RU2589377C2 - Система и способ для воспроизведения звука - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам для воспроизведения аудио сигнала. Технический результат заключается в повышении гибкости расположения громкоговорителей, увеличении уровня звукового давления и увеличении качества пространственного ощущения. Система содержит первую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению; и вторую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления. Компоновки, в частности, могут представлять собой громкоговорители, расположенные в заданных положениях. Схема возбуждения генерирует первый сигнал возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второй сигнал возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала. Первое положение и второе положение расположены на конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления. Можно добиться более гибкого расположения громкоговорителей. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе и способу для воспроизведения звука и, в частности, но не исключительно, к системе воспроизведения объемного звука, например, для применения в домашних кинотеатрах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Системы пространственного звучания, предоставляющие улучшенное пространственное ощущение с помощью традиционных стерео- или моносистем, стали очень популярными. Например, системы объемного звучания с пятью или семью пространственными каналами (часто в дополнение к одному или двум каналам низкочастотных эффектов (LFE)) стали очень популярны для применений, таких как системы домашнего кинотеатра.

Во многих ситуациях желательно иметь громкоговорители с маленьким форм-фактором. Однако маленький размер неизменно влияет на амплитуду и чувствительность на низких частотах при воспроизведении звука. По существу, типично имеет место компромисс между качеством аудио и физическим форм-фактором для громкоговорителей. Вдобавок, системы пространственного звучания часто усугубляют проблемы, поскольку они не только склонны к использованию большего числа громкоговорителей, но также ограничивают степень свободы в отношении их размещения, поскольку положение источника звука имеет значение для пространственного восприятия.

Например, системы объемного звука, такие как системы домашнего кинотеатра, используют множество громкоговорителей для создания ощущения с погружением в звук, схожего с таковым в полноразмерном кинотеатре. Для наиболее убедительного ощущения с погружением в звук все громкоговорители должны быть способны к воспроизведению широкополосного аудио. Кроме того, громкоговорители должны быть расположены в подходящих положениях для того, чтобы обеспечивать желаемое пространственное ощущение. Для этого необходимы большие громкоговорители, которые часто некрасивы и их сложно расположить в помещении. Многие потребители находят, что дополнительные громкоговорители предоставляют слишком много помех. Следовательно желательно уменьшить размер некоторых или всех громкоговорителей так, чтобы они были меньше заметны и их можно было более легко встроить в помещение. В частности, тыловые громкоговорители часто считаются неудобными с точки зрения размера и расположения. Однако с уменьшением размеров громкоговорителей также снижается эффективность на низких частотах и максимальный уровень звукового давления (SPL), достижимые при заданной частоте.

Для решения таких проблем в большинстве систем домашнего кинотеатра используют компоновку сателлитного сабвуфера, где сателлиты представляют собой почти широкополосные устройства воспроизведения звука, и сабвуфер усиливает только самые нижние частоты. Компоновки сателлитных сабвуферов типично требуют, чтобы частота разделения от сабвуфера к сателлитным громкоговорителям была как можно ниже. В окружении помещения сложно определить местоположение низкочастотных (<120 Гц) источников звука. Это делает возможным почти свободное размещение сабвуфера в помещении. Если частота разделения слишком высока (выше 120 Гц), акустические сигналы определения местоположения, относящиеся к сабвуферу, становятся очевидными, что позволяет легче определить местоположение низкочастотного источника. Для хорошего качества звука и эффектов правильной стереофонической образности, сателлиты должны быть, следовательно, способны на почти широкополосное воспроизведение звука. Если сателлиты не способны покрывать полный диапазон аудио от 120 Гц до 20 кГц, система является компромиссной. Разработчик может выбрать или оставить пропуск в частотной характеристике системы от 120 Гц до нижней граничной частоты сателлитных громкоговорителей, или увеличить частоту разделения до сабвуфера. Оба эти компромисса ухудшают качество аудио и ощущение прослушивания с погружением.

Таким образом, во многих сценариях компромиссы между размером и расположением громкоговорителей с одной стороны и качеством аудио и пространственным ощущением с другой стороны обычно бывают субоптимальными.

Таким образом, будет полезна усовершенствованная система воспроизведения звука и, в частности, будет полезна система, предусматривающая повышенную гибкость, увеличенную свободу в расположении громкоговорителей, улучшенное качество аудио, увеличенные уровни звукового давления, улучшенное пространственное ощущение и/или улучшенную эффективность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, изобретение стремится предпочтительно уменьшить, смягчить или устранить один или несколько указанных выше недостатков по отдельности или в любой комбинации.

Согласно одному из аспектов изобретения предоставлена система воспроизведения звука для воспроизведения аудио сигнала, происходящего из первого направления относительно номинального положения и номинальной ориентации слушателя, система воспроизведения звука содержит: первую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению; вторую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; схему возбуждения для генерации первого сигнала возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второго сигнала возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала; причем первое положение и второе положение расположены на конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Изобретение может во многих вариантах осуществления обеспечивает улучшенное качество звука и желаемое восприятие источника пространственного звучания, при этом предоставляя дополнительную гибкость в отношении местоположения преобразователей звука. В частности, это может позволять комбинировать множество преобразователей звука с одним преобразователем звука, доминирующим в пространственном восприятии, при этом другой(ие) источник(и) звука, расположенные в другом положении, значительно улучшают качество аудио без значительного влияния на пространственное восприятие.

В пространственном восприятии слушателя в номинальном положении и ориентированного в номинальном направлении может доминировать звук от первой компоновки преобразователя звука, при этом звук от второй компоновки преобразователя может доминировать или значительно воздействовать на качество аудио, воспринимаемого слушателем.

Изобретение может во многих вариантах осуществления давать возможность улучшенного компромисса между двумя или более из качества аудио, уровней звукового давления, пространственного восприятия, форм-фактора и расположения компоновки преобразователя звука.

Подход можно применять во многих других применениях, включая, например, воспроизведение звука для дисплеев с плоским экраном, таких как телевизоры или мониторы с плоским экраном, компьютерные мультимедийные громкоговорители, автомобильные аудио системы или применения в домашних кинотеатрах.

Конус смешения звуков представляет собой конус в трехмерном пространстве, в котором интерауральные разницы во времени (ITD) и интерауральные разницы уровней (ILD) достаточно близки, чтобы не предоставлять значительно отличающиеся пространственные акустические сигналы пользователю, расположенному в исходной точке конуса. Конус смешения звуков представляет относительное расположение положения прослушивания (и ориентации), первого положения и второго положения, результатом чего являются значения ITD и ILD для первого и второго положения, которые являются по существу одинаковыми в положении прослушивания (и ориентации). Таким образом, конус смешения звуков для конкретного расположения может быть определен для заданного первого положения и положения и ориентации прослушивания или эквивалентно для заданного второго положения и положения и ориентации прослушивания.

Конус смешения звуков может брать начало из номинального положения и содержать все пространственные координаты, для которых ITD составляет менее 10% от средней задержки пути звука из этого положения в номинальное положение, и ILD составляет менее 10% от среднего уровня в номинальном положении. В частности, конус смешения звуков может представлять собой набор положений, для которых задержка аудио пути меняется не более чем на 50 мкс и потери на пути меняются не более чем на 1 дБ. Во многих вариантах осуществления, конус смешения звуков может расширяться вплоть до 5°, или в некоторых случаях даже до 10°, от идеального конуса, для которого ILD и ITD идентичны.

Воспроизведение звука, например, может представлять собой систему объемного звука и аудио сигнал может представлять собой пространственный канал для сигнала объемного звука, такого как сигнал переднего левого или правого канала или сигнал объемного звучания или тылового левого или правого канала.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения, чтобы соответствовать диапазону более высоких частот аудио сигнала, чем второй сигнал возбуждения.

Это может обеспечивать особенно предпочтительные эксплуатационные характеристики во многих вариантах осуществления. В частности, это может часто предоставлять предпочтительную компоновку, где в пространственном восприятии доминирует компоновка первого преобразователя, которая может быть очень маленькой, при этом позволяя доминировать над качеством аудио диапазонов более низких и средних частот второй компоновке преобразователя, которая может иметь увеличенный форм-фактор относительно компоновки первого преобразователя, и которую можно размещать более гибко. В действительности, пространственное положение можно определять посредством компоновки первого преобразователя, тем самым давая возможность значительно более высокой гибкости в расположении возможно более крупной второй компоновки преобразователя более дискретно. В действительности, подход во многих вариантах осуществления может создавать иллюзию широкополосного звука, идущего из маленького громкоговорителя, который сам по себе не способен испускать низкие частоты.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, по меньшей мере одна из первой компоновки преобразователя звука и второй компоновки преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный в первом положении и втором положении соответственно.

