНЧ 3, сигнал правого канала поступает на первый вход второго сумматора 6 и вход второго ФНЧ 4. Выходной сигнал ФНЧ 3 поступает на второй вход сумматора 6, а выходной сигнал ФНЧ 4 - на второй вход сумматора 5. In this node, the left channel signal is fed to the first input of the first adder 5 and the input of the first low-pass filter 3, the right channel signal is fed to the first input of the second adder 6 and the input of the second low-pass filter 4. The output signal of the low-pass filter 3 is fed to the second input of the adder 6, and the output signal of the low-pass filter 4 - to the second input of the adder 5.

Обработанный стереосигнал с выходов сумматоров 5 и 6 поступает на входы устройства регулируемой задержки 7: сигнал левого канала - на вход линии задержки 8, сигнал правого канала - на вход линии задержки 9. The processed stereo signal from the outputs of the adders 5 and 6 is fed to the inputs of the adjustable delay device 7: the left channel signal to the input of the delay line 8, the signal of the right channel to the input of the delay line 9.

С выходов линий задержки 8 и 9 сигналы левого и правого каналов поступают на устройства воспроизведения звука (электроакустические преобразователи) 10 и 11. From the outputs of the delay lines 8 and 9, the signals of the left and right channels are fed to sound reproducing devices (electro-acoustic transducers) 10 and 11.

При функционировании устройства осуществляется регулирование разности времени задержки сигналов левого и правого каналов в соответствии с поворотами головы слушателя при помощи устройства регулируемой задержки 7, на регулирующий вход которого поступает управляющий сигнал с выхода устройства определения углового положения 16 головы слушателя. Для работы устройства определения углового положения 16 используется опорный сигнал, который воспринимается приемником опорного сигнала 15 и затем с выхода последнего поступает на вход устройства 16. В свою очередь опорный сигнал формируется источником опорного сигнала 12, в котором сигнал генератора 13 поступает на излучатель 14. During the operation of the device, the delay time difference between the left and right channel signals is adjusted in accordance with the turns of the listener’s head using an adjustable delay device 7, the control input of which receives a control signal from the output of the device for determining the angular position 16 of the listener’s head. For the operation of the device for determining the angular position 16, a reference signal is used, which is perceived by the receiver of the reference signal 15 and then fed to the input of the device 16 from the output of the latter. In turn, the reference signal is generated by the source of the reference signal 12, in which the signal of the generator 13 is supplied to the emitter 14.

Формирование у слушателя представления о расположении звуковых источников в пространстве перед ним достигается в системе за счет совместного действия узла предварительной обработки 2 стереосигнала и регулирования разности времени задержки сигналов левого и правого каналов в соответствии с поворотами головы слушателя при помощи устройства регулируемой задержки 7. The formation of the listener's idea of the location of sound sources in the space in front of him is achieved in the system due to the combined action of the stereo processing unit 2 of the stereo signal and the regulation of the delay time difference of the left and right channel signals in accordance with the rotation of the listener's head using an adjustable delay device 7.

При реализации предлагаемой системы в качестве излучателя опорного сигнала 14 может использоваться излучатель электромагнитных волн любого вида, например, светоизлучатель (в том числе светоизлучающий диод), катушка индуктивности, штыревая антенна радиочастотного диапазона и др. В качестве приемника опорного сигнала 15 при этом используется приемник того же вида электромагнитных волн, что и у излучателя, соответственно фотоприемник, катушка индуктивности, антенна и т. д. Единственное требование, предъявляемое при этом к приемнику электромагнитных волн - это то, что он должен иметь некруговую диаграмму направленности и быть установлен на голове слушателя таким образом, что в положении головы слушателя в направлении на центр звуковой картины направление максимума диаграммы направленности приемника электромагнитных волн не совпадает с направлением на излучатель электромагнитных волн. When implementing the proposed system, an emitter of electromagnetic waves of any kind can be used as the emitter of the reference signal 14, for example, a light emitter (including a light emitting diode), an inductor, a pin antenna of the radio frequency range, etc. In this case, the receiver of the reference signal 15 is used the same type of electromagnetic waves as the emitter, respectively, a photodetector, inductor, antenna, etc. The only requirement for this is that the receiver magnetic waves is that it should have a non-circular radiation pattern and be mounted on the listener’s head in such a way that in the position of the listener’s head toward the center of the sound picture, the direction of the maximum radiation pattern of the electromagnetic wave receiver does not coincide with the direction of the electromagnetic wave emitter.

