ЗВУКОВАЯ СИСТЕМА
AUDIO SYSTEM

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к блоку вычисления для звуковой системы, к соответствующему способу для вычисления воспроизведения звука и к звуковой системе.
Для воспроизведения звука, в частности воспроизведения звука фильма, существуют разные виды систем, которые отличаются в отношении их сложности и качества воспроизведения. Упоминание звука фильма относится к кинотеатру. Кинотеатры обеспечивают многоканальный объемный звук, с помощью громкоговорителей, инсталлированных не только спереди у экрана, но дополнительно по бокам и сзади. Боковые и задние громкоговорители обеспечивают охватывающий объемный звук.
Применительно к дому, так называемые системы домашнего кинотеатра, как правило, содержат пять громкоговорителей и сабвуфер. Три из громкоговорителей находятся спереди и два находятся по бокам/сзади. Боковые/задние громкоговорители часто представляют проблему: Люди часто обходятся без них, чтобы не только избежать обычно отвлекающих громкоговорителей сзади, но также соответствующей прокладки кабеля.
Альтернативой системам домашнего кинотеатра являются звуковые панели. На рынке присутствует много вариаций звуковых панелей. Наиболее сложные звуковые панели не только улучшают звук в пространственном отношении, но также формируют лучи, чтобы проецировать звуковые сигналы вбок/назад, с помощью отражающих стен. В данном случае, истинное объемное звучание с помощью звука, воспринимаемого сбоку/сзади, воспроизводится без громкоговорителей объемного звучания.
Звуковая панель, проецирующая звуковые каналы вбок/назад содержит массив громкоговорителей, который проецирует, по меньшей мере, один канал вбок/назад посредством лучеформирования, например, лучеформирователь, работающий по принципу суммирования и задержки. Ограничение лучеформирователей по принципу суммирования и задержки состоит в том, что апертура массива должна быть, по меньшей мере, размера порядка величины длины волны излучаемой частоты звука. Если массив меньше в сравнении с длиной волны, направляющий луч не может быть сформирован.
Например, когда звуковая панель длиной 1.2м излучает звук при 200Гц (длина волны 1.7м), то не может быть сформирован луч с высокой направленностью. Следовательно, звуковые панели могут эффективно проецировать звук вбок/назад только при средних и высоких частотах. Низкие частоты будут воспроизводиться спереди, поскольку проекция через стены требует очень высокой направленности (такой, что очень низкий уровень звука достигает слушателей напрямую, тогда как большая часть звука достигает слушателей через отражаемый стеной луч).
Патент США US 8,477,951 раскрывает систему воспроизведения массива громкоговорителей, которая улучшает стерео-эффект сигналов средней и низкой частоты посредством использования психоакустической модели. Входной сигнал разбивается, и одна часть, для которой лучеформирование не выполняется, воспроизводится, используя методики виртуализации, основанные на обработке HRTF, а другая часть обрабатывается, используя методики лучеформирования. Дальнейшие аудиосистемы, содержащие множество каналов, которые имеют массив громкоговорителей, раскрываются Патентной Заявкой США US 2005/0089182 и Патентом США US 5,953,432.
Патент US 8,189,795 раскрывает обработку для использования массива громкоговорителей, где полосы высокой и низкой частоты воспроизводятся разными путями. В то время, как высокочастотная часть воспроизводится, используя методики лучеформирования, низкочастотная часть дополнительно делится на коррелированную и некоррелированную части, которые затем воспроизводятся посредством дополнительных вне-массивных громкоговорителей с другой направленностью.
Патент США US 8,150,068 раскрывает систему воспроизведения массива для ввода объемного звука, которая использует частотное разделение на части высокой и низкой частоты. Более высокая частота воспроизводится, используя массив громкоговорителей для лучеформирования и используя отражения стены. Часть более низкой частоты отличных входных каналов суммируется в сигналы, которые выводятся через один или более громкоговорители-вуферы.