Это может предоставить возможность практичной реализации низкой сложности.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, система воспроизведения звука дополнительно содержит третью компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из третьего положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и при этом схема возбуждения выполнена с возможностью дополнительно генерировать третий сигнал возбуждения для третьей компоновки преобразователя звука из аудио сигнала.

Это может обеспечивать улучшенное качество звука во многих вариантах осуществления, и может обеспечивать высокую степень гибкости в компромиссе между положениями преобразователя звука, качеством аудио и пространственным ощущением.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, систему воспроизведения звука выполнена с возможностью воспроизводить дополнительный аудио сигнал, происходящий из второго направления относительно номинального положения и номинальной ориентации, и система воспроизведения звука дополнительно содержит: третью компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из третьего положения, соответствующего второму направлению; и при этом схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения посредством комбинации по меньшей мере некоторых составляющих сигнала первого аудио сигнала и второго аудио сигнала и для того, чтобы генерировать третий сигнал возбуждения для третьего преобразователя звука из второго аудио сигнала.

Это может обеспечивать особенно эффективный подход с высокими эксплуатационными характеристиками для предоставления множества положений источника пространственного звучания. В действительности, вторую компоновку преобразователя звука можно повторно использовать для других положений, причем каждое положение требует только одну дополнительную компоновку преобразователя, которая типично может представлять собой маленький громкоговоритель с диапазоном более высоких частот, причем диапазоны более низких частот предоставляют посредством одно совместно используемого более крупного громкоговорителя, расположенного в удобном положении. Первый и второй аудио сигналы могут представлять собой, например, различные аудио сигналы сигнала объемного звука, такие как сигнал левого переднего и тылового звука или сигнал правого переднего и тылового звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения и второй сигнал возбуждения так, что звук от второй компоновки преобразователя достигает номинального положения с задержкой между 1 мс и 50 мс относительно звука из компоновки первого преобразователя.

Это может обеспечивать увеличенное доминирование компоновки первого преобразователя для предоставления пространственных акустических сигналов слушателю. Относительные задержки между звуком из двух компоновок преобразователей звука можно определять относительно аудио сигнала. Например, их можно определять как временную разницу в номинальном положении для составляющих сигнала, которые являются одновременными в аудио сигнале. Подход может использовать эффект предшествования для того, чтобы дополнительно акцентировать пространственные акустические сигналы от первой компоновки преобразователя звука относительно пространственных акустических сигналов от второй компоновки преобразователя звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, схема возбуждения выполнена с возможностью регулировать по меньшей мере одну из разницы уровней и временной разницы между первым сигналом возбуждения и вторым сигналом возбуждения, чтобы компенсировать разницу расстояний между аудио путем от первой компоновки преобразователя звука до номинального положения и аудио путем от второй компоновки преобразователя звука до номинального положения.

Это может обеспечивать улучшенные эксплуатационные характеристики и/или увеличенную гибкость в расположении компоновок преобразователей звука. Например, взаимодействующие громкоговорители могут быть расположены на различных расстояниях от положения прослушивания без изменения расстояния, что ведет к неприемлемому ухудшению.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, система воспроизведения звука дополнительно содержит средство регулировки, выполненное с возможностью принимать входной сигнал от микрофона, расположенного в номинальном положении, и регулировать по меньшей мере одну из временной разницы и разницы уровней в ответ на сигнал микрофона.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную адаптацию, которая ведет к улучшенным эксплуатационным характеристикам во многих сценариях.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, аудио сигнал представляет собой пространственный канал сигнала объемного звука, и схема возбуждения дополнительно выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения в ответ на второй пространственный канал сигнала объемного звука.

Это может обеспечивать особенно эффективное воспроизведение объемного звука. Подход может допускать возможно более крупную компоновку громкоговорителя для предоставления качества аудио в диапазоне частот от низких до средних, подлежащую комбинации с маленькими громкоговорителями более высоких частот, которые предоставляют доминирующие пространственные акустические сигналы. Аудио сигнал, например, может представлять собой левый или правый тыловой канал объемного звучания со вторым пространственным каналом, представляющим собой соответствующий передний канал. Таким образом, одну и ту же вторую компоновку преобразователя звука можно совместно использовать для переднего и тылового канала объемного звучания, тем самым снижая число необходимых отдельных преобразователей звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью испускать направленный звук, достигающий номинального положения в первом направлении через по меньшей мере одно отражение.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную установку во многих вариантах осуществления. В частности, она может обеспечивать дополнительную гибкость в расположении первой компоновки преобразователя звука относительно желаемого положения воспринимаемого источника звука. Во многих вариантах осуществления она может позволять располагать первую и вторую компоновки преобразователей звука перед пользователем, при этом обеспечивая восприятие звука, берущего начало сбоку или сзади от пользователя.

В некоторых вариантах осуществления первое и второе положения имеют горизонтальную разницу не более чем 50 см.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью генерировать виртуальный источник звука в первом положении; и вторая компоновка преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный во втором положении.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную реализацию во многих вариантах осуществления. В частности, она может обеспечивать дополнительную гибкость в расположении первой компоновки преобразователя звука относительно желаемого положения воспринимаемого источника звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, вторая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью генерировать виртуальный источник звука во втором положении; и первая компоновка преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный в первом положении.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную реализацию во многих вариантах осуществления. В частности, она может обеспечивать дополнительную гибкость в расположении второй компоновки преобразователя звука относительно желаемого положения воспринимаемого источника звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, второе положение является таким, что угол между направлением, соответствующим второму положению, и первым направлением составляет не менее 20°, или в действительности в некоторых случаях предпочтительно не менее чем 30° или даже 45°.

В некоторых вариантах осуществления расстояние между первым положением и вторым положение составляет не менее чем 1 метр или в некоторых случаях даже 2 или 3 метра.

Подход может допускать очень важные различия в положении различных компоновок преобразователей звука. В действительности, подход может позволять располагать два громкоговорителя далеко друг от друга, но в то же время комбинируя для того, чтобы обеспечивать высокое качество аудио и воспринимаемое одно положение источника звука. Увеличенная гибкость в расположении источников звука может быть достигнута, и подход может позволять располагать по меньшей мере вторую компоновку преобразователя звука дискретно на некотором расстоянии от желаемого направления источника пространственного звучания, воспринимаемого слушателем в номинальном положении.

Согласно одному из аспектов по изобретению предоставлен способ воспроизведения аудио сигнала, происходящего из первого направления относительно номинального положения и номинальной ориентации слушателя, способ содержит: генерацию первого сигнала возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второго сигнала возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала; первая компоновка преобразователя звука генерирует звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению; вторая компоновка преобразователя звука генерирует звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и при этом первое положение и второе положение располагают на конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества по изобретению будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные в настоящем документе далее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг. 1 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 2 проиллюстрирован пример установки источника звука для системы домашнего кинотеатра с объемным звуком;

на фиг. 3 проиллюстрирован пример конуса смешения звуков для слушателя;

на фиг. 4 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 5 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 6 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 7 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 8 проиллюстрирован пример установки громкоговорителей;

на фиг. 9 проиллюстрирован пример элементов системы для генерации виртуального источника звука;

на фиг. 10 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и

на фиг. 11 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующее описание сосредоточено на вариантах осуществления изобретения, применимых к системе воспроизведения объемного звука и, в частности, к системе воспроизведения звука для применения в домашних кинотеатрах. Однако следует принимать во внимание, что изобретение не ограничено этим применением, но может быть применено ко многим другим системам воспроизведения звука и во многих других сценариях использования.