Рассмотрим работу системы при реализации источника опорного сигнала и приемника опорного сигнала в соответствии с фиг. 2. В этом случае источник опорного сигнала 12 выполнен в виде светоизлучателя 14, например светодиода или нескольких светодиодов, подключенных к выходу генератора опорного сигнала 13. В качестве светоизлучателя в системе могут применяться, например, практически любые типы светодиодов видимого или инфракрасного диапазонов. В качестве генератора опорного сигнала - любой генератор сигнала синусоидальной, прямоугольной или иной формы. Приемник опорного сигнала 17, в данном случае - фотоприемник, имеет некруговую диаграмму направленности и установлен на голове слушателя таким образом, что в центральном положении головы слушателя (направлении на центр звуковой картины) направление максимума диаграммы направленности не совпадает с направлением на светоизлучатель. Наиболее распространенная форма диаграммы направленности фотоприемников имеет косинусоидальный вид. Это означает, что для удовлетворения приведенного требования при направлении головы слушателя на центр звуковой картины приемный фотоприемник должен находиться в развернутом положении относительно направления на излучатель опорного сигнала, как это показано на фиг. 2. В этом случае, если поворот головы слушателя в одну сторону вызывает уменьшение уровня сигнала фотоприемника, то поворот головы в противоположную сторону вызывает увеличение уровня сигнала. Далее сигнал фотоприемника 17 поступает на вход устройства 16 определения угла поворота головы слушателя, которое содержит усилитель 18 сигнала фотоприемника, детектор 19 и инвертор 20. Усиленный и продетектированный сигнал фотоприемника с выхода детектора 19 поступает на регулирующий вход одной из линий задержки устройства 7 регулируемой задержки (фиг. 1). Проинвертированный сигнал с выхода инвертора 20 поступает на регулирующий вход второй линии задержки устройства 7 регулируемой задержки. При этом обеспечивается противоположные по знаку изменения времени задержки в правом и левом каналах при изменении уровня сигнала фотоприемника, то есть при поворотах головы слушателя. Очевидно, что при этом обеспечивается линейное или близкое к линейному изменение разности времени задержки сигналов левого и правого каналов при поворотах головы слушателя относительно центрального направления. Consider the operation of the system when implementing the reference signal source and the reference signal receiver in accordance with FIG. 2. In this case, the reference signal source 12 is made in the form of a light emitter 14, for example, an LED or several LEDs connected to the output of the reference signal generator 13. As a light emitter in the system, for example, almost any type of visible or infrared LEDs can be used. As a reference signal generator - any signal generator of a sinusoidal, rectangular or other shape. The reference signal receiver 17, in this case, the photodetector, has a non-circular radiation pattern and is mounted on the listener’s head in such a way that in the central position of the listener's head (direction toward the center of the sound picture), the direction of the radiation pattern maximum does not coincide with the direction to the light emitter. The most common form of the photodetector radiation pattern has a cosine shape. This means that in order to satisfy the above requirement, when the listener's head is directed to the center of the sound picture, the receiving photodetector must be in the deployed position relative to the direction of the reference signal to the emitter, as shown in FIG. 2. In this case, if turning the listener's head in one direction causes a decrease in the signal level of the photodetector, then turning the head in the opposite direction causes an increase in the signal level. Next, the signal of the photodetector 17 is input to the device 16 for determining the angle of rotation of the head of the listener, which contains the amplifier 18 of the signal of the photodetector, the detector 19 and the inverter 20. The amplified and detected signal of the photodetector from the output of the detector 19 is fed to the regulatory input of one of the delay lines of the adjustable delay device 7 ( Fig. 1). The inverted signal from the output of the inverter 20 is fed to the control input of the second delay line of the adjustable delay device 7. This ensures the opposite sign of the delay time in the right and left channels when changing the signal level of the photodetector, that is, when the head of the listener is turned. Obviously, this provides a linear or close to linear change in the delay time difference of the left and right channel signals when the listener's head is rotated relative to the central direction.

Во время работы системы при повороте головы слушателя вправо относительно кажущихся звуковых источников, находящихся перед слушателем, обеспечивается увеличение времени задержки в правом канале по отношению к времени задержки в левом канале. При повороте головы слушателя влево обеспечивается увеличение времени задержки в левом канале по отношению к правому каналу. Величина изменения разности времени задержки устанавливается соответствующей изменению разности времени задержки акустического сигнала, поступающего на правое и левое уши слушателя при угловом смещении реального звукового источника. Так, известно, что смещение звукового источника на угол 30o относительно слушателя вызывает изменение разности времени задержки 0,3 мс (см., напр. Вознесенский Ю.А., Клименко Г.К. Квадрофония. - М.: Энергия, 1979, с. 8-9). В диапазоне углов до 60o зависимость изменения разности времени задержки от угла имеет практически линейный характер с наклоном порядка 10 мкс/градус.During operation of the system, when the listener's head is turned to the right with respect to the apparent sound sources in front of the listener, an increase in the delay time in the right channel with respect to the delay time in the left channel is provided. When you turn the listener's head to the left, an increase in the delay time in the left channel with respect to the right channel is provided. The magnitude of the change in the delay time difference is set corresponding to the change in the difference in the delay time of the acoustic signal supplied to the right and left ears of the listener at an angular displacement of the real sound source. So, it is known that the shift of the sound source by an angle of 30 o relative to the listener causes a change in the delay time difference of 0.3 ms (see, for example, Voznesensky Yu.A., Klimenko GK Quadrofoniya. - M .: Energy, 1979, p. 8-9). In the range of angles up to 60 o the dependence of the difference in the delay time on the angle is almost linear in nature with a slope of about 10 μs / degree.

Как показали экспериментальные прослушивания, на практике вполне достаточно обеспечить близкое к линейному изменение разности времени задержки при поворотах головы слушателя в пределах ±30o. Для получения в этом диапазоне углов близкой к линейной зависимости оптимальным является размещение фотоприемника 17 так, что направление его оси составляет угол 50-55o по отношению к направлению на светоизлучатель (в центральном положении головы слушателя). При других значениях угла система сохраняет работоспособность, однако диапазон возможных углов поворота головы слушателя уменьшается.As shown by experimental listening, in practice it is quite enough to provide a close to linear change in the difference in the delay time when the head of the listener is rotated within ± 30 o . To obtain close to a linear dependence in this range of angles, it is optimal to place the photodetector 17 so that its axis direction makes an angle of 50-55 o with respect to the direction to the light emitter (in the central position of the listener's head). At other values of the angle, the system remains operational, however, the range of possible angles of rotation of the head of the listener decreases.