Все вышеприведенные методики имеют недостаток, который заключается в высокой сложности и/или ограниченном качестве воспроизведения объемного звучания. Вследствие этого, существует потребность в улучшенном подходе.
Цель изобретения состоит в предоставлении концепции для улучшения воспроизведения объемного звука посредством использования звуковой системы.
Цель решается посредством предмета изобретения независимых пунктов формулы изобретения.
Вариант осуществления изобретения предоставляет блок вычисления для звуковой системы, которая содержит, по меньшей мере, массив со множеством преобразователей. Блок вычисления содержит средство ввода для приема аудиопотока, который должен быть воспроизведен используя массив, процессор и средство вывода для управления звуковой системой/массивом. Аудиопоток обладает определенным частотным диапазоном, например, от 20Гц до 20кГц. Процессор выполнен с возможностью вычисления первого множества отдельных аудиосигналов для преобразователей массива таким образом, что посредством массива выполняется лучеформирование. Кроме того, процессор выполнен с возможностью вычисления второго множества отдельных аудиосигналов для преобразователей звуковой системы, чтобы выполнять, используя преобразователи, так называемое подавление прямого звука таким образом, что звук нейтрализуется в направлении прослушивания. Это может быть реализовано посредством методики, именуемой формирование диполя (dipoling) (например, применение сигналов с фазовым сдвигом к преобразователям, которые размещены на расстоянии друг от друга) и/или посредством методики, именуемой нейтрализацией звука (например, содержащей манипуляцию или корреляцию лучеформирования), выполняемой звуковой системой. Здесь, первое множество отдельных аудиосигналов содержит частотный диапазон, соответствующий первому участку полного частотного диапазона аудиопотока (например, частотный диапазон от 400Гц до 2000Гц или от 500Гц до 5000Гц или полный частотный диапазон аудиопотока). Процессор фильтрует второе множество отдельных аудиосигналов, используя вторую характеристику полосы пропускания (например, от 100Гц до 500Гц или от 200Гц до 400Гц), т.е., вторая характеристика полосы пропускания содержит второй участок полного частотного диапазона аудиопотока. В целом, второй участок отличается от первого участка.
Методики, раскрываемые в данном документе, основаны на знании о том, что качество эффектов объемного звучания, генерируемых при помощи лучеформирования, варьируется по полному частотному диапазону. Подробнее, лучеформирование ограничено в рамках некоторых частот; например, на низких частотах, лучи не могут быть спроецированы через стены на слушателя, поскольку они всегда будут достигать слушателей с существенным уровнем напрямую. Вследствие этого, в соответствии с идеями, раскрываемыми в данном документе, эти некоторые (проблематичные) частоты воспроизводятся посредством другой методики, именуемой подавление прямого звука, содержащей формирование диполя, или, в качестве альтернативы, посредством использования нейтрализации звука в рамках этих (проблематичных) частот, при этом оба подхода обеспечивают генерирование диаграммы излучения устройства воспроизведения с минимумом звука (по меньшей мере, в рамках некоторых частот) в направлении слушателя или зоны прослушивания.
Формирование диполя является методикой, в соответствии с которой звук нейтрализуется в некоторой зоне или направлении посредством использования, по меньшей мере, двух преобразователей, которые возбуждаются сигналами с разной фазой. Нейтрализация звука является методикой, которая может содержать дополнительное формирующее луч воспроизведение, выполняемое таким образом, что (первое) лучеформирование в рамках проблематичных частот корректируется. Дополнительное формирующее луч воспроизведение содержит, в частности, (проблематичные) частоты, для которых воспроизведение посредством первого формирующего луч воспроизведения является недостаточным. Нейтрализация звука и/или формирование диполя обеспечивают улучшение воспроизведения, в особенности в рамках проблематичных частот и, таким образом, полного воспроизведения без увеличения сложности, поскольку две методики могут быть применены посредством использования одной и той же звуковой панели.