На фиг. 1 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. На фиг. 1 в частности проиллюстрированы элементы, ассоциированные с воспроизведением одного моно аудио сигнала, который, например, может представлять собой один пространственный канал системы объемного звука. Таким образом, система воспроизведения звука дополнительно может содержать другую функциональность для воспроизведения других каналов системы объемного звука и в частности для воспроизведения других пространственных каналов. Также будет оценено, что функциональность на фиг.1 можно соответствующим образом также использовать для воспроизведения звука для других каналов.

Система на фиг. 1 содержит входную схему 101, которая принимает аудио сигнал. Аудио сигнал, например, может представлять собой аудио сигнал объемного звука, который, например, может содержать пять или семь пространственных каналов вместе с возможно одним или двумя совместно используемыми каналами низкочастотных эффектов (LFE). Входная схема 101 может принимать входной аудио сигнал от любого подходящего внутреннего или внешнего источника.

Входная схема 101 соединена со схемой 103 возбуждения, которая в этом примере представляет собой одноканальную схему возбуждения. Таким образом, входная схема 101 предоставляет аудио сигнал от одного из каналов пространственного объемного звука на схему 103 возбуждения. Например, элементы на фиг. 1 могут быть скомпонованы для того, чтобы воспроизводить, скажем, (тыловой или боковой) левый канал объемного звучания сигнала объемного звука.

Звук воспроизводят посредством первого и второго преобразователей звука, которые в конкретном примере представляют собой стандартные громкоговорители 105, 107. Схема 103 возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения для первого громкоговорителя 105 и второй сигнал возбуждения для второго громкоговорителя из аудио сигнала. Таким образом, в конкретном примере левый тыловой звук воспроизводят посредством комбинации двух громкоговорителей 105, 107. Для того чтобы обеспечить подходящее пространственное ощущение, важно, чтобы воспроизводимый звук воспринимался как исходящий в подходящем направлении в заданном положении прослушивания.

На фиг. 2 проиллюстрирован пример установки типичной системы для системы воспроизведения пространственного звука с пятью каналами объемного звука, такой как система домашнего кинотеатра. Система содержит центральный источник звука 201, предоставляющий центральный передний канал, левый передний источник звука 203, предоставляющий левый передний канал, правый передний источник звука 205, предоставляющий правый передний канал, левый тыловой источник звука 207, предоставляющий левый тыловой канал, и правый тыловой источник звука 209, предоставляющий правый тыловой канал. Пять источников звука 201-209 вместе обеспечивают ощущение пространственного звучания в положении прослушивания 211 и позволяют слушателю в этом местоположении испытывать ощущение с погружением в объемный звук. Таким образом, типичные системы объемного звука имеют установки для того, чтобы предоставлять подходящее пространственное ощущение слушателю, который расположен в номинальном или эталонном положении и имеет номинальную или эталонную ориентацию, т.е. в установке на фиг. 2 слушателя считают повернутым лицом к центральному переднему каналу источник звука 201.

Следует принимать во внимание, что номинальные (или эталонные) положение и ориентация на зависят от какого-либо конкретного присутствующего слушателя или присутствующих слушателей, присутствующих в других положениях. Скорее номинальное положение и ориентация являются признаком системы/установки. Номинальное положение и ориентация могут в частности представлять положение и ориентацию, для которых оптимизировано пространственное ощущение.

Требование к громкоговорителям быть распложенными в частности сбоку от или позади положения прослушивания типично считают неблагоприятным, поскольку это не только требует располагать дополнительные громкоговорители в неудобных положениях, но также требует соединять их с возбуждающим источником, таким как типично усилитель мощности домашнего кинотеатра. В типичной установке системы провода должны идти от источников объемного звука к усилительному блоку, который типично располагают близко к передним источникам звука. Кроме того, для того, чтобы достичь желаемого качества аудио, обоснованно большой форм-фактор типично необходим для всех громкоговорителей, выполняющих функцию источников звука. Для того чтобы уменьшить или смягчить воспринимаемые недостатки, желательно иметь как можно больше свободы в расположении громкоговорителей, которые обеспечивают воспроизведение звука. Однако, этому желанию типично противопоставлено требование того, что конкретное пространственное ощущение должно быть предоставлено в номинальном положении.

В подходе на фиг. 1 увеличенной гибкости в расположении громкоговорителей 105, 107 достигают посредством позволения располагать два громкоговорителя 105, 107 отдельно, при этом гарантируя, что пространственное восприятие преимущественно будет генерировать первый громкоговоритель 105. В частности, первый громкоговоритель 105 располагают так, что звук от него достигает номинального положения в желаемом направлении, ассоциированном с пространственным каналом. В частности, первый громкоговоритель 105 располагают так, что звук от него достигает номинального положения прослушивания в направлении, соответствующем желаемому положению левого источника объемного звука.

Второй громкоговоритель 107 располагают в другом положении, и он не ограничен положением, где звук достигает номинального положения в направлении от желаемого положения источника пространственного звучания. Точнее подход позволяет располагать второй громкоговоритель 107 с большей свободой. Это может быть особенно полезным, например, если второй громкоговоритель по существу больше, чем первый громкоговоритель 105, поскольку он может позволить располагать второй громкоговоритель 107 более дискретно.

Однако, ни один из первого и второго громкоговорителей 105, 107 не располагают полностью свободно, а скорее ограничивают положениями, которые по отношению друг к другу попадают в конус смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Слуховая система человека использует интерауральные разницы во времени (ITD), интерауральные разницы уровней (ILD) и спектральные акустические сигналы для того, чтобы определять местоположение источников звука. Спектральные акустические сигналы в целом проявляются при высоких частотах, где форма наружного уха начинает влиять на рассеивание звука. При более низких частотах, типично ниже 3 кГц, ITD и ILD представляют собой основные способы определения местоположения. ITD и ILD представляют собой результат различных акустических путей, пройденных звуком, чтобы достичь одного из ушей. При низких частотах (от 20 до 500 Гц) интенсивность звука приблизительно равна в обоих ушах и ITD представляет собой доминирующий способ определения местоположения. ITD представляет собой разницу во времени прибытия источника звука в каждое ухо типично в связи с разницей в длине пути. С увеличением частоты голова начинает действовать как акустическая тень, и интенсивность звука в различных частях головы зависит от местоположения источника. Этот эффект акустического затенения является источником разницы в интенсивностях в ушах. Источники звука, расположенные в различных относительных положениях относительно головы, ведут к комбинации зависящих от угла акустических сигналов ITD и ILD. В связи с приблизительной симметрией головы, для большинства направлений источников, ITD и ILD источника звука не уникальны для этого конкретного угла подъема и азимута. Без дополнительной спектральной информации слушателю сложно различать, поступает ли источник из одного или другого местоположения при одинаковых ITD и ILD. Положение точек, для которых источник звука обладает одинаковыми ITD и ILD, известно как конус смешения, как проиллюстрировано посредством примера на фиг. 3.

Конус смешения звуков, таким образом, представляет относительное расположение положения прослушивания (и ориентации), и положение источника звука, которое ведет к значениям ITD и ILD для первого и второго положения, которые по существу одинаковы для номинального пользователя в положении прослушивания (и ориентации). Следует принимать во внимание, что конус смешения не просто определен положением прослушивания (и ориентацией), а положением прослушивания (и ориентацией) и по меньшей мере одной точкой на конусе смешения. Таким образом, конус смешения определяет относительный набор положений для источников звука, так что если одно положение источника звука определяют (вместе с положением и ориентацией прослушивания), также определяют соответствующий конус смешения звуков, для которого значения ITD и ILD по существу одинаковы.

Во многих случаях конус смешения может представлять собой помеху, в частности при прослушивании в наушниках, для которого хорошо известна проблема фронтально-тылового обращения. Однако в системе на фиг. 1 этот феномен активно используют для расположения двух взаимодействующих громкоговорителей в различных положениях, при этом все еще позволяя воспринимать их как происходящие из одного желаемого положения источника звука. Таким образом, система на фиг. 1 может использовать конус смешения для создания сильных и устойчивых слуховых иллюзий.

В действительности, поскольку слуховой системе сложно интерпретировать местоположение источника звука на конусе смешения, этот эффект активно используют для того, чтобы маскировать местоположение громкоговорителя. Например, если низкочастотный громкоговоритель располагают в одном местоположении, а второй высокочастотный громкоговоритель («пищалку») располагают в другом положении на конусе смешения, создаваемом за счет положения низкочастотного динамика и положения и ориентации прослушивания, можно создавать иллюзию того, что широкополосный звук идет полностью из «пищалки».