Очевидно, что необходимое изменение разности времени задержки сигналов левого и правого каналов в системе обеспечивается также в случае, если одна из линий задержки имеет фиксированное время задержки. Инвертор 20 в этом случае не используется. Obviously, the necessary change in the delay time difference of the left and right channel signals in the system is also provided if one of the delay lines has a fixed delay time. Inverter 20 is not used in this case.

Рассмотрим более подробно функции узла предварительной обработки сигнала поз. 2 на фиг. 1. Let us consider in more detail the functions of the signal preprocessing unit pos. 2 in FIG. one.

Экспериментальные прослушивания описанной системы при отключенном узле предварительной обработки сигнала, а именно, - в случае, если сигналы левого и правого каналов подаются на входы устройства регулируемой задержки в обход узла предварительной обработки, показали, что в этом случае для кажущихся звуковых источников, находящихся в центре стереопанорамы (уровень сигнала таких источников в левом канале равен или близок к уровню сигнала в правом канале) слушатель ощущает расположение таких источников на определенном расстоянии перед собой и воспринимает их как реально существующие в пространстве перед ним источники звука. Однако источники, расположенные не в центре стереопанорамы (уровни сигнала в левом и правом каналах существенно различаются), слушатель ощущает расположенными значительно ближе - вплоть до звучания в непосредственной близости от ушей. Достоверность звуковой картины оценивается слушателем в этом случае как весьма слабая. Experimental listening of the described system with the signal preprocessing unit turned off, namely, if the left and right channel signals are fed to the inputs of the adjustable delay device bypassing the preprocessing unit, showed that in this case for apparent sound sources located in the center stereo panoramas (the signal level of such sources in the left channel is equal to or close to the signal level in the right channel), the listener senses the location of such sources at a certain distance in front of oh and perceives them as really existing in a space in front of him sound sources. However, sources located not in the center of the stereo panorama (signal levels in the left and right channels differ significantly), the listener feels located much closer - right up to the sound in the immediate vicinity of the ears. The reliability of the sound picture is assessed by the listener in this case as very weak.

Работа узла предварительной обработки в предлагаемом устройстве основана на особенности слуха человека при приходе звуков от источников, находящихся под углом по отношению к направлению головы, воспринимать различными ушами нижние частоты звукового диапазона (до 300-500 Гц) как имеющие равную или близкую интенсивность, а более высокие частоты - как имеющие различную интенсивность для разных ушей. Так, для источника звука, расположенного справа от слушателя, интенсивность верхних частот сильнее для правого уха, в то время как интенсивность нижних частот практически равна для обоих ушей. Известно, что причиной такого явления является экранирующее действие головы, которое проявляется при длинах звуковых волн меньших или близких по величине к размеру головы, то есть в частном диапазоне от 300-500 Гц и выше. На фиг. 3 приведены зависимости разности уровней звукового сигнала в левом и правом ушах слушателя от частоты при двух различных углах прихода звука ( α = 30o - кривая 1 на фиг. 3 и α = 60o - кривая 2) (см. Вознесенский Ю.А., Клименко Г. К. Квадрофония. - М.: Энергия, 1979, с. 8-9). Видно, что разность уровней возрастает с ростом частоты, хотя зависимости от частоты имеют немонотонный характер. Применение в узле предварительной обработки предлагаемого устройства фильтров нижних частот с частотными характеристиками, представленными линиями 3 или 4 на фиг. 3 обеспечивает характер изменения уровня сигнала от частоты близкой к естественному при любом соотношении уровней сигналов левого и правого каналов в исходном стереосигнале. Как результат совместной работы узла предварительной обработки сигнала и схемы регулирования задержки сигнала слушатели отмечают высокую достоверность передачи звуковой картины, выражающуюся в появлении ощущения значительной угловой ширины стереопанорамы и ее глубины, а также неискаженном, "чистом" и "прозрачном" звучании.The operation of the pre-processing unit in the proposed device is based on the features of human hearing when sounds come from sources at an angle with respect to the direction of the head, to perceive with different ears the lower frequencies of the sound range (up to 300-500 Hz) as having equal or close intensity, and more high frequencies - as having different intensities for different ears. So, for a sound source located to the right of the listener, the intensity of the upper frequencies is stronger for the right ear, while the intensity of the lower frequencies is almost equal for both ears. It is known that the cause of this phenomenon is the shielding effect of the head, which is manifested when the sound wavelengths are shorter or close to the size of the head, that is, in the private range from 300-500 Hz and above. In FIG. Figure 3 shows the dependence of the difference in the levels of the sound signal in the left and right ears of the listener on the frequency at two different angles of sound arrival (α = 30 ° - curve 1 in Fig. 3 and α = 60 ° - curve 2) (see Voznesensky Yu.A. Klimenko G. K. Quadrophony. - M .: Energy, 1979, p. 8-9). It can be seen that the difference in levels increases with increasing frequency, although the dependence on the frequency is nonmonotonic. The use in the pre-processing unit of the proposed device of low-pass filters with frequency characteristics represented by lines 3 or 4 in FIG. 3 provides the nature of the change in signal level from a frequency close to natural for any ratio of signal levels of the left and right channels in the original stereo signal. As a result of the joint work of the signal pre-processing unit and the signal delay control circuit, listeners note the high reliability of the sound picture transmission, expressed in the appearance of a sensation of a significant angular width of the stereo panorama and its depth, as well as undistorted, "clear" and "transparent" sound.

