RU2751440C1 - System for holographic recording and playback of audio information - Google Patents
System for holographic recording and playback of audio information Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751440C1 RU2751440C1 RU2020134251A RU2020134251A RU2751440C1 RU 2751440 C1 RU2751440 C1 RU 2751440C1 RU 2020134251 A RU2020134251 A RU 2020134251A RU 2020134251 A RU2020134251 A RU 2020134251A RU 2751440 C1 RU2751440 C1 RU 2751440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sound
- microphones
- speakers
- sound wave
- recording
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
- G11B11/03—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by deforming with non-mechanical means, e.g. laser, beam of particles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Stereophonic System (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Заявляемое изобретение относится к звукозаписывающей аппаратуре и предназначено для использования в аудиотехнике при записи звуковых колебаний, а также для воспроизведения звука с записанного носителя. Изобретение может быть использовано, в частности, в индустрии развлечений при формировании звуковых эффектов в процессе производства самого разнообразного содержимого: музыки, речи, натуральных или искусственных звуков для кино, телевидения, радиовещания или компьютерных игр и приложений в системах звуковых динамиков для максимально точного воспроизведения звучания, а также для точной записи звука в цифровых форматах. The claimed invention relates to sound recording equipment and is intended for use in audio equipment when recording sound vibrations, as well as for reproducing sound from a recorded medium. The invention can be used, in particular, in the entertainment industry in the formation of sound effects in the production of a wide variety of content: music, speech, natural or artificial sounds for cinema, television, radio broadcasting or computer games and applications in sound speaker systems for the most accurate sound reproduction as well as for accurate sound recording in digital formats.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известно значительное количество источников информации, раскрывающих конструкции разнообразных систем записи и воспроизведения звука максимально приближенного к оригинальному звучанию источника. A significant number of information sources are known from the prior art, disclosing the designs of various systems for recording and reproducing sound as close as possible to the original sound of the source.
Так, например, наиболее известный принцип стереофонии был использован впервые в 1881 году в Париже – когда была проведена передача звука по двум телефонам – для левого и для правого уха (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BE%D1%84%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%8F ). Стереофония – принцип передачи и/или записи звука по двум каналам, с двух независимых микрофонов и на два динамика, многократно усовершенствовался для граммофонной записи, радио, кино звука, для видео (долби стерео). Были использованы для каждого микрофона независимые усилители, специальные преобразователи и прочее. Стереофония основана на физиологических особенностях человека - бинауральном эффекте. Так, стерео можно слушать только на определенном расстоянии от динамиков.So, for example, the most famous principle of stereophony was used for the first time in 1881 in Paris - when sound was transmitted via two telephones - for the left and for the right ear (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1% D1% 82% D0% B5% D1% 80% D0% B5% D0% BE% D1% 84% D0% BE% D0% BD% D0% B8% D1% 8F). Stereophony - the principle of transmitting and / or recording sound through two channels, from two independent microphones and two speakers, has been repeatedly improved for gramophone recording, radio, cinema sound, for video (Dolby stereo). We used independent amplifiers, special converters, and so on for each microphone. Stereophony is based on the physiological characteristics of a person - the binaural effect. So, stereo can only be heard at a certain distance from the speakers.
Также известна квадрофония - разновидность стереофонии, в которой используются четыре независимых канала. Ее развитие - система объемного звука, передача звука по нескольким каналам – для высоких, средних, низких частот, так, чтобы слушателя окружали динамики, а он был как бы в центре «купола» звука, имеет те же проблемы – бинауральный эффект работает при определенном положении слушателя относительно источников звука. Also known is quadrophony - a type of stereo that uses four independent channels. Its development is a surround sound system, sound transmission through several channels - for high, middle, low frequencies, so that the listener is surrounded by speakers, and he is, as it were, in the center of the "dome" of sound, has the same problems - the binaural effect works at a certain listening position relative to sound sources.
Также известны методы обработки звука для воспроизведения пространственных – 3D сигналов (https://ru.qwe.wiki/wiki/3D_sound_reconstruction). There are also known methods of sound processing for reproducing spatial - 3D signals (https://ru.qwe.wiki/wiki/3D_sound_reconstruction).
Патентные источники, описывающие средства и методы реализации звукозаписи и ее воспроизведения, в большинстве своем связаны, во –первых, с созданием звукового поля на основе использования того или иного математического аппарата, во – вторых, с применением методов бинаурального слуха. В результате, приближение к идеальному восстановлению частотных и пространственных характеристик звука достижимо только в определенной области, а именно, внутри пространства, окруженного динамиками, для определенной группы слушателей или для зала определенной конфигурации. Характеристики микрофонов и ресиверов, а также компьютеров для обработки сигнала должны соответствовать математическому аппарату, который используется в изделии. Выход слушателя из зоны лучшего звучания или нахождение источника звука над или под плоскостью, сформированной микрофонами и динамиками, требует новой настройки звуковых параметров и/или особого математического решения. Patent sources describing the means and methods for the implementation of sound recording and its reproduction are mostly associated, firstly, with the creation of a sound field based on the use of one or another mathematical apparatus, and secondly, with the use of binaural hearing methods. As a result, an approximation to ideal restoration of the frequency and spatial characteristics of sound is achievable only in a certain area, namely, inside a space surrounded by speakers, for a certain group of listeners or for a hall of a certain configuration. The characteristics of microphones and receivers, as well as computers for signal processing, must correspond to the mathematical apparatus used in the product. The listener's exit from the zone of better sounding or finding the sound source above or below the plane formed by microphones and speakers requires a new adjustment of the sound parameters and / or a special mathematical solution.
Известно средство, реализующее способ голографической записи и воспроизведения звуковой информации, раскрытый в патенте РФ №2160471, включающий запись информации в фоточувствительном слое вращающегося оптического диска в виде спиральных голограмм, воспроизведение информации устройством, формирующим опорный пучок, аналогичный тому, который использовался при записи, проецирование восстановленных изображений на матрицу фотодетекторов и обработку полученных сигналов в электронных устройствах, при этом параллельно с записью спиралей служебной информации в качестве основной информации записывают сфокусированные голограммы волновых фронтов мембран, при этом при записи используют объемную фазовую голограмму и прямое преобразование Фурье для всех координат, а при воспроизведении информации, используя обратное преобразование Фурье, восстанавливают изображения волновых фронтов мембран в виде интерференционных полос света, получают аналоговый сигнал, который обрабатывают в аналоговых электронных устройствах.Known means that implements the method of holographic recording and reproduction of audio information disclosed in the patent of the Russian Federation No. 2160471, including recording information in the photosensitive layer of a rotating optical disk in the form of spiral holograms, reproducing information by a device that forms a reference beam, similar to that used for recording, projection of the reconstructed images onto a matrix of photodetectors and processing the received signals in electronic devices, while in parallel with the recording of the service information spirals, focused holograms of the wave fronts of the membranes are recorded as the main information, while the recording uses a volume phase hologram and the direct Fourier transform for all coordinates, and when reproduction of information using the inverse Fourier transform, the images of the wave fronts of the membranes in the form of interference fringes of light are restored, an analog signal is obtained, which is processed in analog electronic devices constructions.