В частности, «пищалка» может воспроизводить высокочастотное содержимое, которое затем фильтруют на его акустическом пути голова и наружное ухо слушателя. Это дает спектральную сигнатуру, уникальную для местоположения «пищалки», позволяя легко определить местоположение «пищалки». На низких частотах ITD и ILD согласуются с любым положением на конусе смешения. Местоположение низкочастотного громкоговорителя не наделяет низкочастотный сигнал значимым спектральным профилем и, следовательно, сложно определить местоположение точно на конусе смешения. Отсутствие уникально идентифицируемого местоположения более низкочастотного громкоговорителя позволяет слуховой системе объединять два источника звука, создавая один широкополосный слуховой образ в местоположении «пищалки». Эта слуховая иллюзия является очень сильной, поскольку акустические сигналы определения местоположения полностью согласуются с целевым местоположением источника звука (местоположением «пищалки»).

Таким образом, конус смешения звуков в таком примере можно задавать посредством положения низкочастотного динамика и положения и ориентации прослушивания, тем самым определяя набор подходящих положений для высокочастотного динамика. Эквивалентно, конус смешения звуков можно задавать посредством положения высокочастотного динамика и положения и ориентации прослушивания, тем самым определяя набор подходящих положений для низкочастотного динамика.

Конус смешения звуков, таким образом, можно рассматривать соответствующим этим относительным положениями в пространстве, для которого межвременная разница и разница уровней между ушами (номинального) слушателя достаточно малы для того, чтобы не обеспечивать по существу различающиеся пространственные акустические сигналы в положении прослушивания. В частности, конус смешения звуков типично может соответствовать пространственным положениям, для которых ITD меняется не более 50 мкс и ILD не более 2 дБ. Таким образом, конус смешения звуков в некоторых вариантах осуществления может в частности определять набор положений, для которых задержка аудио пути меняется не более чем на 50 мкс и разница потерь на пути меняется не более чем на 1 дБ. В некоторых вариантах осуществления конус смешения может содержать пространственные положения, для которых ITD составляет менее чем 10% от средней задержки пути звука от положений к номинальному положению прослушивания и для которых ILD составляет менее чем 10% от среднего уровня в номинальном положении.

Такие требования приведут к характеристикам ILD и ITD, воспринимаемым соответствующими одному и тому же положению. В этом случае пространственное положение комбинированного источника звука будет восприниматься соответствующим положению, на которое указывает частотная модификация высокочастотного звука посредством уха человека. Таким образом, пространственное положение будет восприниматься как положение «пищалки».

В примере, первый громкоговоритель 105 представляет собой высокочастотный громкоговоритель, такой как «пищалка», и второй громкоговоритель 107 представляет собой низкочастотный громкоговоритель. Соответственно, генерация первого сигнала возбуждения для первого громкоговорителя 105 посредством схемы 103 возбуждения типично включает в себя высокочастотную фильтрацию входного аудио сигнала, и генерация второго сигнала возбуждения для второго громкоговорителя 107 посредством схемы 103 возбуждения типично включает в себя низкочастотную фильтрацию входного аудио сигнала. Как проиллюстрировано на фиг. 4, схема 103 возбуждения, в частности, может содержать фильтр высоких частот и фильтр низких частот (наряду, например, с подходящей усиливающей функциональностью, которая для ясности и краткости, в явной форме не рассмотрена в настоящем документе).

Таким образом, в примере, схема 103 возбуждения генерирует первый сигнал возбуждения, чтобы он соответствовал диапазону более высоких частот аудио сигнала, чем второй сигнал возбуждения. В некоторых вариантах осуществления каждый из двух громкоговорителей 105, 107 может покрывать отдельную часть спектра и, в действительности, вместе они могут покрывать целый диапазон звуковых частот. В других вариантах осуществления другие громкоговорители могут, например, покрывать другие частотные интервалы аудио сигнала. Например, сабвуфер может поддерживать частоты вплоть до, скажем, 120 Гц, второй громкоговоритель 107 может покрывать частотный интервал от, скажем, 120 Гц до 500 Гц, третий громкоговоритель может покрывать частотный интервал от, скажем, 500 Гц до 1,5 кГц и первый громкоговоритель 105 может покрывать частотный интервал от, скажем, 1,5 кГц вплоть до, например, 20 кГц.

Во многих вариантах осуществления, более низкая 3-дБ граничная частота первого сигнала возбуждения предпочтительно может составлять не менее чем 400 Гц, 600 Гц, 800 Гц, 1 кГц или даже 2 кГц. Чем выше выбранная частота, тем меньшим и более дискретным может быть первый громкоговоритель 105.

Во многих вариантах осуществления, верхняя 3-дБ граничная частота второго сигнала возбуждения предпочтительно может составлять не менее чем 400 Гц, 600 Гц, 800 Гц, 1 кГц или даже 2 кГц. Чем выше выбранная частота, тем больший частотный интервал покрывают посредством второго громкоговорителя и, следовательно, тем меньшим и более дискретным может быть первый громкоговоритель 105.

Более низкая 3-дБ граничная частота первого сигнала возбуждения и более высокая 3-дБ граничная частота второго сигнала возбуждения могут отличаться по существу друг от друга, и могут, например, отличаться не менее чем на 200 Гц, 400 Гц, 600 Гц, 800 Гц или даже 1 кГц.

В некоторых вариантах осуществления переходная частота между первым и вторым сигналами возбуждения может находиться в интервале от 200 Гц до 2 кГц, и часто предпочтительно в интервале от 600 Гц до 1,5 кГц. Переходную частоту можно определять как частоту, для которой затухание двух сигналов возбуждения относительно входного аудио сигнала является одинаковым.

Такие переходные и граничные частоты, в частности, могут допускать высокочастотные средства возбуждения с малым форм-фактором, чтобы предоставлять доминирующие пространственные акустические сигналы. В частности, подходящий выбор частотных диапазонов для различных громкоговорителей может гарантировать, что пространственные акустические сигналы, предоставляемые вторым громкоговорителем 107, ограничены акустическими сигналами ITD и ILD. Соответственно, конструкция может гарантировать, что второй громкоговоритель 107 предоставляет только пространственные акустические сигналы, которые также соответствуют пространственным акустическим сигналам для положения первого громкоговорителя 105.

В действительности, во многих стандартных компоновках сателлит-сабвуфер, частоту разделения выбирают так, чтобы она подходила к частотным характеристикам громкоговорителей. В описанном подходе сила эффекта в положении прослушивания не зависит от частоты разделения при условии, что эта частота остается ниже порогового значения. Это пороговое значение представляет собой функцию передаточной функции, связанной с головой (HRTF), и представляет собой точку, в которой спектральная модификация акустического пути в связи с рассеиванием из-за наружного уха начинает вносить значимые акустические сигналы определения местоположения. Пороговое значение для отдельного слушателя представляет собой функцию его анатомии и меняется в популяции пользователей. Однако можно выбирать номинальное пороговое значение, которое покрывает почти всю популяцию. Для переходных частот 800 Гц продемонстрированы исключительно хорошие эксплуатационные характеристики, и в действительности более высокие частоты разделения возможны во многих вариантах осуществления.

В примере физические первый и второй громкоговорители 105, 107 расположены непосредственно на конусе смешения, при этом первый громкоговоритель 105 расположен в желаемом положении для восприятия источника пространственного звучания. Для левого канала объемного звучания первый громкоговоритель 105, например, может быть расположен на конусе смешения звуков слева сзади от слушателя. Второй громкоговоритель 107 может быть расположен на значительном расстоянии и в значительно отличающемся направлении относительно первого громкоговорителя 105. Например, второй громкоговоритель 107 может быть расположен перед положением прослушивания. Это может во многих вариантах осуществления быть особенно полезным, поскольку второй громкоговоритель 107, например, может быть расположен близко к громкоговорителям объемного звука для других каналов и, в частности, близко к громкоговорителям для воспроизведения передних боковых каналов. Однако, второй громкоговоритель 107 располагают так, что он находится на том же конусе смешения звуков, что и первый громкоговоритель 105. Как следствие, воспроизводимый звук от обоих громкоговорителей 105, 107 будет восприниматься приходящим в положение прослушивания от первого громкоговорителя 105, т.е. в тыловом левом направлении.