Необходимо отметить, что угловая ширина стереопанорамы может изменяться за счет изменения характеристик ФНЧ узла предварительной обработки сигнала. Так, если частотная характеристика ФНЧ выбрана близкой к кривой 3 фиг. 3, то слушатель ощущает расположение крайних источников звука под углом 30o и, следовательно, угловая ширина стереопанорамы имеет величину ±30o. Если частотная характеристика ФНЧ выбрана в соответствии с кривой 4 фиг. 3, ширина стереопанорамы имеет величины ±60o. Таким образом, за счет изменения наклона частотной характеристики ФНЧ узла предварительной обработки сигнала в предлагаемом устройстве реализуется простая возможность регулирования ширины стереопанорамы.It should be noted that the angular width of the stereo panorama can vary due to changes in the characteristics of the low-pass filter of the signal preprocessing unit. So, if the frequency response of the low-pass filter is selected close to curve 3 of FIG. 3, the listener senses the location of the extreme sound sources at an angle of 30 o and, therefore, the angular width of the stereo image is ± 30 o . If the frequency response of the low-pass filter is selected in accordance with curve 4 of FIG. 3, the width of the stereo panorama has a value of ± 60 o . Thus, by changing the slope of the frequency response of the low-pass filter of the signal pre-processing unit, the proposed device provides a simple possibility of adjusting the width of the stereo panorama.

При реализации системы необходимо учитывать, что частотные характеристики двух ФНЧ узла предварительной обработки сигнала должны быть близкими друг к другу, поскольку это обеспечивает симметричность стереопанорамы относительно слушателя. When implementing the system, it is necessary to take into account that the frequency characteristics of two low-pass filters of the signal preprocessing unit should be close to each other, since this ensures the stereo panorama is symmetrical with respect to the listener.

Как было установлено, отклонения характеристик фильтров от приведенных на фиг. 3 на величину порядка 10% практически не влияют на качество воспроизведения стереосигнала и степень достоверности передачи звуковой картины. It was found that the deviations of the filter characteristics from those shown in FIG. 3, a value of about 10% practically does not affect the quality of stereo signal reproduction and the degree of reliability of sound picture transmission.

Необходимо отметить также возможность реализации системы с использованием в узле предварительной обработки вместо двух ФНЧ одного ФНЧ, имеющего двунаправленную передаточную характеристику. В этом случае используется лишь один ФНЧ, а суммирование сигналов осуществляется на входном сопротивлении устройства регулируемой задержки. Применение одного ФНЧ в этом случае дополнительно упрощает устройство и автоматически обеспечивает симметричность стереопанорамы. It should also be noted that the system can be implemented using a pre-processing unit instead of two low-pass filters, one low-pass filter with a bi-directional transfer characteristic. In this case, only one low-pass filter is used, and the summation of the signals is carried out at the input resistance of the adjustable delay device. The use of one low-pass filter in this case further simplifies the device and automatically ensures the symmetry of the stereo panorama.

На практике в качестве ФНЧ узла предварительной обработки сигнала могут применяться практически любые известные фильтры (см. напр., Титце У., Жени К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982, с. 512; Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, т. 1 - М.: Мир, 1983, с. 598), позволяющие получить частотную характеристику, близкую к кривым 3, 4 фиг. 3. Хорошие результаты дает применение простейших пассивных или активных RC-фильтров первого порядка. В качестве ФНЧ с двунаправленной характеристикой передачи может использоваться пассивный RC, LC или LR-фильтр. In practice, almost any known filter can be used as a low-pass filter for the signal preprocessing unit (see, for example, Titze W., Zhenya K. Semiconductor circuitry. - M .: Mir, 1982, p. 512; Horowitz P., Hill W. The art of circuitry, t. 1 - M.: Mir, 1983, p. 598), which allows to obtain a frequency response close to curves 3, 4 of FIG. 3. Good results are obtained by using the simplest passive or active first-order RC filters. A passive RC, LC, or LR filter can be used as a low-pass filter with a bidirectional transmission characteristic.

При использовании в системе в качестве излучателя и приемника электромагнитных волн отличного от световых волн вида (катушек индуктивности, штыревых антенн радиочастотного диапазона и т.д.) функционирование системы происходит аналогично выше рассмотренному. При использовании радиоволн нет необходимости в наличии прямой видимости между излучателем и приемником опорного сигнала. When using in the system as an emitter and a receiver of electromagnetic waves a form other than light waves (inductors, pin antennas of the radio frequency range, etc.), the functioning of the system occurs similarly to the above. When using radio waves, there is no need for direct line of sight between the emitter and the reference signal receiver.

Как уже было указано выше, в предлагаемой системе источник опорного сигнала может быть установлен неподвижно относительно тела слушателя. Возможность установить таким образом источник опорного сигнала очевидна при использовании электромагнитных волн отличного от световых волн вида. Действие устройства при этом основано на том факте, что человек совершает движения головой (сознательно или бессознательно) значительно чаще, чем повороты туловища. As already mentioned above, in the proposed system, the source of the reference signal can be installed motionless relative to the body of the listener. The ability to set the source of the reference signal in this way is obvious when using electromagnetic waves of a form different from light waves. The device’s action is based on the fact that a person makes head movements (consciously or unconsciously) much more often than body turns.