Реализация данного способа довольно сложна в воспроизведении, а устройство, использующее преобразование Фурье для восстановления звукоряда, позволяет восстановить только частотные характеристики, но не геометрию (форму) фронта звуковой волны, что, соответственно, сказывается на снижении точности воспроизведения звуковой информации.The implementation of this method is rather difficult to reproduce, and the device using the Fourier transform to restore the scale allows you to restore only the frequency characteristics, but not the geometry (shape) of the sound wave front, which, accordingly, affects the decrease in the accuracy of sound information reproduction.
Одно из современных решений раскрыто в патенте US9241216, где на основе математических исследований создан новый формат файла для 2D и 3D аудиоконтента, позволяющего декодерам нового поколения создавать реалистичный звук. Для создания трехмерного контента окружающее звуковое поле записано с использованием массива микрофонов в режиме амбисоникс первого порядка, при этом направленные источники захватываются с помощью монофонических микрофонов крупным планом или с помощью высоконаправленных микрофонов вместе с информацией о направлении. Затем направленные сигналы кодируют в новый формат файла амбисоникс, который имеет возможность хранить более одного описания звукового поля одновременно.One of the modern solutions is disclosed in patent US9241216, where, based on mathematical research, a new file format for 2D and 3D audio content has been created, allowing next generation decoders to create realistic sound. For 3D content creation, the surround sound field is recorded using a first-order ambisonics array of microphones, with directional sources being captured by close-up monaural microphones or highly directional microphones along with directional information. The directional signals are then encoded into the new ambisonix file format, which has the ability to store more than one sound field description at a time.
Описанное устройство относится к известной с 1970-х годов технологии «шар звука» – амбисоник, и направлено на улучшение акустической ситуации в условиях кинотеатра, когда в заданном помещении при фиксированном положении слушателей компьютером восстанавливается по математическим формулам, указанным в изобретении, звук с лучшими, чем у аналогов, характеристиками. Однако раскрытое устройство можно использовать лишь при наличии системы амбисоник, снабженной специализированными компьютерами, что существенно усложняет технологию звукозаписи.The described device belongs to the "sound ball" technology - ambisonic, known since the 1970s, and is aimed at improving the acoustic situation in a cinema, when in a given room with a fixed position of the listeners, the computer restores the sound with the best, according to the mathematical formulas specified in the invention, than analogs, characteristics. However, the disclosed device can be used only in the presence of an ambisonic system equipped with specialized computers, which significantly complicates the sound recording technology.
Известно изобретение по патенту US4680856, раскрывающее двухканальную систему записи и воспроизведения для обеспечения голофонической записи и воспроизведения звуков. Голофоническое воспроизведение звуков включает в себя способность идентифицировать местоположение источников звука во время воспроизведения звука, так, как если бы слушающий присутствовал в месте записи, например, в театре, при этом эффект голофонии не зависит от расположения источников звука по отношению к микрофонам. Таким образом слышно не только сам источник, но также эхо и реверберацию, исходящие от боковых сторон и задней части концертного зала, а также, например, аплодисменты. Все это усиливает эффект присутствия. Known invention according to patent US4680856, disclosing a two-channel recording and reproduction system for providing holophonic recording and reproduction of sounds. Holophonic reproduction of sounds includes the ability to identify the location of sound sources during sound reproduction, as if the listener were present at the recording location, for example, in a theater, while the holophonic effect does not depend on the location of the sound sources in relation to the microphones. Thus, you can hear not only the source itself, but also echo and reverberation from the sides and rear of the concert hall, as well as applause, for example. All this enhances the effect of presence.
Полученный эффект позволяет получить практически исходный звук, но, тем не менее, реализация требует использования множества микрофонов, специально расположенных под заданными углами и специальной обработки получаемых сигналов. Система воспроизведения выполнена с особым расположением многочисленных диффузоров в углах параллелограмма. Все это требует особых конструкций как для записи, так и для прослушивания таких записей. Кроме того, в данном решении используется бинауральный эффект, и, как следствие, вне зоны его действия или без стереонаушников голофонический эффект достичь невозможно.The resulting effect allows you to get almost the original sound, but, nevertheless, the implementation requires the use of many microphones specially located at given angles and special processing of the received signals. The reproduction system is made with a special arrangement of multiple diffusers at the corners of the parallelogram. All this requires special designs for both recording and listening to such recordings. In addition, this solution uses the binaural effect, and, as a result, it is impossible to achieve the holophonic effect outside the range of its action or without stereo headphones.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой системе является техническое решение, раскрытое в патенте US8437485. Известное изобретение относится к способу и устройству для воспроизведения звукового поля от одного входного аудиосигнала с использованием множества динамиков, направленных на синтез звукового поля в предпочтительной области прослушивания, в котором ни один из динамиков не является локализованным. Изобретение позволяет слушателю находиться не только в зоне средней линии между динамиками, где собственно и реализуется эффект стереофонического воспроизведения звука, но и в других местах, без ограничений позиционирования. Способ включает в себя этапы вычисления множества коэффициентов позиционного фильтра с использованием данных виртуального источника и данных множества динамиков в соответствии с методом воспроизведения звукового поля и изменение первого входного аудиосигнала с использованием вычисленных коэффициентов позиционного фильтра для формирования вторых входных аудиосигналов. Таким образом, определяется рейтинг динамиков по степени важности каждого для синтеза звукового поля в пределах предпочтительной области прослушивания. Затем вторые входные аудиосигналы изменяют в соответствии с рейтингом динамиков для формирования третьих входных аудиосигналов. Наконец, к динамикам подключают третьи входные аудиосигналы, которые синтезируют звуковое поле.The closest in technical essence to the claimed system is the technical solution disclosed in patent US8437485. The known invention relates to a method and apparatus for reproducing a sound field from a single input audio signal using a plurality of speakers aimed at synthesizing a sound field in a preferred listening area, in which none of the speakers is localized. The invention allows the listener to be not only in the zone of the center line between the speakers, where the effect of stereophonic sound reproduction is actually realized, but also in other places, without positioning restrictions. The method includes the steps of calculating a plurality of positional filter coefficients using virtual source data and multiple speaker data in accordance with a sound field reproduction method, and modifying a first input audio signal using the calculated positional filter coefficients to generate second audio input signals. In this way, the speakers are rated according to the importance of each for sound field synthesis within the preferred listening area. Then, the second audio input signals are changed in accordance with the rating of the speakers to generate the third audio input signals. Finally, third input audio signals are connected to the speakers, which synthesize the sound field.
Однако такое решение является более сложным развитием хорошо известного стереофонического метода. Также в нем используется специальный сложный математический аппарат, а для реализации необходимо расположение вокруг области прослушивания большого числа (более 15) специальных динамиков.However, this solution is a more complex development of the well-known stereophonic method. It also uses a special complex mathematical apparatus, and for implementation it is necessary to arrange a large number (more than 15) of special speakers around the listening area.
Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих приведенным выше аналогам и прототипу за счет создания системы, обеспечивающей возможность записи и последующего воспроизведения звуковой информации повышенной точности без использования бинаурального эффекта.Thus, the technical problem solved by the claimed invention consists in the need to overcome the disadvantages inherent in the above analogs and the prototype by creating a system that provides the ability to record and then reproduce audio information of increased accuracy without using the binaural effect.
Краткое раскрытие сущности изобретенияBrief disclosure of the essence of the invention
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности восстановления не только частоты записанной звуковой волны, но и геометрии ее фронта за счет реализации принципа Гюйгенса-Френеля для звуковых волн. The technical result achieved with the use of the claimed invention consists in providing the possibility of restoring not only the frequency of the recorded sound wave, but also the geometry of its front due to the implementation of the Huygens-Fresnel principle for sound waves.
Преимущество заявляемой системы заключается в обеспечении возможности практической синхронизации формы испускаемой источником и воспроизводимой динамиком звуковой волны.The advantage of the inventive system consists in providing the possibility of practical synchronization of the form of the sound wave emitted by the source and the sound wave reproduced by the speaker.
Заявленный технический результат достигается тем, что система для аудиоголографической записи и воспроизведения звуковой информации включает две идентичные по форме и размерам поверхности, расположенные на заранее заданном расстоянии друг от друга, при этом на первой поверхности на расстоянии друг от друга, не превышающим 0,5 минимальной длины записываемой звуковой волны, установлено множество независимых микрофонов, предназначенных для записи падающего на первую поверхность фронта звуковой волны, а на второй поверхности идентичным образом установлено множество динамиков, обеспечивающих восстановление формы фронта звуковой волны и ее частоты, каждый из которых соединен с микрофоном, расположенным в аналогичной точке первой поверхности, при этом соединенные пары микрофонов и динамиков имеют равные акустические характеристики. Микрофоны могут быть соединены с динамиками посредством проводных каналов. В ином варианте исполнения, система дополнительно может включать по меньшей мере, одно запоминающее устройство, выполненное в виде процессора или компьютера с возможностью записи звуковых волн от микрофонов и/или трансляции звуковых волн на динамики, при этом микрофоны соединены с динамиками посредством цифровых каналов через указанное, по меньшей мере, одно устройство. Такое запоминающее устройство обеспечивает последовательную запись сигналов от множества микрофонов в течение времени, не превышающем время распространения записываемой звуковой волны между двумя соседними микрофонами. Поверхности выполнены из звукопоглощающего материала и снабжены углублениями для размещения микрофонов и динамиков и могут быть выполнены в виде круга или сегмента сферы, или цилиндра. Разные пары соединенных микрофонов и динамиков могут иметь равный или разный частотный диапазон.The claimed technical result is achieved in that the system for audio-holographic recording and reproduction of sound information includes two surfaces identical in shape and size, located at a predetermined distance from each other, while on the first surface at a distance from each other not exceeding 0.5 minimum the length of the recorded sound wave, a plurality of independent microphones are installed, designed to record the sound wave incident on the first surface, and on the second surface, a plurality of speakers are installed in an identical manner, providing restoration of the shape of the sound wave front and its frequency, each of which is connected to a microphone located in analogous point of the first surface, while the connected pairs of microphones and speakers have equal acoustic characteristics. Microphones can be connected to speakers via wired channels. In another embodiment, the system may additionally include at least one memory device made in the form of a processor or computer with the ability to record sound waves from microphones and / or broadcast sound waves to speakers, while the microphones are connected to the speakers via digital channels through the specified at least one device. Such a storage device provides sequential recording of signals from a plurality of microphones for a time not exceeding the propagation time of the recorded sound wave between two adjacent microphones. The surfaces are made of sound-absorbing material and are provided with recesses for placing microphones and speakers and can be made in the form of a circle or a segment of a sphere, or a cylinder. Different pairs of connected microphones and speakers can have the same or different frequency ranges.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами и изображениями, гдеThe claimed invention is illustrated by the following drawings and images, where
На фиг.1 схематично приведена реализация принципа распространения фронта волны Гюйгенса-Френеля,Figure 1 schematically shows the implementation of the principle of propagation of the Huygens-Fresnel wave front,
На фиг.2 представлена схема соединения микрофонов и датчиков, расположенных на конгруэнтных плоскостях, восстановление фронта падающей волны. Figure 2 shows a diagram of the connection of microphones and sensors located on congruent planes, restoration of the incident wave front.
Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:
1. Фронт записываемой микрофонами звуковой волны,1. The front of the sound wave recorded by the microphones,
2. Поверхность с микрофонами,2. Surface with microphones,
3. Поверхность с динамиками,3. Surface with speakers,
4. Фронт транслируемой (восстановленной) динамиками звуковой волны,4. The front of the sound wave transmitted (restored) by the speakers,
5. Компьютер.5. Computer.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Технология записи и воспроизведения звукоряда с использованием заявляемой системы основана на физическом принципе Гюйгенса – Френеля https://bigenc.ru/physics/text/1937370, описывающем механизм распространения волн в пространстве, в данном случае – звуковых. Согласно этому принципу интерференция от первичных источников создает фронт волны, при этом каждая его точка, в свою очередь, также является источником сферических волн, в результате их интерференции формируется фронт волны в следующий момент и так далее (фиг.1).The technology of recording and reproducing a scale using the claimed system is based on the physical principle of Huygens - Fresnel https://bigenc.ru/physics/text/1937370, which describes the mechanism of propagation of waves in space, in this case - sound. According to this principle, interference from primary sources creates a wave front, while each of its points, in turn, is also a source of spherical waves, as a result of their interference, a wave front is formed at the next moment, and so on (Fig. 1).
Идеальным для воспроизведения звукового поля является условная поверхность, состоящая из бесконечно малых динамиков (громкоговорителей https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C), передающих звук от расположенных точно таким же образом микрофонов (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%BE%D0%BD). Развитие современной технологии позволило уменьшить размеры динамиков и микрофонов до долей сантиметров, что позволило сформировать поверхность, максимально заполненную тысячами микрофонов и другую поверхность с тысячами связанных с ними динамиков. Ideal for reproducing a sound field is a conventional surface consisting of infinitely small speakers (loudspeakers https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1 % 80% D0% BE% D0% B4% D0% B8% D0% BD% D0% B0% D0% BC% D0% B8% D1% 87% D0% B5% D1% 81% D0% BA% D0% B8 % D0% B9_% D0% B3% D1% 80% D0% BE% D0% BC% D0% BA% D0% BE% D0% B3% D0% BE% D0% B2% D0% BE% D1% 80% D0 % B8% D1% 82% D0% B5% D0% BB% D1% 8C) transmitting sound from microphones located in exactly the same way (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8 % D0% BA% D1% 80% D0% BE% D1% 84% D0% BE% D0% BD). The development of modern technology has made it possible to reduce the size of speakers and microphones to fractions of centimeters, which made it possible to form a surface filled with thousands of microphones as much as possible and another surface with thousands of speakers associated with them.