Первый и второй громкоговорители 105, 107 могут быть расположены в положениях, которые находятся на расстоянии друг от друга не менее чем 1 метр, 2 метра или даже 3 метра. Громкоговорители 105, 107 могут быть расположены в полностью различающихся направлениях относительно номинального положения прослушивания. В некоторых вариантах осуществления направление к двум громкоговорителям может варьировать не менее чем на 20° и в действительности в некоторых вариантах осуществления не менее чем на 30, 45° или даже 60°.

Таким образом, в описанном подходе используют обработку и схему расположения громкоговорителей, которая допускает уменьшение размера, например, тыловых громкоговорителей объемного звучания до предела без снижения субъективного качества аудио и пространственных эксплуатационных характеристик в положении прослушивания. Такое уменьшение размеров позволяет значительно снизить стоимость и потребление энергии блока громкоговорителя. Уменьшение размера тыловых громкоговорителей очень желательно для систем домашнего кинотеатра для разных адаптаций под образ жизни. Снижение потребления энергии представляет собой стадию, позволяющую двигаться в направлении беспроводной аккумуляторной работы громкоговорителей объемного звука.

Снижение размера достигают посредством использования психо-акустической обработки сигнала и множества блоков громкоговорителя, целесообразно расположенных относительно положения прослушивания, чтобы обеспечить акустические сигналы определения местоположения, согласующиеся с целевым местоположением источника.

Подход обеспечивает очень устойчивый способ, с использованием которого создают психо-акустическую иллюзию. Этот тип слуховой иллюзии кроме того не зависит от высокочастотной акустической передаточной функции отдельного слушателя. Это позволяет иллюзии быть эффективной почти для всех пользователей с нормальным слухом.

Дополнительное преимущество обработки состоит в простоте необходимых фильтрующих операций, которые можно осуществлять или на цифровой или аналоговой схеме.

Эта иллюзия также не ограничена источниками звука в горизонтальной плоскости. Высокочастотные источники, или даже низкочастотные источники, также можно помещать выше или ниже слушателя. Иллюзия широкополосного аудио в местоположении высокочастотного источника будет устойчивой при условии, что низкочастотный источник лежит в том же конусе смешения.

Однако, несмотря на то, что не обязательно, чтобы источники звука находились в горизонтальной плоскости, в некоторых вариантах осуществления может быть полезным, чтобы они значительно не отклонялись от нее. Во многих вариантах осуществления по меньшей мере вертикальная разница между положением первого и второго преобразователя звука на конусе смешения может составлять не более чем 50 см или даже 25 см. Это может иметь преимущества с точки зрения размера зоны наилучшего восприятия. В действительности, если оба громкоговорителя располагают в горизонтальной плоскости и на равном расстоянии от слушателя, то можно получить то, что эффект является устойчивым для всех смещений вдоль интерауральной оси.

В примере на фиг. 1, два громкоговорителя 105, 107 использовали для того, чтобы воспроизводить входной аудио сигнал согласно схеме 103 возбуждения. Однако в других вариантах осуществления более чем два громкоговорителя можно использовать. Например, вместо одного громкоговорителя низких/средних частот, покрывающего, например, частотный диапазон вплоть до, скажем, 1 кГц, этот частотный диапазон можно покрывать посредством низкодиапазонного громкоговорителя и среднедиапазонного громкоговорителя. В таком случае дополнительный громкоговоритель(и) не нужно размещать совместно с какими-либо другими громкоговорителям, но можно, например, размещать в других положениях. При условии, что эти положения находятся на конусе смешения (и покрывают частотные диапазоны ниже зависящей от направления фильтрации уха), дополнительный громкоговоритель не будет предоставлять новые пространственные акустические сигналы пользователю и общий воспроизводимый звук будет восприниматься происходящим из одного источника.

В примере на фиг. 1, аудио сигнал, воспроизводимый громкоговорителями 105, 107, представляет собой пространственный канал сигнала объемного звука. В частности, пространственный канал может представлять собой левый канал объемного звучания. В некоторых вариантах осуществления второй громкоговоритель 107 можно использовать для того, чтобы воспроизводить два (или более) пространственных канала. Например, второй громкоговоритель 107 можно располагать спереди слева от положения прослушивания и, таким образом, в положении, где он подходит для воспроизведения переднего левого пространственного канала.

На фиг. 5 проиллюстрирован пример такого варианта осуществления. В примере, второй громкоговоритель 107 также используют в качестве переднего левого громкоговорителя 203. В примере, это достигают посредством схемы 103 возбуждения, содержащей комбинатор, который комбинирует аудио сигнал левого переднего канала с прошедшим низкочастотную фильтрацию аудио сигналом для левого канала объемного звучания. Таким образом, второй сигнал возбуждения генерируют из аудио сигналов обоих пространственных каналов. Схема 103 возбуждения, в частности, может генерировать второй сигнал возбуждения как взвешенное суммирование аудио сигналов двух каналов (типично после фильтрации по меньшей мере одного из аудио сигналов).

Подход, конечно, можно использовать аналогичным образом, например, для тылового канала объемного звучания. В качестве конкретного примера, на фиг. 5 проиллюстрирована система объемного звука, где два широкополосных громкоговорителя воспроизводят передние левый и правый каналы. Два высокочастотных преобразователя помещают сзади от слушателя под углами, отражающими угловые местоположения широкополосных громкоговорителей, помещая их на том же конусе смешения, что и передние громкоговорители. Левый и правый каналы объемного звучания разделяют на низкочастотную часть и высокочастотную часть. Высокие частоты воспроизводят посредством высокочастотных громкоговорителей, тогда как низкочастотную часть добавляют к широкополосным каналам перед слушателем. Эффект состоит в том, чтобы получить очень яркое впечатление от широкополосного звука, идущего из тыловых высокочастотных громкоговорителей. Эта система допускает очень компактные тыловые громкоговорители объемного звука. При условии, что высокочастотные громкоговорители потребляют очень малую мощность, они могут питаться от аккумулятора и получать музыкальные сигналы от приемника объемного звука беспроводным способом. Кроме того, передние два широкополосных громкоговорителя дублируют при воспроизведении оба передних боковых канала и более низкочастотную часть каналов объемного звучания. Таким образом, в системе даже можно использовать типы громкоговорителей, которые уже используются в системах домашнего кинотеатра для передних каналов без дополнительной модификации.

Следует принимать во внимание, что подход никак не ограничен созданием иллюзии тыловых каналов. Например, систему можно перевернуть так, что широкополосный громкоговоритель расположен сзади от слушателя и высокочастотный источник помещают спереди от пользователя. Это имеет конкретное применение для устройств, которые в связи с ограничениями форм-фактора не позволяют интегрировать широкополосные громкоговорители несмотря на то, что расположение широкополосного звука в местоположении устройства является желательным. Примеры включают телевизоры с плоским экраном и компьютерные мониторы.

В некоторых вариантах осуществления громкоговорители 105, 107, воспроизводящие аудио сигнал, могут быть расположены на различных расстояниях от положения прослушивания, но все еще на конусе смешения. В действительности, следует отметить, что конус смешения представляет трехмерный объект/поверхность, а не просто кольцо. В действительности, не требуется размещать громкоговорители на равном расстоянии от слушателя. Если громкоговорители размещают на различных расстояниях от положения прослушивания, то можно применять компенсацию задержки для того, чтобы гарантировать неизменное время прибытия всех составляющих звука в положение слушателя.

В частности, схема 103 возбуждения может содержать функциональность для регулировки разницы уровней и/или временной разницы между первым сигналом возбуждения и вторым сигналом возбуждения. Например, на фиг. 6 проиллюстрировано, как схема 103 возбуждения может включать задержку 601, которая увеличивает задержку между вторым сигналом возбуждения и входным аудио сигналом по отношению к задержке между первым сигналом возбуждения и входным аудио сигналом. Задержку устанавливают для того, чтобы компенсировать увеличенное расстояние до первого громкоговорителя 105 от положения прослушивания по сравнению с расстоянием от второго громкоговорителя 107 до положения прослушивания. Таким образом, задержка компенсирует разницу в задержке распространения аудио путей от первого и второго громкоговорителя 105, 107, соответственно, до номинального положения прослушивания.