В соответствии с аспектом изобретения нейтрализация звука используется, чтобы выполнять нейтрализацию звука частот и в зоне, в которую звуковой сигнал ошибочно излучался посредством первого формирующего луч воспроизведения. Например, низкие частоты, которые, как правило, излучаются звуковой панелью, выполняющей лучеформирование, прямым образом, могут быть нейтрализованы в данной зоне благодаря второму лучу.
В соответствии с другим аспектом, эти частоты, например, низкие частоты, могут быть воспроизведены, используя формирование диполя, например, через преобразователи звуковой панели, которые размещены наиболее далеко друг от друга таким образом, что звук излучается в двух направлениях. Здесь, может быть, в соответствии с вариантами осуществления, преимущественным ограничить частотный диапазон, в котором выполняется лучеформирование (посредством фильтрации). Следовательно, преобразователи звуковой панели выполняют лучеформирование в рамках первого частотного диапазона, который не содержит проблематичных частот, и используют, по меньшей мере, два преобразователя для вывода проблематичных, например, более низких, частот дипольным образом.
В соответствии с вариантом осуществления, формирование диполя выполняется посредством предоставления, по меньшей мере, двух отдельных аудиосигналов из второго множества отдельных аудиосигналов для двух разных преобразователей или двух разных групп преобразователей образом с фазовым сдвигом, например, с фазовым сдвигом на 180°.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, третья полоса пропускания, например, полоса пропускания с более высокой частотой, чем у первого участка частотного диапазона, может быть воспроизведена, используя описанные выше методики формирования диполя.
Следует отметить, что первое множество отдельных аудиосигналов и второе множество отдельных аудиосигналов могут быть использованы для управления разными преобразователями. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, первое множество отдельных аудиосигналов может быть использовано, чтобы управлять полным массивом, при этом второе множество используется, чтобы управлять только (действительным) подмножеством, например, двумя преобразователями массивов. Здесь, в частности в отношении воспроизведения низких частот дипольным образом, преимущественным является использование или управление преобразователями, которые размещены наиболее далеко друг от друга.
i
В соответствии с вариантом осуществления, вычисление первого множества отдельных аудиосигналов x может быть основано на формуле
i
i
x(t)=HPF{s(t+τ)}, или формуле
i
x(t)=HPF{s(t+i×τ-N×τ)},
i
i
N
где HPF соответствует первой характеристике полосы пропускания, τ/τ соответствует задержке, а N соответствует количеству преобразователей массива, и при этом вычисление второго множества отдельных аудиосигналов x и x основано на формуле
1
x(t)=LPF{s(t)}
N
x(t)=-LPF{s(t)},
при этом LPF соответствует второй характеристике полосы пропускания.
Дополнительный вариант осуществления предоставляет звуковую систему, содержащую рассмотренный выше вычислитель и соответствующий массив. Массив может, в соответствии с дополнительными вариантами осуществления, иметь отдельные преобразователи, которые могут быть использованы для формирования диполя, т.е., управление ими осуществляется, используя второе множество отдельных аудиосигналов.