Теоретические основы заявляемого изобретения базируются на следующем постулате: при падении волнового фронта 1 на поверхность с микрофонами 2, значение частоты звука в соответствующем сегменте фронта, пришедшегося на данный микрофон, передается на попарно соединенный с микрофоном динамик. Динамики расположены на своей поверхности 3 на том же расстоянии друг от друга, в той же пространственной позиции друг от друга (конгруэнтно), что и соответствующие им (соединенные с ними) микрофоны. Учитывая, что разные сегменты волнового фронта приходят к разным микрофонам поверхности 2 в разные моменты времени, испускание волн соответствующими динамиками происходит с теми же временными задержками. В таком случае, излучаемые динамиками сферические волны распространяются на разное расстояние, формируя в результате интерференции волновой фронт 4, который конгруэнтен исходному, приходящему на поверхность с микрофонами (фиг.2). The theoretical foundations of the claimed invention are based on the following postulate: when the
Восстановленный динамиками волновой фронт 4 продолжает распространяться в пространстве в том направлении и в том виде, в каком он пришел к поверхности микрофонов (не считая краевых эффектов). Динамики, излучающие волны, можно рассматривать как первичные источники в соответствии с принципом Гюйгенса - Френеля.The wavefront 4 restored by the speakers continues to propagate in space in the direction and in the form in which it came to the surface of the microphones (excluding edge effects). Wave-emitting speakers can be viewed as primary sources according to the Huygens-Fresnel principle.
Звуковые волны, переданные или записанные благодаря данному изобретению, физически (их геометрия и частота) приближены к тем, что были испущены от реального источника, в отличие от бинаурального эффекта стереофонии, основанного на анатомических особенностях уха человека. По аналогии с оптическим голографическим эффектом точного восстановления световой волны такое точное воспроизведение звуковой волны в рамках заявляемого изобретения называется голографическим. The sound waves transmitted or recorded by this invention are physically (their geometry and frequency) close to those emitted from a real source, in contrast to the binaural stereo effect based on the anatomical features of the human ear. By analogy with the optical holographic effect of accurate reconstruction of a light wave, such an accurate reproduction of a sound wave in the framework of the claimed invention is called holographic.
Заявляемая система, а также устройство, которое может быть реализовано на ее основе, никак не связаны с бинауральным эффектом, не являются развитием стереофонии, и не требуют специального расположения поверхностей с микрофонами и динамиками в пространстве. По аналогии с оптической голографией, человек, находясь в разных местах или перемещаясь относительно поверхности динамиков, слышит звуки с тех же направлений от источников, как если бы он находился на тех же местах относительно реальных источников. The claimed system, as well as the device that can be implemented on its basis, are in no way connected with the binaural effect, are not the development of stereo phony, and do not require a special arrangement of surfaces with microphones and speakers in space. By analogy with optical holography, a person, being in different places or moving relative to the surface of the speakers, hears sounds from the same directions from sources, as if he were in the same places relative to real sources.
Такой результат достигается, в том числе, за счет расположения большого количества независимых (в отличие от микрофонной решетки) ненаправленных микрофонов на двумерной поверхности, выполненной в форме плоскости, сферического сегмента и т.д., постоянно ориентированных (на максимальную чувствительность по диаграмме направленности) в одну сторону, предпочтительно – перпендикулярно поверхности, то есть перпендикулярно касательной плоскости, проведенной к первой поверхности в точке крепления каждого микрофона и, соответственно, попарно соединенных с динамиками, расположенными по идентичному принципу на аналогичной двумерной поверхности. This result is achieved, among other things, due to the location of a large number of independent (as opposed to a microphone array) non-directional microphones on a two-dimensional surface made in the form of a plane, a spherical segment, etc., constantly oriented (at the maximum sensitivity in the directional pattern) in one direction, preferably perpendicular to the surface, that is, perpendicular to the tangent plane drawn to the first surface at the attachment point of each microphone and, accordingly, in pairs connected to the speakers located in the same way on a similar two-dimensional surface.
Очевидно, что максимальная плотность размещения микрофонов и соответствующих им динамиков на максимально большой по площади поверхности является залогом максимальной приближенности характеристик воспроизводимого звука к источнику (источникам). Obviously, the maximum density of placement of microphones and their corresponding speakers on the largest surface area is a guarantee of the maximum approximation of the characteristics of the reproduced sound to the source (s).
Однако для разных задач условия фиксации микрофонами и восстановления звукового фронта могут отличаться, например, для целей регистрации источника, для звука видеозаписи, для записи концертной деятельности и прочее. However, for different tasks, the conditions for fixing microphones and restoring the sound front may differ, for example, for the purpose of registering a source, for sound of a video recording, for recording a concert activity, etc.
Система может быть реализована в виде устройства, в котором множество независимых, попарно соединенных с динамиками микрофонов располагают на первой поверхности на расстоянии между центрами микрофонов, не превышающем 0,5 длины регистрируемой микрофонами звуковой волны. Соединенные с ними попарно динамики располагают на конгруэнтной второй поверхности с обеспечением идентичного их расположения относительно парных микрофонов. Интерференция от излучаемых динамиками звуковых волн восстанавливает геометрию фронта звуковой волны в дополнение к частотным характеристикам. Поверхность для микрофонов и конгруэнтная ей для динамиков предпочтительно выполнены или покрыты звукопоглощающим материалом. Форма таких поверхностей может быть любой удобной – круг, сегмент сферы, цилиндр и т.д. Полусфера или сферический сегмент наиболее предпочтительны, так как будут более полно принимать и восстанавливать звучание от нескольких, расположенных в разных сторонах от сферы источников и уменьшать краевые эффекты. Для фиксации микрофонов и динамиков в поверхностях могут быть выполнены полости, размеры которых соизмеримы с габаритными размерами микрофонов и динамиков, что позволяет минимизировать эффекты отражения (ревербации от соседних участков поверхности) для микрофонов и нелинейной диаграммы направленности для динамиков. Также для реализации заявляемой системы и устройства на ее основе могут быть использованы пары микрофон-динамик, ориентированные на разные частоты. Такие разночастотные пары микрофонов и динамиков равномерно располагают по первой и второй поверхностям соответственно. То есть, микрофоны и динамики низкой частоты располагают редкой сеткой (в небольшом количестве), микрофоны и динамики средних частот располагают чаще (в большем количестве) а, наконец, высокочастотные пары располагают более частым образом. Так, например, может быть установлено несколько микрофонов и динамиков для низких частот (длина волны больше, например, 0,1 метра), в промежутках между которыми в большем количестве расположены микрофоны и динамики, соответственно, для высоких и средних частот.The system can be implemented in the form of a device in which a plurality of independent microphones connected in pairs to the speakers are placed on the first surface at a distance between the centers of the microphones not exceeding 0.5 of the length of the sound wave recorded by the microphones. Speakers connected to them in pairs are positioned on a congruent second surface to ensure their identical location relative to paired microphones. Interference from the sound waves emitted by the speakers restores the geometry of the sound wave front in addition to the frequency response. The surface for the microphones and the congruent surface for the loudspeakers are preferably made or covered with a sound absorbing material. The shape of such surfaces can be any convenient - a circle, a segment of a sphere, a cylinder, etc. A hemisphere or spherical segment is most preferable, since it will more fully receive and restore sound from several sources located on different sides of the sphere and reduce edge effects. To fix microphones and speakers, cavities can be made in the surfaces, the dimensions of which are commensurate with the overall dimensions of microphones and speakers, which makes it possible to minimize the effects of reflection (reverberation from adjacent surface areas) for microphones and a nonlinear radiation pattern for speakers. Also, for the implementation of the claimed system and a device based on it, microphone-speaker pairs oriented to different frequencies can be used. Such different-frequency pairs of microphones and speakers are evenly placed on the first and second surfaces, respectively. That is, microphones and low-frequency speakers have a sparse grid (in a small number), microphones and mid-frequency speakers are placed more often (in larger numbers), and, finally, high-frequency pairs are placed more often. So, for example, several microphones and speakers for low frequencies (wavelength longer, for example, 0.1 meters) can be installed, in the intervals between which microphones and speakers are located in a larger number, respectively, for high and medium frequencies.