Таким образом, в таких системах интерауральной разницей во времени и/или интерауральной разницей уровней, обеспечиваемой пространственными акустическими сигналами, управляют посредством расположения громкоговорителей 105, 107 на конусе смешения звуков, тогда как абсолютную (или среднюю) временную разницу или разницу уровней между динамиками 105, 107 (вместо разницы между ушами пользователя) контролируют посредством обработки сигналов возбуждения.

Регулировку или временной разницы или разницы уровней между динамиками (или обеих) можно в некоторых вариантах осуществления автоматически адаптировать к конкретным характеристикам установки. Например, микрофон, расположенный в положении прослушивания, можно использовать для того, чтобы регистрировать акустический вывод многоканальной системы и вычислять относительные расстояния до громкоговорителей. Это расстояние можно превращать в линию задержки на основе образца и использовать для компенсации времени испускания соответствующих низко- и высокочастотных сигналов для того, чтобы обеспечить согласованность акустических сигналов определения местоположения. Микрофон также можно использовать для того, чтобы регулировать свойства аудио системы, такие как частотные характеристики и амплитуду отдельных источников звука, чтобы оптимизировать ощущение прослушивания.

В некоторых вариантах осуществления схема возбуждения может быть скомпонована для того, чтобы генерировать первый сигнал возбуждения и второй сигнал возбуждения так, что звук от второго громкоговорителя 107 достигает номинального положения с задержкой между 1 мс и 50 мс относительно звука из первого громкоговорителя 105. Таким образом, одновременно аудио составляющие входного аудио сигнала будут давать звук в положении прослушивания, который задерживают во втором громкоговорителе 107 относительно первого громкоговорителя.

Такой подход может использовать психо-акустический феномен, известный как так называемый «эффект предшествования» (также обозначаемый как «эффект Хааза» или «закон первого фронта волны»). Этот феномен показывает, что когда один и тот же звуковой сигнал получают от двух источников в различных положениях и с достаточно маленькой задержкой, звук воспринимается идущим только в направлении от источника звука, который расположен впереди, т.е. от первого приходящего сигнала. Таким образом, психо-акустический феномен относится к тому факту, что головной мозг человека извлекает большинство пространственных акустических сигналов из составляющих первого полученного сигнала. В действительности, обнаружено, что такой эффект даже достигается, когда применяется к различным частотным интервалам аудио сигнала.

Посредством использования эффекта предшествования возможно создавать слуховые иллюзии, которые улучшают воспринимаемое качество аудио и ширину полосы пропускания сателлитных громкоговорителей с ограниченной шириной полосы пропускания. Эффект предшествования представляет собой психо-акустический феномен, основанный на временном взвешивании в слуховой системе. С целью определения местоположения слуховая система взвешивает первый звук, пришедший в уши при наибольшей важности. Если два громкоговорителя, расположенные в различных местоположениях, испускают один и тот же сигнал, громкоговоритель, сигнал которого приходит в уши слушателя первым, будет восприниматься как единственный источник звука. Это действует в условиях, когда задержка между звуками, приходящими в уши, выше 1 мс и ниже порогового значения 5-50 мс, в зависимости от типа стимула. Как указано, также показано, что эффект предшествования частично эффективен, когда источники звука разделяют на различные полосы частот и воспроизводят посредством различных громкоговорителей.

Эффект предшествования, таким образом, можно использовать для того, чтобы дополнительно улучшать пространственное восприятие одного источника, расположенного в положении первого громкоговорителя 105. В действительности, тогда как опора только на эффект предшествования может быть субоптимальной во многих сценариях (например, иллюзия не полностью эффективна и может вести к искаженному стереофоническому образу), комбинация эффекта предшествования и использование конуса смешения обеспечивает по существу улучшенную иллюзию.

Таким образом, эффект предшествования можно использовать для того, чтобы дополнительно повышать устойчивость иллюзии, например, в отношении небольших перемещений и вращений головы слушателя. Это достигают посредством добавления задержки в низкочастотный канал. Задержку выбирают так, что низкочастотная информация из низкочастотного канала приходит в положение прослушивания через приблизительно от 1 до τ мс после высокочастотной информации. Время задержки τ может меняться от 5 до 50 мс в зависимости от аудио сигнала, и его можно выбирать посредством оптимизации, основываясь на данной системе, частотах разделения, акустическом окружении и входном сигнале.

Подход, например, можно реализовать посредством системы на фиг. 6, определяющей подходящую задержку, необходимую для того, чтобы компенсировать разницу во времени распространения, и затем устанавливающей задержку 601, например, на 10 мс больше, чем вычисленное значение.

В некоторых вариантах осуществления подход можно использовать для того, чтобы предоставлять иллюзию широкополосных источников во множестве местоположений. В частности, это можно достигать с использованием одного низкочастотного преобразователя и множества высокочастотных блоков. Пример такого подхода показан на фиг. 7. В примере, каждый канал N-канального многоканального сигнала (X₁(t), X₂(t), X₃(t),... X_n(t)) разделяют на две частотных области с использованием разделительной сети. Каждый из получаемых высокочастотных сигналов посылают непосредственно в N высокочастотных громкоговорителей 701, расположенных на конусе смешения 703. Низкочастотные сигналы каждого канала суммируют и передают на низкочастотный громкоговоритель 705, также расположенный на конусе смешения. В примере, набор задержек 707 включают для того, чтобы обеспечить компенсацию разницы в длине пути и/или улучшение эффекта предшествования для каждого канала.

Таким образом, в примере на фиг. 7, систему выполнена с возможностью воспроизводить по меньшей мере один дополнительный звуковой сигнал, достигающий номинального положения прослушивания в другом направлении, чем от первого аудио громкоговорителя. Это достигают посредством включения дополнительного громкоговорителя, расположенного в другом направлении и генерирующего сигнал возбуждения для этого аудио громкоговорителя из дополнительного аудио сигнала. Кроме того, второй сигнал возбуждения для второго громкоговорителя 705 генерируют посредством комбинирования двух аудио сигналов. Комбинация, в частности, может представлять собой взвешенное суммирование, где взвешивание может отражать относительный желаемый объем для двух сигналов.

В предыдущих примерах звук предоставляли посредством физических громкоговорителей, расположенных непосредственно в подходящих положениях звукового конуса. Однако в других вариантах осуществления звук может быть не предоставлен посредством физических громкоговорителей в таких положениях, но вместо этого может быть предоставлен посредством виртуальных источников звука на конусе смешения. Таким образом, вместо того, чтобы использовать физические громкоговорители на конусе смешения, в подходе можно использовать компоновки преобразователей звука, которые могут обеспечивать виртуальный источник звука, расположенный на конусе смешения. Компоновки преобразователей звука, например, могут представлять собой физический громкоговоритель, но, например, альтернативно или дополнительно, могут представлять собой массив преобразователей, направленный громкоговоритель, модулированный ультразвуковой преобразователь и т.д.

В качестве примера, стандартный широкополосный громкоговоритель, расположенный на конусе смешения, можно использовать в качестве второго громкоговорителя 107, тогда как первый громкоговоритель 105 заменяют компоновкой преобразователя звука, которая выполнена с возможностью испускать направленный звук для того, чтобы достичь номинального положения в первом направлении посредством по меньшей мере одного отражения. Таким образом, в примере, высокочастотный источник создают с использованием направленного пучка звука, который после отражения, например, от стены будет рассеян внутрь помещения. В этом случае слушатель будет воспринимать точку отражения на стене как исходную точку источника звука. Следовательно, компоновка преобразователя звука может быть скомпонована для того, чтобы испускать звуковой пучок высокой направленности так, чтобы он ударялся о стену в точке, которая находится в конусе смешения для номинального положения и ориентации прослушивания. Такое аудио излучение можно реализовать, например, посредством большого массива высокочастотных блоков и формирования пучка в комбинации с подходящим алгоритмом формирования аудио пучка.