Важной особенностью этой реализации системы является то, что направление на центр звуковой картины не "привязано" к какому-либо направлению в окружающем пространстве. При повороте слушателя в какую-либо сторону звуковая картина по-прежнему остается перед ним, например направление на центр звуковой картины может быть выбрано перпендикулярным относительно линии плеч. An important feature of this system implementation is that the direction to the center of the sound picture is not “tied” to any direction in the surrounding space. When the listener is turned in any direction, the sound picture still remains in front of him, for example, the direction to the center of the sound picture can be chosen perpendicular to the shoulder line.

В качестве устройств воспроизведения акустического сигнала (электроакустических преобразователей) в предложенной системе могут использоваться как головные стереофонические телефоны любых типов, так и акустические системы. В последнем случае оптимальным является расположение акустических систем по противоположным сторонам от слушателя - справа и слева от него - как на одной линии с головой слушателя, так и несколько сзади него. Несмотря на такое расположение акустических систем у слушателя возникает достоверное ощущение расположения звуковых источников в пространстве перед ним. При этом в отличие от обычного прослушивания стереофонических акустических систем при использовании предлагаемой системы возникает ряд преимуществ. А именно, значительно возрастает угловая ширина стереопанорамы, возрастает точность локализации звуковых источников по углу, то есть возрастает "угловое разрешение". Кроме того, у слушателя возникает впечатление о различном расстоянии до различных звуковых источников (эти расстояния зависят от условий записи). As devices for reproducing an acoustic signal (electro-acoustic transducers) in the proposed system, both stereo head phones of any types and speakers can be used. In the latter case, it is optimal to place the speakers on opposite sides of the listener - to the right and left of him - both on the same line with the listener's head, and somewhat behind him. Despite this arrangement of speakers, the listener has a reliable sense of the location of sound sources in the space in front of him. In this case, in contrast to the usual listening to stereo speakers when using the proposed system, there are a number of advantages. Namely, the angular width of the stereo panorama increases significantly, the accuracy of localization of sound sources in the angle increases, that is, the "angular resolution" increases. In addition, the listener gets the impression of a different distance to different sound sources (these distances depend on the recording conditions).

Рассмотрим работу системы при дополнительном введении в нее инверторов сигнала и аттенюаторов в соответствии с уже рассмотренной выше схемой. В этом случае сигнал левого канала с выхода линии задержки 8 поступает на вход первого инвертора 21 сигнала, а с его выхода - на вход первого аттенюатора 23. С выхода аттенюатора 23 ослабленный сигнал левого канала поступает на электроакустический преобразователь 11 вместе с сигналом правого канала с выхода ЛЗ 9. Сигнал правого канала с выхода линии задержки 9 поступает также на вход второго инвертора 22 сигнала, а с его выхода - на вход второго аттенюатора 24. С выхода аттенюатора 24 ослабленный сигнал правого канала поступает на электроакустический преобразователь 10 вместе с сигналом левого канала с выхода ЛЗ 8. Таким образом, в системе обеспечивается добавление в каждом канале ослабленного и противофазного сигнала другого канала. Суммирование сигналов при этом может осуществляться либо непосредственно на входном сопротивлении электроакустических преобразователей, либо в системе могут быть добавлены сумматоры основного и дополнительного сигналов. Consider the operation of the system with the additional introduction of signal inverters and attenuators into it in accordance with the scheme already discussed above. In this case, the signal of the left channel from the output of the delay line 8 is fed to the input of the first inverter 21 of the signal, and from its output to the input of the first attenuator 23. From the output of the attenuator 23, the attenuated signal of the left channel is supplied to the electroacoustic transducer 11 together with the signal of the right channel from the output LZ 9. The signal of the right channel from the output of the delay line 9 also goes to the input of the second inverter 22 of the signal, and from its output to the input of the second attenuator 24. From the output of the attenuator 24, the attenuated signal of the right channel is sent to electroacoustic th converter 10 together with the left channel signal from the output of LZ 8. Thus, the system ensures the addition of a weakened and antiphase signal of another channel in each channel. The summation of the signals can be carried out either directly at the input impedance of the electro-acoustic transducers, or the adders of the main and additional signals can be added to the system.

Как показала экспериментальная проверка, оптимальным является использование аттенюаторов с ослаблением в диапазоне 10-20 дБ. As shown by experimental verification, the use of attenuators with attenuation in the range of 10-20 dB is optimal.

Рассмотрим, за счет чего в предлагаемой системе достигается указанный технический результат - повышение достоверности передачи звуковой картины и упрощение устройства. Consider, due to what in the proposed system the specified technical result is achieved - increasing the reliability of the transmission of the sound picture and simplifying the device.