Для сокращения количества контактных проводов, соединяющих микрофоны и динамики, передача звукового сигнала может быть организована посредством одного или нескольких цифровых каналов. Для осуществления записи звуковой информации сигналы с микрофонов направляют на постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Процессор устройства соединен с выходами всех микрофонов и расположен, например, на общей микросхеме. Процессор ПЗУ формирует один канал записи/передачи, на который он передает сигналы со всех микрофонов последовательно, за время, меньшее среднего времени, необходимого звуковой волне для преодоления расстояния между соседними микрофонами. Полученную таким образом развертку электрических сигналов (поступающих с микрофонов) записывают в ПЗУ (например, компьютер) и/или передают по линейному каналу, например, через Интернет, к другому процессору, транслирующему электрические сигналы в той же последовательности за то же время на соответствующие (конгруэнтно расположенные) динамики. Период (время), за который процессор должен опрашивать по очереди все микрофоны (и за который другой процессор должен подавать сигналы на динамики) определен следующим образом. Указанное время не превышает времени распространения звуковой волны между двумя соседними микрофонами. Так, если расстояние между микрофонами составляет около 0,01 м, а скорость звука – 330 м/с, тогда период между получением сигналов от одного микрофона процессором (период развертки) должен быть около 30 миллисекунд. При этом условии фронт волны будет считан (и, соответственно, потом восстановлен) наиболее точно. Для удобства или в случае использования микрофонов с разными характеристиками сигнал может быть передан по нескольким каналам. В результате к слушателю приходит звук, не только восстановленный по частоте, но и по геометрическому виду фронта звуковой волны, направлению ее движения, что, в частности, позволяет слушателям локализовывать в пространстве разные источники звука.To reduce the number of contact wires connecting microphones and speakers, the transmission of an audio signal can be organized through one or more digital channels. To record audio information, signals from microphones are directed to read-only memory (ROM). The processor of the device is connected to the outputs of all microphones and is located, for example, on a common microcircuit. The ROM processor forms one recording / transmission channel, to which it transmits signals from all microphones sequentially, in a time less than the average time required for a sound wave to cover the distance between adjacent microphones. The resulting scan of electrical signals (coming from microphones) is recorded in ROM (for example, a computer) and / or transmitted via a linear channel, for example, via the Internet, to another processor that transmits electrical signals in the same sequence at the same time to the corresponding ( congruently positioned) speakers. The period (time) for which the processor must poll all microphones in turn (and for which another processor must send signals to the speakers) is defined as follows. The specified time does not exceed the propagation time of a sound wave between two adjacent microphones. So, if the distance between the microphones is about 0.01 m, and the speed of sound is 330 m / s, then the period between receiving signals from one microphone by the processor (sweep period) should be about 30 milliseconds. Under this condition, the wave front will be read (and, accordingly, then reconstructed) most accurately. For convenience or in the case of using microphones with different characteristics, the signal can be transmitted over several channels. As a result, the listener receives sound, not only reconstructed in frequency, but also in the geometric appearance of the sound wave front, the direction of its movement, which, in particular, allows listeners to localize different sound sources in space.
Необходимо отметить, что количество передаваемой или записываемой информации о подобном голографическом звуке оказывается гораздо больше, чем в случае привычного моно- или стереозвучания, (также как обычная оптическая голография требует большей информационной емкости, чем фотография). За счет использования компьютера в качестве записывающего и транслирующего средства, можно исключить те или иные помехи, мешающие точному восстановлению фронта волны, либо создавать необычные звуковые спецэффекты, изменяя восстанавливаемую волну.It should be noted that the amount of transmitted or recorded information about such a holographic sound turns out to be much greater than in the case of the usual mono or stereo sound (just as ordinary optical holography requires more information capacity than photography). By using a computer as a recording and broadcasting means, it is possible to exclude certain interference interfering with accurate reconstruction of the wave front, or to create unusual sound special effects by changing the reconstructed wave.
Специального расположения поверхностей относительно источников звука или слушателей в данном случае не требуется. Данный факт представляет собой существенное преимущество заявляемой системы в отличие от систем и устройств, использующих бинауральный эффект.A special arrangement of surfaces with respect to sound sources or listeners is not required in this case. This fact is a significant advantage of the claimed system as opposed to systems and devices using the binaural effect.
Конечно, учитывая, что поверхности микрофонов и динамиков имеют конечный размер, краевые эффекты при большом удалении от динамиков смазывают эффект восстановления звукового фронта, также, как это происходит при рассмотрении под углом пластинки с оптической голографией, более удачной является конструкция сферической поверхности (или сегментов поверхности) микрофонов.Of course, given that the surfaces of microphones and speakers have a finite size, edge effects at a large distance from the speakers smear the effect of sound front restoration, just as it happens when viewed from an angle of a plate with optical holography, a more successful design is a spherical surface (or surface segments ) microphones.
Для формирования записывающей и излучающей частей системы используют не менее 400 микрофонов и, соответственно, не менее 400 динамиков. Заявляемая система с первой и второй поверхностями с размещенными на них микрофонами и динамиками позволит восстановить фронт звуковой волны, если линейные размеры поверхности динамиков должны быть больше длины волны. Так, например, для регистрируемой и воспроизводимой звуковой волны длиной около 20 см, учитывая размеры динамиков, потребуется, по меньшей мере, 20*20=400 динамиков. То есть, система включает не менее 400 пар микрофон-динамик, размещенных на соответствующих поверхностях.To form the recording and emitting parts of the system, at least 400 microphones and, accordingly, at least 400 speakers are used. The inventive system with the first and second surfaces with microphones and speakers placed on them will make it possible to restore the sound wave front if the linear dimensions of the speaker surface should be greater than the wavelength. So, for example, for a recorded and reproduced sound wave with a length of about 20 cm, taking into account the size of the speakers, at least 20 * 20 = 400 speakers will be required. That is, the system includes at least 400 microphone-speaker pairs placed on appropriate surfaces.