В качестве другого примера пучок можно создавать/генерировать с использованием ультразвукового или параметрического громкоговорителя для того, чтобы испускать модулированный ультразвуковой сигнал в направлении точки отражения на стене. Это может проецировать пучок ультразвука с высокой направленностью и высокой интенсивностью, модулированного посредством высокочастотного аудио. По мере распространения ультразвука через воздух, происходит демодуляция аудио сигнала посредством нелинейностей для того, чтобы сформировать пучок звука высокой направленности. Когда этот звуковой пучок встречает препятствие, такое как стена или большой объект, звук аудио частоты отражается с широким диапазоном углов, таким образом, обеспечивая восприятие источника звука, расположенного в точке падения.

Следует принимать во внимание, что в некоторых вариантах осуществления может быть полезным, чтобы высокочастотный преобразователь представлял собой виртуальный источник звука, тогда как низкочастотный преобразователь представлял собой физический громкоговоритель, расположенный на конусе смешения. Например, когда генерируют тыловой канал с использованием описанного подхода, это может позволить располагать все преобразователи звука перед пользователем, при этом все еще обеспечивая пространственное восприятие звука, достигающего слушателя сзади. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления физические высокочастотные громкоговорители из исходного примера можно заменить на виртуальные источники звука. Принципиальное преимущество этого подхода состоит в том, что тыловые громкоговорители более не должны присутствовать физически.

В других вариантах осуществления второй громкоговоритель 107 можно заменить на виртуальный источник звука, при этом первый громкоговоритель 105 возможно сохранить в качестве физического громкоговорителя, расположенного на конусе смешения. Таким образом, в определенном варианте осуществления низкочастотный громкоговоритель(и) можно заменить на виртуальные источники, например, с использованием способов, таких как устранение перекрестных помех или стереодипольный подход. Принципиальное преимущество этого подхода состоит в том, что виртуальные низкочастотные источники можно относительно легко создавать при любом угловом местоположении в передней плоскости и, следовательно, ограничения на расположение высокочастотных преобразователей можно ослабить, поскольку низкочастотный виртуальный источник звука можно относительно легко расположить в любом месте, где бы не заканчивался конус смешения для конкретного положения высокочастотного преобразователя. Другими словами; при заданном произвольном местоположении высокочастотного преобразователя, комплементарный низкочастотный источник можно синтезировать в подходящем положении, заданном конусом смешения звуков, который возникает из выбранного местоположения. Местоположение громкоговорителей и слушателя предпочтительно известно до расположения виртуальных источников на подходящем конусе смешения. Способы определения относительных местоположений громкоговорителей хорошо известны, и следует принимать во внимание, что для выполнения этого можно использовать любой подходящий способ.

Следует принимать во внимание, что существуют различные способы и алгоритмы для генерации виртуальных источников звука (которые можно рассматривать как источник звука, который физически не присутствует в том местоположении, в котором его воспринимает слушатель). Создания виртуальных источников достигают посредством формирования аудио сигнала в ушах слушателя с использованием или точных или приблизительных акустических сигналов определения местоположения, соответствующих целевому местоположению.

Далее описан конкретный пример того, как можно генерировать виртуальные источники звука.

Акустические пути, которые проходит звук, передаваемый из пары громкоговорителей для того, чтобы достичь ушей, представлены схематически на фиг. 8. Акустические пути создают спектральную фильтрацию и ITD и ILD, специфичные для местоположений громкоговорителей, позволяя слушателю легко определять местоположение громкоговорителей. Каждый акустический путь может быть представлен как передаточная функция H_αL, где первый нижний индекс относится к угловому местоположению громкоговорителя, а второй нижний индекс к уху. Сигналы для ушей можно выражать математически с использованием матричного уравнения

На основе этого уравнения ясно, что применение операции обращения матрицы M^-1 к сигналам перед передачей посредством громкоговорителей возможно для устранения эффектов перекрестных помех

В рамках этой парадигмы левое ухо принимает сигналы только от левого громкоговорителя, а правое ухо принимает сигналы только от правого громкоговорителя. Посредством внедрения акустических сигналов определения местоположения в сигналы громкоговорителей L и R, используя или смоделированные или измеренные передаточные функции H_γL и H_γR, возможно создавать виртуальные источники звука в любом местоположении γ вокруг головы слушателя, как проиллюстрировано на фиг. 9:

Часто желательно сводить физические громкоговорители близко друг к другу. Это делает передаточную матрицу M менее сложной, позволяя более оптимальное обращение. В действительности, если громкоговорители очень близко друг к другу, стереодипольный способ можно использовать для того, чтобы аппроксимировать передаточную матрицу и ее обращение, делая возможными очень простые фильтрующие операции. Преимущество этого подхода состоит в меньшем окрашивании и четко устойчивой слуховой иллюзии. Приблизительные схемы обработки, такие как стереодипольный подход, типично ограничивают виртуальные источники фронтальной плоскостью.

В идеальных условиях устранение перекрестных помех ведет к совершенному восприятию виртуальных источников, поскольку слуховые акустические сигналы полностью согласуются с предполагаемым целевым местоположением источника. В связи с несовершенством измерений передаточной функции, обрезанием во время обращения матрицы, потерей динамического диапазона и ограничениями усилителя и громкоговорителей по мощности, сила иллюзии может быть снижена или выполнена неэффективно, например, передаточная матрица M часто может не подходить для обращения, являясь «плохо обусловленной». Это подразумевает, что малые возмущения в измеренной или смоделированной передаточной функции могут вести к большим ошибкам в обращенной передаточной матрице M^-1. Плохая обусловленность делает устранение перекрестных помех нестабильным при небольших перемещениях головы, в частности, при низких частотах. Другой побочный продукт этой плохо обусловленной системы представляет собой значительное окрашивание аудио. Это, в частности, различают слушатели, не расположенные точно в зоне наилучшего восприятия.

Иллюзия зависит от точности передаточной матрицы M. Матрицу конструируют из смоделированных или измеренных передаточных функций, изображенных на фиг. 8. Эти передаточные функции представляют собой не только функцию местоположения громкоговорителей, но также анатомии пользователя и уникальны для каждого индивидуума. Поскольку небольшое несовершенство в передаточных функциях может создавать большие ошибки в фильтрах перекрестных помех, идеально точные фильтры для каждого индивидуума следует измерять и использовать для устраняющей сети. Для экономической жизнеспособности основной набор передаточных функций может быть выбран для того, чтобы предоставить для большей части популяции хорошее совпадение, даже если не идеальное для многих пользователей.

Путь перекрестных помех удаляют посредством передачи дополнительного звука, для того, чтобы устранить нежелательную акустическую информацию. Этот дополнительный звук можно считать «потерянной» энергией, поскольку он не вносит вклад в аудио, слышимое слушателем. В некоторых случаях аудио сигнал в ушах на 30 дБ ниже, чем передаваемый аудио сигнал. Эффект этой «потерянной» мощности состоит в снижении динамического диапазона системы и накладывает высокие требования на громкоговорители и усилители.

Виртуальный источник генерации может быть сложным, и может быть трудно получить устойчивые и убедительные результаты. Используя идею конуса смешения вместе с технологией виртуальных громкоговорителей, физические громкоговорители могут усиливать необходимые акустические сигналы определения местоположения в определенных полосах частот, значительно усиливая слуховые иллюзии и/или улучшая энергетическую эффективность. Эти два способа фактически являются очень хорошо дополняющими; идея конуса смешения позволяет создавать очень убедительные слуховые иллюзии, в то время как устранение перекрестных помех и генерация виртуальных источников ослабляет в ином случае строгие геометрические требования к конусу смешения.

Как указано предварительно, это дополняющее свойство можно использовать для того, чтобы заменить или низко- или высокочастотные громкоговорители виртуальными источниками звука.

На фиг. 10 проиллюстрирован пример, где физические высокочастотные источники для тыловых громкоговорителей заменяют виртуальными источниками. Наиболее очевидное преимущество этого подхода состоит в том, что пользователю более не нужно располагать дополнительные громкоговорители сзади. Иллюзия зависит от надлежащего устранения перекрестных помех на высоких частотах. Система будет эффективной, только если каждый виртуальный источник должным образом расположен на одном и том же конусе смешения как физический низкочастотный громкоговоритель, который ограничивает диапазон доступных положений виртуальных источников.

По сравнению с широкополосной системой устранения перекрестных помех, этот подход представляет значительную экономию электрической мощности посредством избавления от устранения низкочастотных перекрестных помех. Это представляет потенциальную экономию вплоть до 30 дБ запаса громкоговорителя и усилителя по мощности при низкочастотном воспроизведении, позволяя использовать значительно более дешевые блоки возбуждения и усилители.