Одним из основных отличий предлагаемой системы от рассмотренного выше наиболее близкого аналога является то, что в узле предварительной обработки сигнала производится обработка сигнала в частотной области, в то время как в системе-прототипе, как уже отмечалось, производятся интегрально-временная обработка сигнала по методу "интегральной свертки" сигнала с записанной в память импульсной характеристикой. Это отличие позволяет исключить появление в предлагаемой системе частотно-фазовых искажений сигнала, связанных с суммированием различных фрагментов сигнала, имеющих различные временные сдвиги (именно такое суммирование означает операция "свертки"). В предлагаемой системе в узле предварительной обработки происходит "перекрестное" суммирование сигналов левого и правого каналов, прошедших через фильтр нижних частот и не имеющих каких-либо временных сдвигов относительно исходных сигналов. Поэтому в этом случае не возникает искажений сигнала. Применение ФНЧ позволяет достаточно точно учесть физиологические особенности слуха человека, практически не внося искажений в исходный стереосигнал. Это есть главная причина, по которой у предлагаемой системы достигается более высокая степень достоверности передачи звуковой картины. One of the main differences between the proposed system and the closest analogue discussed above is that in the signal preprocessing unit the signal is processed in the frequency domain, while in the prototype system, as already noted, the time-integrated signal processing by the method " integral convolution of the signal with the impulse response recorded in the memory. This difference makes it possible to exclude the appearance in the proposed system of frequency-phase distortion of the signal associated with the summation of various signal fragments having different time shifts (such summation means the operation of "convolution"). In the proposed system, in the pre-processing unit there is a “cross” summation of the left and right channel signals that have passed through the low-pass filter and do not have any time shifts relative to the original signals. Therefore, in this case, there is no signal distortion. The application of the low-pass filter allows you to accurately take into account the physiological characteristics of human hearing, practically without introducing distortion into the original stereo signal. This is the main reason why the proposed system achieves a higher degree of reliability of the transmission of the sound picture.

Другой причиной достижения более высокой cтепени достоверности является использование при реализации системы вместо двух разнесенных приемников опорного сигнала одного приемника опорного сигнала, имеющего некруговую диаграмму направленности. Дело в том, что в предлагаемой системе при поворотах головы слушателя происходит изменение уровня сигнала, снимаемого с приемника опорного сигнала, при этом это изменение сигнала непосредственно связано с изменением угла поворота головы. Использование угловой диаграммы направленности приемника опорного сигнала позволяет непосредственно получить информацию об угле поворота головы слушателя, в то время как в системе-прототипе для этого требуется пересчет разности фаз сигналов двух приемников и дополнительная корректировка результата после измерения расстояния до источника импульсно-временным методом. Вероятность возникновения ошибок на любом этапе вычислений в этом случае значительно выше, в результате чего у слушателя может возникнуть неверное представление о пространственном расположении звуковых источников, то есть степень достоверности передачи звуковой картины в этом случае ниже. Another reason for achieving a higher degree of reliability is the use of a reference signal receiver having a non-circular radiation pattern instead of two spaced reference signal receivers. The fact is that in the proposed system, when the listener's head is rotated, a change in the level of the signal recorded from the receiver of the reference signal occurs, while this change in the signal is directly related to the change in the angle of rotation of the head. Using the angular radiation pattern of the receiver of the reference signal allows you to directly obtain information about the angle of rotation of the head of the listener, while in the prototype system this requires a conversion of the phase difference of the signals of the two receivers and additional adjustment of the result after measuring the distance to the source by the pulse-time method. The probability of errors at any stage of the calculations in this case is much higher, as a result of which the listener may have a wrong idea about the spatial arrangement of sound sources, that is, the degree of reliability of the transmission of the sound picture in this case is lower.

Говоря об упрощении системы, необходимо отметить, что достижение этого технического результата обеспечивается как применением ФНЧ в узле предварительной обработки, так и применением для приема опорного сигнала одного приемника (с использованием его диаграммы направленности). Как уже отмечалось, использование в системе-прототипе интегрально-временной обработки сигнала требует применения в узле предварительной обработки устройств аналогово-цифрового преобразования, цифро-аналогового преобразования, процессора цифровой обработки сигналов, блока памяти. Необходимость применения этих устройств делает систему в целом сложной и дорогостоящей. Speaking about the simplification of the system, it should be noted that the achievement of this technical result is ensured both by the application of the low-pass filter in the pre-processing unit and by the use of a single receiver for receiving the reference signal (using its radiation pattern). As already noted, the use of integrated-temporal signal processing in the prototype system requires the use of analog-to-digital conversion, digital-to-analog conversion, digital signal processing processor, and a memory unit in the preliminary processing unit. The need to use these devices makes the system as a whole complex and expensive.

В отличие от этого в предлагаемой системе в узле предварительной обработки используются простейшие аналоговые фильтры и сумматоры, состоящие буквально из нескольких радиоэлементов, хотя при этом достигается полная имитация используемых особенностей слуха. Это является причиной резкого упрощения системы и, соответственно, снижения ее себестоимости. In contrast, in the proposed system, the preprocessing unit uses the simplest analog filters and adders consisting of literally several radio elements, although a complete imitation of the used hearing features is achieved. This is the reason for the drastic simplification of the system and, accordingly, the reduction of its cost.

Применение одного приемника опорного сигнала с использованием его диаграммы направленности также упрощает систему, поскольку значительно упрощается устройство определения угла поворота головы слушателя. The use of one receiver of the reference signal using its radiation pattern also simplifies the system, since the device for determining the angle of rotation of the head of the listener is greatly simplified.

В качестве дополнительного технического результата необходимо отметить повышение надежности как узла предварительной обработки сигнала, так и устройства определения угла поворота головы слушателя. За счет этого повышается надежность системы в целом. As an additional technical result, it should be noted that the reliability of both the signal preprocessing unit and the device for determining the angle of rotation of the head of the listener is increased. Due to this, the reliability of the system as a whole is increased.