Примеры конкретного выполненияExamples of specific implementation
Пример 1Example 1
Так, для наиболее качественного воспроизведения звуков человеческой речи для одиночных слушателей, например, в квартире, линейные размеры поверхностей системы: излучающей и записывающей и, соответственно, плотность расположения микрофонов и динамиков на них можно определить из следующих соображений. Длина звуковой волны в воздухе для самого низкого мужского голоса достигает 4,3 м, а для самого высокого женского голоса 25 см. Соответственно, для лучшей передачи всех оттенков человеческой речи и пения, линейные размеры поверхностей должны составлять около 1 метра в диаметре, что позволит фиксировать и восстанавливать фронт длинных волн, а расстояние между микрофонами (а также, между динамиками) – порядка 10 сантиметров. Учитывая однако, что большинство звуков музыки формируют высокое звучание (например, скрипка), то для большей точности восстановления всех звуковых фронтов расстояние между центрами микрофонов и, соответственно, динамиков, должно быть не более 1 см. Эти значения хорошо совпадают с линейными характеристиками современных микрофонов и динамиков, используемых в гаджетах, которые составляют около 10 мм2.So, for the most high-quality reproduction of human speech sounds for single listeners, for example, in an apartment , the linear dimensions of the surfaces of the system: emitting and recording and, accordingly, the density of the microphones and speakers on them can be determined from the following considerations. The sound wavelength in the air for the lowest male voice reaches 4.3 m, and for the highest female voice 25 cm.Accordingly, for the best transmission of all shades of human speech and singing, the linear dimensions of the surfaces should be about 1 meter in diameter, which will allow to fix and restore the front of long waves, and the distance between the microphones (as well as between the speakers) is about 10 centimeters. Considering, however, that most music sounds form high sounding (for example, a violin), then for greater accuracy in restoring all sound fronts, the distance between the centers of the microphones and, accordingly, the speakers should be no more than 1 cm. These values coincide well with the linear characteristics of modern microphones. and speakers used in gadgets, which are about 10 mm 2 .
Пример 2 Example 2
Наиболее точным получится воспроизведение звуков со сцены для удаленных задних рядов театров или концертных залов, если поверхность микрофонов выполнена длинной, во всю сцену, плоскостью, расположенной перед сценой (внизу, чтобы не мешать действию) и обращенной микрофонами к сцене. Конгруэнтная ей поверхность с динамиками, обращенными к задним рядам, в таком случае должна находиться перед задними рядами зрительного зала. Линейное расстояние между соседними микрофонами и соседними динамиками на соответствующих поверхностях не должно быть больше, чем в предыдущем примере – около 10 сантиметров. При таком взаимном расположении записывающей и излучающей поверхностей (частей системы) слушатели задних рядов услышат звуки со сцены именно так, с тех же направлений, с теми же эффектами эха и ревербации от задних стен, как слушатели первых рядов.The most accurate reproduction of sounds from the stage will be obtained for the remote back rows of theaters or concert halls, if the surface of the microphones is made long, in the entire stage, with a plane located in front of the stage (below, so as not to interfere with the action) and directed by the microphones to the stage. The congruent surface with the speakers facing the back rows, in this case, should be in front of the back rows of the auditorium. The line distance between adjacent microphones and adjacent speakers on the respective surfaces should not be more than in the previous example - about 10 centimeters. With such a mutual arrangement of the recording and emitting surfaces (parts of the system), listeners in the back rows will hear sounds from the stage in exactly the same way, from the same directions, with the same echo and reverb effects from the back walls, as listeners in the front rows.
Пример 3Example 3
Заявляемая система может быть использована при создании звуковых эффектов для индустрии развлечений. Устройство, реализующее способ аудиоголографической записи и воспроизведения звуковой информации может не только восстанавливать фронт звуковой волны, но и изменять его. Для этого можно менять как порядок сочетаний микрофон – динамик, так и напрямую задерживать сигнал к определенным динамикам. Построенный ими фронт волны в этих случаях окажется измененным. Если ранее можно было только менять частоту звучания источника, то в данном случае и кажущееся его расположение будет меняться. Например, в случае использования поверхностей, выполненных в виде сегмента сферы, динамики будут передавать волну в ту сторону, куда она падает на поверхность микрофонов, а слушателю, перемещающемуся вокруг динамиков, будет казаться, что он приближается или удаляется к источнику звука. Тогда можно изменять (нарушать конгруэнтность подключений пар) подключения от микрофона, с течением времени подсоединять разные микрофоны к разным динамикам. Если делать этот сегмент за сегментом сферы, то неподвижному слушателю будет казаться, что источник звука перемещается по кругу, подходя к нему, удаляясь (поднимаясь в вверх, падая). Особенно это будет эффектно при передаче звука от протяженных источников – оркестра, хора - «вращающихся» и «двигающихся» для слушателя. The claimed system can be used to create sound effects for the entertainment industry. A device that implements the method of audio-holographic recording and reproduction of sound information can not only restore the front of the sound wave, but also change it. To do this, you can change both the order of the microphone - speaker combinations, and directly delay the signal to certain speakers. The wave front built by them will be changed in these cases. If earlier it was possible only to change the frequency of the source sound, then in this case its apparent location will also change. For example, in the case of using surfaces made in the form of a segment of a sphere, the speakers will transmit the wave in the direction where it hits the surface of the microphones, and the listener moving around the speakers will feel that he is approaching or receding to the sound source. Then you can change (break the congruence of pair connections) the connections from the microphone, over time, connect different microphones to different speakers. If you do this segment by segment of the sphere, then the motionless listener will feel that the sound source is moving in a circle, approaching it, moving away (going up, falling). This will be especially effective when transmitting sound from extended sources - orchestra, chorus - "rotating" and "moving" for the listener.
Такое свойство легко получить программным способом при передаче сигнала разверткой, особенно цифровой, с помощью дополнительного процессора.This property is easy to obtain by software when transmitting a signal by scanning, especially digital, using an additional processor.