На фиг. 11 проиллюстрирован пример, где физические низкочастотные громкоговорители тыловых каналов заменяют виртуальными источниками. Наиболее значимое преимущество этого подхода состоит в том, что высокочастотные источники можно размещать произвольно вокруг слушателя. Использование низкочастотных виртуальных источников ослабляет все ограничения на размещение громкоговорителей для установки конуса смешения, поскольку дополняющие низкочастотные источники можно генерировать для любого необходимого угла.

Все необходимые низкочастотные виртуальные источники можно создавать посредством одного компактного отсека, содержащего по меньшей мере два низкочастотных преобразователя. Более высокой эффективности и контроля над виртуальными источниками можно добиться посредством увеличения числа низкочастотных громкоговорителей. Эти преобразователи должны быть способны на достаточный акустический вывод для того, чтобы предоставить достаточное устранение перекрестных помех. Низкочастотные виртуальные источники можно создавать с использованием очень простой стереодипольной обработки, поскольку низкочастотные источники нужно генерировать только во фронтальной плоскости. При условии, что ITD и ILD акустические сигналы низкочастотных источников согласуются с высокочастотными блоками, иллюзия будет очень устойчивой.

Поскольку высокочастотные акустические сигналы предоставляют с помощью реальных источников, на них не влияют различия в индивидуальных анатомических признаках. Это является значимым преимуществом относительно стандартных схем устранения перекрестных помех, для которых необходимы индивидуализированные фильтры перекрестных помех, чтобы они были действительно эффективными. На низких частотах, ниже частоты разделения (например, 800 Гц), анатомическая спектральная фильтрация предоставляет менее значимые слуховые акустические сигналы, что обозначает, что персонифицированные фильтры не обязательны для этого подхода.

Следует принимать во внимание, что приведенное выше описание для прозрачности описывает варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные цепи, блоки и процессоры. Однако очевидно, что любое подходящее распределение функциональности между различными функциональными цепями, блоками или процессорами можно использовать без преуменьшения изобретения. Например, проиллюстрированную функциональность, подлежащую осуществлению отдельными процессорами или контроллерами, можно осуществлять посредством одного и того же процессора или контроллеров. Таким образом, ссылки на конкретные функциональные блоки или цепи следует рассматривать только как ссылки на подходящие средства для предоставления описанной функциональности, а не как указание на строгую логическую или физическую структуру или организацию.

Изобретение можно реализовать в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение необязательно может быть реализовано по меньшей мере частично в виде компьютерного программного обеспечения, исполняемого одним или несколькими процессорами данных и/или цифровыми сигнальными процессорами. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения можно реализовать физически, функционально и логически в любой подходящей форме. В действительности функциональность можно реализовать в одном блоке, во множестве блоков или в качестве части других функциональных блоков. По существу, изобретение можно реализовать в одном блоке или можно физически и функционально распределить между различными блоками, цепями и процессорами.

Несмотря на то что настоящее изобретение описано применительно к некоторым вариантам осуществления, не предусмотрено, что оно будет ограничено конкретной формой, изложенной в настоящем документе. Скорее объем настоящего изобретения ограничен только сопроводительной формулой изобретения. Дополнительно, несмотря на то, что признак может казаться описанным применительно к конкретным вариантам осуществления, специалист в данной области осознает, что различные признаки описанных вариантов осуществления можно комбинировать в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин «содержит» не исключает присутствие других элементов или этапов.

Кроме того, несмотря на перечисление по отдельности, множество средств, элементов, цепей или этапов способов можно реализовать посредством, например, одной цепи, блока или процессора. Дополнительно, несмотря на то что отдельные признаки могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, их вероятно можно предпочтительно комбинировать, и включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация признаков не возможна и/или не предпочтительна. Также включение признака в одну категорию из формулы изобретения не подразумевает ограничение этой категорией, а скорее указывает на то, что признак в равной мере применим к другим категориям формулы изобретения соответствующим образом. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какого-либо конкретного порядка, в котором признаки должны работать, и, в частности, порядок отдельных этапов в пункте формулы изобретения на способ не подразумевает, что этапы нужно осуществлять в этом порядке. Скорее этапы можно осуществлять в любом подходящем порядке. Вдобавок, формы единственного числа не исключают множества. Таким образом, ссылки на единственное число, «первый», «второй» и т.п. не исключают множество. Ссылочные позиции в формуле изобретения предоставлены только в качестве поясняющего примера, который не следует толковать в качестве ограничения объема формулы изобретения каким-либо образом.

Claims (15)

1. Система воспроизведения звука для воспроизведения аудио сигнала, происходящего из первого направления относительно номинального положения и номинальной ориентации слушателя, причем упомянутая система воспроизведения звука содержит:
первую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению;
вторую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и
схему возбуждения для генерации первого сигнала возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второго сигнала возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала; причем
первое положение и второе положение расположены в одном и том же конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

2. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения, чтобы он соответствовал диапазону более высоких частот аудио сигнала, чем второй сигнал возбуждения.

3. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой по меньшей мере одна из первой компоновки преобразователя звука и второй компоновки преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный в первом положении и втором положении, соответственно.

4. Система воспроизведения звука по п. 1, дополнительно содержащая третью компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из третьего положения в упомянутом конусе смешения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и при этом схема возбуждения выполнена с возможностью дополнительно генерировать третий сигнал возбуждения для третьей компоновки преобразователя звука из аудио сигнала.

5. Система воспроизведения звука по п. 1, причем упомянутая система воспроизведения звука дополнительно выполнена с возможностью воспроизводить дополнительный аудио сигнал, происходящий из второго направления относительно номинального положения и номинальной ориентации, при этом упомянутая система воспроизведения звука дополнительно содержит:
третью компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из третьего положения, соответствующего второму направлению;
и при этом схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения посредством комбинирования по меньшей мере некоторых составляющих сигнала первого аудио сигнала и дополнительного аудио сигнала и генерировать третий сигнал возбуждения для третьего преобразователя звука из дополнительного аудио сигнала.

6. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения и второй сигнал возбуждения так, что звук от упомянутой второй компоновки преобразователя достигает номинального положения с задержкой между 1 мс и 50 мс относительно звука из упомянутой первой компоновки преобразователя.

7. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой схема возбуждения выполнена с возможностью регулировать по меньшей мере одну из разницы уровней и временной разницы между первым сигналом возбуждения и вторым сигналом возбуждения, чтобы компенсировать разницу расстояний между аудио путем от первой компоновки преобразователя звука до номинального положения и аудио путем от второй компоновки преобразователя звука до номинального положения.

8. Система воспроизведения звука по п. 7, причем упомянутая система воспроизведения звука дополнительно содержит средство регулировки, выполненное с возможностью принимать входной сигнал от микрофона, расположенного в номинальном положении, и регулировать по меньшей мере одну из временной разницы и разницы уровней в ответ на сигнал микрофона.

9. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой аудио сигнал представляет собой сигнал канала сигнала объемного звука, и схема возбуждения дополнительно выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения в ответ на второй пространственный канал сигнала объемного звука.

10. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой первая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью испускать направленный звук, достигающий номинального положения из первого направления через по меньшей мере одно отражение.

11. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой первая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью генерировать виртуальный источник звука в первом положении; и вторая компоновка преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный во втором положении.

12. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой вторая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью генерировать виртуальный источник звука во втором положении; и первая компоновка преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный в первом положении.

13. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой второе положение является таким, что угол между направлением, соответствующим второму положению, и первым направлением составляет не менее 20°.

14. Система воспроизведения звука по п. 1, в которой конус смешения звуков определяет набор положений, для которых задержка аудио пути меняется не более чем на 50 мкс и потери на пути меняются не более чем на 1 дБ.

15. Способ воспроизведения аудио сигнала, происходящего из первого направления относительно номинального положения и номинальной ориентации слушателя, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:
генерируют первый сигнал возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второй сигнал возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала; при этом
первая компоновка преобразователя звука генерирует звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению;
вторая компоновка преобразователя звука генерирует звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и при этом
первое положение и второе положение расположены в одном и том же конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Images