При использовании в системе в качестве излучателя и приемника опорного сигнала излучателя и приемника электромагнитных волн отличного от световых волн вида (такая возможность отмечалась выше), возникает дополнительный технический результат - становится возможным использование системы при наличии препятствий между излучателем опорного сигнала и слушателем, например, при нахождении слушателя в другом помещении. When using a system other than light waves as the emitter and receiver of the electromagnetic signal in the system as the emitter and the receiver (this possibility was noted above), an additional technical result arises - it becomes possible to use the system in the presence of obstacles between the emitter of the reference signal and the listener, for example, when the listener is in another room.

При установке источника опорного сигнала неподвижно относительно тела слушателя (такая возможность уже рассматривалась выше), также возникает дополнительный технический результат - а именно, возможность "мобильного" использования системы, то есть в случае, если слушатель передвигается, например, находясь в дороге и т.п. When installing the source of the reference signal motionless relative to the body of the listener (this possibility has already been considered above), an additional technical result also arises - namely, the possibility of "mobile" use of the system, that is, if the listener moves, for example, while traveling, etc. P.

В варианте системы с использованием дополнительно введенных инверторов сигнала и аттенюаторов достигается дополнительное увеличение "эффекта присутствия" и достоверности звучания при прослушивании системы. In a variant of the system, using additionally introduced signal inverters and attenuators, an additional increase in the "presence effect" and sound reliability when listening to the system is achieved.

Claims (6)

1. Система для воспроизведения акустического стереосигнала, содержащая источник акустического стереосигнала, узел предварительной обработки стереосигнала, причем выходы левого и правого каналов источника стереосигнала подключены ко входам узла предварительной обработки стереосигнала, устройство регулируемой задержки сигналов левого и правого каналов, входы которого подключены к выходам узла предварительной обработки сигнала, устройства воспроизведения звуковых сигналов левого и правого каналов - электроакустические преобразователи, подключенные к выходам устройства регулируемой задержки, а также источник опорного сигнала, установленный таким образом, что его положение в пространстве не зависит от положения головы слушателя, приемник опорного сигнала, установленный неподвижно относительно головы слушателя, и устройство определения углового положения головы слушателя, причем выход приемника опорного сигнала подключен ко входу устройства определения углового положения слушателя, а выход этого устройства подключен к регулирующему входу устройства регулируемой задержки, при этом обеспечивается изменение разности времени задержки сигналов левого и правого каналов при изменении углового положения головы слушателя, соответствующее естественному закону изменения времени задержки при прослушивании реальных звуковых источников, отличающаяся тем, что узел предварительной обработки стереосигнала выполнен в виде первого и второго фильтров нижних частот (ФНЧ) и первого и второго двухвходовых сумматоров, причем вход первого ФНЧ и первый вход первого сумматора соединены между собой и являются входом левого канала узла предварительной обработки сигнала, вход второго ФНЧ и первый вход второго сумматора соединены между собой и являются входом правого канала узла предварительной обработки сигнала, выход первого ФНЧ подключен ко второму входу второго сумматора, выход второго ФНЧ подключен ко второму входу первого сумматора, а выходы первого и второго сумматоров являются выходами левого и соответственно, правого каналов узла предварительной обработки стереосигнала. 1. A system for reproducing an acoustic stereo signal containing an acoustic stereo signal source, a stereo signal preprocessing unit, the outputs of the left and right channels of the stereo signal source being connected to the inputs of the stereo signal preprocessing unit, an adjustable delay signal of the left and right channels, the inputs of which are connected to the outputs of the preliminary node signal processing device for reproducing sound signals of the left and right channels - electro-acoustic conversion spruce connected to the outputs of the adjustable delay device, as well as a source of the reference signal, set in such a way that its position in space does not depend on the position of the head of the listener, a reference signal receiver mounted stationary relative to the head of the listener, and a device for determining the angular position of the head of the listener, the output of the reference signal receiver is connected to the input of the device for determining the angular position of the listener, and the output of this device is connected to the regulatory input of the device oh delay, this ensures a change in the delay time difference of the left and right channel signals when the angular position of the listener’s head changes, corresponding to the natural law of the delay time when listening to real sound sources, characterized in that the stereo signal preprocessing unit is made in the form of the first and second lower filters frequencies (low-pass filter) and the first and second two-input adders, and the input of the first low-pass filter and the first input of the first adder are interconnected and are inputs the house of the left channel of the signal preprocessing unit, the input of the second LPF and the first input of the second adder are connected to each other and are the input of the right channel of the signal preprocessing unit, the output of the first LPF is connected to the second input of the second adder, the output of the second LPF is connected to the second input of the first adder, and the outputs of the first and second adders are the outputs of the left and, respectively, right channels of the stereo signal preprocessing unit. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник опорного сигнала выполнен в виде излучателя электромагнитных волн, а приемник опорного сигнала - в виде приемника электромагнитных волн, имеющего некруговую диаграмму направленности и установленного на голове слушателя таким образом, что в положении головы слушателя в направлении на центр звуковой картины направление максимума диаграммы направленности приемника электромагнитных волн не совпадает с направлением на излучатель электромагнитных волн. 2. The system according to claim 1, characterized in that the reference signal source is made in the form of an electromagnetic wave emitter, and the reference signal receiver is in the form of an electromagnetic wave receiver having a non-circular radiation pattern and mounted on the listener’s head in such a way that the listener’s head is in position in the direction to the center of the sound picture, the direction of the maximum radiation pattern of the receiver of electromagnetic waves does not coincide with the direction of the emitter of electromagnetic waves. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник опорного сигнала установлен неподвижно относительно туловища слушателя. 3. The system according to claim 1, characterized in that the source of the reference signal is fixedly mounted relative to the body of the listener. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что электроакустические преобразователи выполнены в виде головных телефонов. 4. The system according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers are made in the form of headphones. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены первый и второй инверторы сигнала, а также первый и второй аттенюаторы, причем входы первого и второго инверторов подключены, соответственно, к выходам левого и правого каналов устройства регулируемой задержки, выходы первого и второго инверторов подключены, соответственно, ко входам первого и второго аттенюаторов, при этом выход первого аттенюатора подключен к электроакустическому преобразователю правого канала, а выход второго аттенюатора подключен к электроакустическому преобразователю левого канала. 5. The system according to claim 1, characterized in that the first and second signal inverters, as well as the first and second attenuators are additionally introduced into it, and the inputs of the first and second inverters are connected, respectively, to the outputs of the left and right channels of the adjustable delay device, the outputs the first and second inverters are connected, respectively, to the inputs of the first and second attenuators, while the output of the first attenuator is connected to the electro-acoustic transducer of the right channel, and the output of the second attenuator is connected to the electro-acoustic who left channel converter. 6. Система по п. 2, отличающаяся тем, что излучатель электромагнитных волн выполнен в виде светоизлучателя, а приемник электромагнитных волн выполнен в виде фотоприемника. 6. The system according to p. 2, characterized in that the emitter of electromagnetic waves is made in the form of a light emitter, and the receiver of electromagnetic waves is made in the form of a photodetector.
RU97114612A 1997-09-05 1997-09-05 System reproducing acoustic stereosignal RU2109412C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97114612A RU2109412C1 (en) 1997-09-05 1997-09-05 System reproducing acoustic stereosignal
AU15142/99A AU1514299A (en) 1997-09-05 1998-09-04 Acoustic signal reproducing apparatus
PCT/RU1998/000355 WO1999014735A2 (en) 1997-09-05 1998-09-04 Acoustic signal reproducing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97114612A RU2109412C1 (en) 1997-09-05 1997-09-05 System reproducing acoustic stereosignal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2109412C1 true RU2109412C1 (en) 1998-04-20
RU97114612A RU97114612A (en) 1998-08-27