Дополнительный вариант осуществления предоставляет соответствующий способ для вычисления воспроизведения звука для звуковой системы.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут обсуждаться, обращаясь к приложенным фигурам, на которых,
Фиг. 1 показывает принципиальную структурную схему звуковой системы с блоком вычисления в соответствии с первым вариантом осуществления;
Фиг. 2a, 2b показывают схематичный массив для иллюстрации принципа лучеформирования и формирования диполя;
Фиг. 3a показывает принципиальную схему в частотном виде, иллюстрирующую сочетание лучеформирования и формирования диполя;
Фиг. 3b показывает примерную звуковую панель, используемую в сочетании с вариантом осуществления Фиг. 3a;
Фиг. 4a, 4b иллюстрируют вариант осуществления массива, в котором формируются три диполя и один луч, с соответствующей иллюстрацией частотного диапазона;
Фиг. 4c, 4d иллюстрируют вариант осуществления массива, в котором формируется три диполя и один луч, из которых два ориентированных вбок диполя работают в одном и том же частотном диапазоне, с соответствующей иллюстрацией частотного диапазона;
Фиг. 5a, 5b иллюстрирую вариант осуществления массива, содержащего отдельные помещенные в корпус громкоговорители, расширяющие частотный диапазон для лучеформирования;
Фиг. 5c, 5d иллюстрирует вариант осуществления массива, содержащего отдельные помещенные в корпус громкоговорители, использующие ориентированные вбок диполи;
Фиг. 6a показывает вариант осуществления массива, содержащего преобразователи разных размеров;
Фиг. 6b показывает вариант осуществления массива, содержащего преобразователи разных размеров;
Фиг. 7 показывает принципиальную расстановку громкоговорителей вокруг сцены;
Фиг. 8 показывает принципиальную структурную схему блока вычисления для звуковой системы, обеспечивающей лучеформирование с нейтрализацией звука; и
Фиг. с 9a по 9c показывают принципиальные схемы, иллюстрирующие направленность лучеформирователя, при этом лучеформирование выполняется, используя разные способы управления звуковой панелью.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут обсуждаться подробно ниже, обращаясь к фигурам. Цифровые обозначения предоставляются для объектов с одинаковой или идентичной функцией. Вследствие этого, их описание является взаимозаменяемым или может быть обоюдно применено.
Фиг. 1 показывает блок 10 вычисления для звуковой системы 10, здесь системы звуковой панели. В данном варианте осуществления, звуковая система 100 содержит, по меньшей мере, массив 20 (звуковая панель) со множеством преобразователей с 20a по 20d. Блок 10 вычисления содержит средство 12 ввода, процессор 16 и средство 14 вывода для управления звуковой системой 100.
Аудиопоток (например, моно/стерео сигналы или многоканальный аудиопоток подобный общим данным объемного звука или данным синтеза волнового поля) принимается через средство 12 ввода, обрабатывается процессором 16, и в зависимости от обработки, по меньшей мере, первое множество отдельных аудиосигналов и второе множество отдельных аудиосигналов выводятся через средство 14 вывода (например, усилительные каскады) для того, чтобы управлять преобразователями с 20a по 20d звуковой системы 20.
Процессор 16 выполняет вычисление первого формирующего луч воспроизведения (см. первое множество отдельных аудиосигналов). Данное первое формирующее луч воспроизведение обеспечивает хорошие эффекты объемного звучания на ограниченном участке полного частотного диапазона (например, содержащем средние частоты от 100/200Гц до 400/600Гц). В частности, на некоторых участках, которые будут именоваться как второй участок или «проблематичный» участок, воспроизведение плохое. Вследствие этого, процессор вычисляет второе множество отдельных аудиосигналов, обеспечивающих корректное (формирующее луч) воспроизведение в рамках данного второго участка, по меньшей мере, в позиции прослушивания. Отметим, что первое множество отдельных аудиосигналов и второе множество отдельных аудиосигналов могут быть использованы, чтобы управлять некоторыми преобразователями, при этом они являются разными в отношении содержащихся частотных диапазонов.
Например: Как правило, диапазоны низкой частоты являются проблематичными частотными диапазонами. Вследствие этого, второй участок полного частотного диапазона, как правило, содержит эти частоты, например, ниже 200Гц или 100Гц. В зависимости от методики воспроизведения второго участка; первый участок может содержать частоты выше второго участка или может содержать частоты второго участка и частоты выше второго участка. Для того, чтобы обеспечить данное частотное разбиение, процессор 16 может быть выполнен с возможностью фильтрации, по меньшей мере, второго множества отдельных аудиосигналов, или может содержать средство для фильтрации полос частот (например, цифровую гребенку фильтров).