Пример 4Example 4
Микрофоны и динамики для реализации выбраны наиболее малых размеров, т.е. сравнимые с используемыми, например, в смартфонах (например, https://www.chipdip.ru/catalog/popular/mikrofon-elektretnyj). В качестве динамиков использованы динамики для гарнитур – телефонные капсюли и миниатюрные головки громкоговорителей (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%84%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%B0%D0%BF%D1%81%D1%8E%D0%BB%D1%8C), например https://www.eldr.ru/catalog/otechestvennye/akusticheskie_komponenty_ru/kapsyuli_telefonnye_ru/. Microphones and loudspeakers for implementation have been chosen of the smallest sizes, i.e. comparable to those used, for example, in smartphones (for example, https://www.chipdip.ru/catalog/popular/mikrofon-elektretnyj). Headset speakers - telephone capsules and miniature speaker heads (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%84%D0% BE% D0% BD% D0% BD% D1% 8B% D0% B9_% D0% BA% D0% B0% D0% BF% D1% 81% D1% 8E% D0% BB% D1% 8C), for example https: //www.eldr.ru/catalog/otechestvennye/akusticheskie_komponenty_ru/kapsyuli_telefonnye_ru/.
Линейные размеры каждого микрофона и динамика составляют не более 0,5 см в диаметре. Для лучшего звучания они расположены на плоских дисках диаметром 50 сантиметров (площадь около 2000 см2). Диски выполнены из губчатой резины, микрофоны на одном и динамики на другом дисках расположены в круглых полостях диаметром 1 см и глубиной 0,5 см. Среднее расстояние между краями соседних микрофонов/динамиков – 1 см. Соединение пар организовано напрямую посредством проводного соединения, всего 1000 пар микрофонов – динамиков. Питание –от общего источника питания, аккумулятора. Расстояние между поверхностями составляло 10 метров. The linear dimensions of each microphone and speaker are no more than 0.5 cm in diameter. For better sounding, they are located on flat discs with a diameter of 50 centimeters (area about 2000 cm 2 ). The discs are made of sponge rubber, the microphones on one and the speakers on the other discs are located in circular cavities with a diameter of 1 cm and a depth of 0.5 cm.The average distance between the edges of adjacent microphones / speakers is 1 cm. pairs of microphones - speakers. Power supply - from a common power source, battery. The distance between the surfaces was 10 meters.
Пример 5Example 5
В отличие от Примера 4, выбранная поверхность представляет собой фрагмент сферы –диаметром 50 см. и высотой 25 см. (в этом случае площадь такого сферического сегмента будет равной площади круга радиусом 50 см, как в предыдущем примере, около 2000 см2). Подобное расположение позволяет удачно записывать звуки от разных, расположенных с разных сторон от микрофонной поверхности источников и воспроизводить их динамиками так точно, как если бы они геометрически располагались вокруг них.Unlike Example 4, the selected surface is a fragment of a sphere - 50 cm in diameter and 25 cm high (in this case, the area of such a spherical segment will be equal to the area of a circle with a radius of 50 cm, as in the previous example, about 2000 cm 2 ). This arrangement allows you to successfully record sounds from different sources located on different sides of the microphone surface and reproduce them by the speakers as if they were geometrically located around them.
Пример 6Example 6
В отличие от Примера 4 исключено проводное соединение пар микрофон-динамик. Вместо этого микрофоны направляют сигнал на ПЗУ, процессоры которых записывают по очереди сигналы от микрофонов с периодом в 100 миллисекунд. Такая запись попеременно от всех 1000 микрофонов хранится на флэш – карте. Данные с нее направляли на ПЗУ для динамиков и подавали изменяющийся раз в 100 мс сигнал на каждый из динамиков. Unlike Example 4, the wired connection of microphone-speaker pairs is excluded. Instead, the microphones send the signal to the ROM, the processors of which record the signals from the microphones in turn with a period of 100 milliseconds. This recording is alternately stored from all 1000 microphones on the flash card. The data from it was sent to the ROM for the speakers and a signal that changed every 100 ms was fed to each of the speakers.
Для проверки качества восстановленного звука был использован источник звука, расположенный на расстоянии 1 метра от поверхности с микрофонами под углом 450 (под таким углом фронт волны падает на поверхность с микрофонами). Источник формировал короткие тональные импульсные сигналы на частоте 150 Гц (средней частоте человеческого голоса). Направление и вид фронта звуковой волны был измерен с помощью узконаправленного микрофона Rode VideoMic Pro Rycote. (https://on.pleer.ru/product_239015_Rode_VideoMic_Pro_Rycote.html#desc ). Микрофон регистрировал силу звука (в децибелах) в десяти точках на расстоянии 1см от поверхности микрофонов и в разных направлениях (перпендикулярно к поверхности, под углом 450 градусов - направление на источник звука, и вдоль поверхности от источника звука). Полученные результаты сравнивались с данными направленного микрофона в конгруэнтно расположенных десяти точках на расстоянии 1см, в десяти точках на расстоянии 10см и десяти точках на расстоянии 100 сантиметров от поверхности динамиков. В указанных точках микрофон также был направлен: перпендикулярно к поверхности, под углом 450 и вдоль поверхности от источника звука. Установлено, что сила звука при направлении на реальный источник, от него и при направлении по нормали к поверхности меняется около микрофонов (т.е. в случае с реальным источником) так же, как и при воспроизведении звука поверхностью динамиков, разница составляла менее 10%.Таким образом, поверхностью динамиков выделялось направление голографического источника звука. Также оказалось, что сила звука снижается с удалением от динамиков (от 1 до 100 см), по аналогии со снижением силы звука при удалении от реального источника, но с сохранением направления на этот источник звука. Таким образом, воссоздаваемый фронт звуковой волны был создан и распространялся так же, как звуковая волна от реального источника. Воспроизведение звука системой позволило сформировать идентичную настоящей картину локализации источника. Также портативным частотомером GOOIT GY561 (https://supereyes.ru/catalog/CHastotomery/izmeritel_gy561/?roistat=merchant10_g_73384793880_online:ru:RU:5782&roistat_referrer=&roistat_pos=&gclid=CjwKCAjw5p_8BRBUEiwAPpJO6wKuTgqr1twLg0kBKj-SDZA6GbO7WEEPD8luBePv61HlWUm34tmA2RoCUkAQAvD_BwE) была измерена частота звука в тех же точках около микрофонов и проведено сравнение с данными о частоте в точках около поверхности динамиков. Данная операция была бы излишней в случае одной пары микрофон – динамик и свелась бы к проверке заявленных производителями свойств этих гаджетов, однако для заявляемой системы сравнение частотных характеристик источника звука около микрофонов и около динамиков показывает ее возможное изменение из-за интерференции, в частности, краевых эффектов. Установлено, что численное значение длины восстановленной звуковой волны совпадает с исходными характеристиками звуковой волны с погрешностью до 5-10%. Таким образом, и частотные, и геометрические характеристики (фронт, локализация) восстановленной волны оказались, практически, идентичны настоящим.To check the quality of the reconstructed sound, a sound source was used, located at a distance of 1 meter from the surface with microphones at an angle of 45 ° (at this angle, the wave front falls on the surface with microphones). The source generated short tones at 150 Hz (the average frequency of the human voice). The direction and appearance of the sound wavefront was measured with a Rode VideoMic Pro Rycote directional microphone. (https://on.pleer.ru/product_239015_Rode_VideoMic_Pro_Rycote.html#desc). The microphone recorded the sound intensity (in decibels) at ten points at a distance of 1 cm from the surface of the microphones and in different directions (perpendicular to the surface, at an angle of 45 0 degrees - the direction to