Family

ID=20196750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97114612A RU2109412C1 (en) 1997-09-05 1997-09-05 System reproducing acoustic stereosignal

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1514299A (en)
RU (1) RU2109412C1 (en)
WO (1) WO1999014735A2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523961C2 (en) * 2009-02-13 2014-07-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Head position monitoring
RU2525109C2 (en) * 2009-06-05 2014-08-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Surround sound system and method therefor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1341398B1 (en) * 2002-02-21 2004-12-15 Siemens Aktiengesellschaft Portable audio system
WO2007119058A1 (en) * 2006-04-19 2007-10-25 Big Bean Audio Limited Processing audio input signals

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5419242B2 (en) * 1973-06-22 1979-07-13
JP2964514B2 (en) * 1990-01-19 1999-10-18 ソニー株式会社 Sound signal reproduction device
JPH0795698A (en) * 1993-09-21 1995-04-07 Sony Corp Audio reproducing device
GB9326092D0 (en) * 1993-12-21 1994-02-23 Central Research Lab Ltd Apparatus and method for audio signal balance control

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523961C2 (en) * 2009-02-13 2014-07-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Head position monitoring
RU2525109C2 (en) * 2009-06-05 2014-08-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Surround sound system and method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999014735A3 (en) 1999-12-02
WO1999014735A2 (en) 1999-03-25
AU1514299A (en) 1999-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10038963B2 (en) Speaker device and audio signal processing method
US5696831A (en) Audio reproducing apparatus corresponding to picture
US4817149A (en) Three-dimensional auditory display apparatus and method utilizing enhanced bionic emulation of human binaural sound localization
CA2295092C (en) System for producing an artificial sound environment
EP1680941B1 (en) Multi-channel audio surround sound from front located loudspeakers
KR100608025B1 (en) Method and apparatus for simulating virtual sound for two-channel headphones
Steinberg et al. Auditory perspective—Physical factors
US8175292B2 (en) Audio signal processing
US3892624A (en) Stereophonic sound reproducing system
JP2708105B2 (en) In-vehicle sound reproduction device
US4069394A (en) Stereophonic sound reproduction system
EP1283658A2 (en) Multi channel audio reproduction system
JP2003510924A (en) Sound directing method and apparatus
JP5776597B2 (en) Sound signal processing device
US4847904A (en) Ambient imaging loudspeaker system
RU2109412C1 (en) System reproducing acoustic stereosignal
JP2671329B2 (en) Audio player
US6178247B1 (en) Headphone apparatus
US4394535A (en) Split phase stereophonic sound synthesizer
JPS58155377A (en) Position detector
JPH0662486A (en) Acoustic reproducing device
JPS603297A (en) Variable directivity speaker for small sized stereo equipment
JPH07107598A (en) Sound image expanding device
JPS5944198A (en) Headphone device
JP2001095085A (en) Acoustic reproduction system, loudspeaker system and loudspeaker installation method