the sound source, and along the surface from the sound source). The results obtained were compared with the data of a directional microphone at ten congruently located points at a distance of 1 cm, at ten points at a distance of 10 cm, and ten points at a distance of 100 cm from the surface of the speakers. At the indicated points, the microphone was also directed: perpendicular to the surface, at an angle of 45 ° and along the surface from the sound source. It was found that the strength of sound when directed to a real source, from it and when directed normal to the surface, changes near the microphones (i.e., in the case of a real source) in the same way as when the sound is reproduced by the surface of the speakers, the difference was less than 10% Thus, the direction of the holographic sound source was distinguished by the surface of the speakers. It also turned out that the sound intensity decreases with distance from the speakers (from 1 to 100 cm), similar to the decrease in sound intensity with distance from the real source, but with the same direction to this sound source. Thus, the reconstructed sound wave front was created and propagated in the same way as the sound wave from a real source. The sound reproduction by the system made it possible to form an identical picture of the real source localization. Also, portable frequency counter GOOIT GY561 (https://supereyes.ru/catalog/CHastotomery/izmeritel_gy561/?roistat=merchant10_g_73384793880_online:ru:RU:5782&roistat_referrer=&roistat_pos=&gclid=CjwKCAjw5p_8BRBUEiwAPpJO6wKuTgqr1twLg0kBKj-SDZA6GbO7WEEPD8luBePv61HlWUm34tmA2RoCUkAQAvD_BwE) frequency sound was measured at the same points around the microphones and comparison with the data on frequency at points near the surface of the speakers. This operation would be superfluous in the case of one microphone-speaker pair and would be reduced to checking the properties of these gadgets declared by the manufacturers, however, for the claimed system, a comparison of the frequency characteristics of the sound source near the microphones and near the speakers shows its possible change due to interference, in particular, edge effects. It was found that the numerical value of the length of the reconstructed sound wave coincides with the original characteristics of the sound wave with an error of up to 5-10%. Thus, both the frequency and geometric characteristics (front, localization) of the reconstructed wave turned out to be practically identical to the real ones.
Следует отметить также, что для обычного стереофонического воспроизведения/передачи звука через один динамик (громкоговоритель), интерференция разных волн нарушает качество звучания. Тогда как в предлагаемой системе, наоборот, интерференция лежит в основе возможности точной передачи звуковой волны.It should also be noted that for normal stereo sound reproduction / transmission through one speaker (loudspeaker), the interference of different waves degrades the sound quality. Whereas in the proposed system, on the contrary, interference underlies the possibility of accurate transmission of a sound wave.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134251A RU2751440C1 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | System for holographic recording and playback of audio information |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134251A RU2751440C1 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | System for holographic recording and playback of audio information |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751440C1 true RU2751440C1 (en) | 2021-07-13 |
Family
ID=77020049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020134251A RU2751440C1 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | System for holographic recording and playback of audio information |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751440C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5333202A (en) * | 1988-06-09 | 1994-07-26 | Okaya Akira | Multidimensional stereophonic sound reproduction system |
| DK1730993T3 (en) * | 2004-03-23 | 2012-01-23 | Oticon As | Hearing aid with two or more microphones |
| US20130216070A1 (en) * | 2010-11-05 | 2013-08-22 | Florian Keiler | Data structure for higher order ambisonics audio data |
| WO2013148083A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Qualcomm Incorporated | Systems, methods, and apparatus for producing a directional sound field |
| US20190295592A1 (en) * | 2017-11-02 | 2019-09-26 | AcoustiX VR Inc. | Acoustic Holographic Recording and Reproduction System Using Meta Material Layers |
-
2020
- 2020-10-19 RU RU2020134251A patent/RU2751440C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5333202A (en) * | 1988-06-09 | 1994-07-26 | Okaya Akira | Multidimensional stereophonic sound reproduction system |
| DK1730993T3 (en) * | 2004-03-23 | 2012-01-23 | Oticon As | Hearing aid with two or more microphones |
| US20130216070A1 (en) * | 2010-11-05 | 2013-08-22 | Florian Keiler | Data structure for higher order ambisonics audio data |
| WO2013148083A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Qualcomm Incorporated | Systems, methods, and apparatus for producing a directional sound field |
| US20190295592A1 (en) * | 2017-11-02 | 2019-09-26 | AcoustiX VR Inc. | Acoustic Holographic Recording and Reproduction System Using Meta Material Layers |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Daniel, Jerome & Nicol, Rozenn & Moreau, Sébastien. Further investigations of high order ambisonics and wavefield synthesis for holophonic sound imaging, 2003. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11184727B2 (en) | Audio signal processing method and device | |
| US5764777A (en) | Four dimensional acoustical audio system | |
| Camras | Approach to recreating a sound field | |
| US5333200A (en) | Head diffraction compensated stereo system with loud speaker array | |
| Hacihabiboglu et al. | Perceptual spatial audio recording, simulation, and rendering: An overview of spatial-audio techniques based on psychoacoustics | |
| JP4921161B2 (en) | Method and apparatus for reproducing a natural or modified spatial impression in multi-channel listening, and a computer program executing the method | |
| US7489788B2 (en) | Recording a three dimensional auditory scene and reproducing it for the individual listener | |
| US9197977B2 (en) | Audio spatialization and environment simulation | |
| US7558393B2 (en) | System and method for compatible 2D/3D (full sphere with height) surround sound reproduction | |
| CA2499754A1 (en) | System and method for integral transference of acoustical events | |
| Wiggins | An investigation into the real-time manipulation and control of three-dimensional sound fields | |
| Zotter et al. | A beamformer to play with wall reflections: The icosahedral loudspeaker | |
| CA2744429C (en) | Converter and method for converting an audio signal | |
| Pulkki et al. | Spatial effects | |
| Malham | Approaches to spatialisation | |
| Ifergan et al. | On the selection of the number of beamformers in beamforming-based binaural reproduction | |
| RU2751440C1 (en) | System for holographic recording and playback of audio information | |
| Hacihabiboğlu et al. | Panoramic recording and reproduction of multichannel audio using a circular microphone array | |
| KR20080098307A (en) | Apparatus and method for surround soundfield reproductioin for reproducing reflection | |
| CN110099351B (en) | Sound field playback method, device and system | |
| Enomoto et al. | 3-D sound reproduction system for immersive environments based on the boundary surface control principle | |
| De Sena | Analysis, design and implementation of multichannel audio systems | |
| Smith III | A spatial sampling approach to wave field synthesis: PBAP and huygens arrays | |
| US20230370777A1 (en) | A method of outputting sound and a loudspeaker | |
| GB2369976A (en) | A method of synthesising an averaged diffuse-field head-related transfer function |