Процессор 16 корректирует лучеформирование в рамках проблематичного частотного диапазона, используя подавление прямого звука, обеспечивающее нейтрализацию или уменьшение звука в направлении прослушивания. Подавление прямого звука может быть достигнуто посредством методики, именуемой лучеформированием или посредством методики, именуемой формированием диполя. Обе методики, обеспечивающие улучшение качества воспроизведения в рамках второй (проблематичной) полосы частот, будут обсуждаться раздельно, ниже. Две методики имеют общее то, что звук в рамках второго участка частотного диапазона нейтрализуется (или по меньшей мере, уменьшается по уровню) в направлении прослушивания. Направление прослушивания определяется как направленное в точку прослушивания или позицию прослушивания, при этом точка прослушивания означает зону, определяемую одним или более слушателями. Отметим, что подавление прямого звука в направлении прослушивания означает генерирование диаграммы излучения с локальным уменьшением звука или локальным минимумом (например, нуль) в направлении позиции прослушивания.
В соответствии с первой методикой, проблематичный частотный диапазон не воспроизводится, используя первое формирующее луч воспроизведение, а воспроизводится на основании так называемой методики формирования диполя на основании второго множества отдельных аудиосигналов (через управление тем же самым массивом 20). Формирование диполя означает, что звуковой сигнал, который должен быть воспроизведен, генерируется, используя, по меньшей мере, два преобразователя, которые отделены друг от друга, при этом возбуждение преобразователей осуществляется посредством сигналов с фазовым сдвигом, например, с фазовым сдвигом на 180°. Другими словами, это означает, что существует возможность воспроизведения низких частот через массив, используя такую «дифференциальную» концепцию, при этом высоко направленный луч по принципу суммирования и задержки на низких частотах не возможен с помощью данного массива (при типичном размере звуковой панели). Использование дифференциальной концепции обеспечивает то, что звук может быть воспроизведен в виде восьмерки или кардиоиды посредством придания сигналам разной полярности и опциональных задержек для разных громкоговорителей 20a и 20d массива 20.
Отметим, что звуковой сигнал, который воспроизводится дифференциальным образом, например, с помощью диаграммы направленности в виде восьмерки (диполь), как правило, более разносторонний, чем в сравнении со звуковыми сигналами, которые обычно воспроизводятся. Вследствие этого, очень небольшая часть звука достигает слушателей перед звуковой панелью, поскольку большая часть звука излучается влево и вправо. Таким образом, слушатель будет воспринимать по большей части только звук, отражаемый помещением, и он будет воспринимать звук, как более разносторонний - а не в качестве непосредственно исходящего из звуковой панели. Более того, данный подход обладает преимуществами в отношении эффективности. Лучи проекции по принципу суммирования и задержки на более высоких частотах более эффективны, когда более низкие частоты воспроизводятся как разносторонние (например, в качестве диполей), чем когда низкие частоты воспроизводятся традиционно. Это происходит потому, что низкие частоты не будут тянуть звуковой образ каналов объемного звучания вперед.
Что касается выбора используемых преобразователей массива 20, это означает, что - в соответствии с вариантами осуществления - предпочтительно формирование диполя выполняется посредством преобразователей, которые размещены наиболее далеко друг от друга, т.е., наружными преобразователями 20a и 20d.
В соответствии со второй методикой второе множество отдельных аудиосигналов используются, чтобы выполнять так называемую нейтрализацию звука. Нейтрализация звука означает, что генерируется другое формирующее луч воспроизведение, позволяющее манипулировать первым лучеформированием именно в рамках проблематичных частот. Таким образом, полоса частот, реализуемая используя второе формирующее луч воспроизведение, имеет перекрытие с первой полосой частот в рамках проблематичных частотных диапазонов.
Например, как обсуждалось выше, общая проблема с низкими частотами заключается в том, что не может быть сформирован луч с высокой направленностью. Это приводит к ситуации, когда большая часть звука в рамках этих низких частот непреднамеренно достигает слушателя спереди, и только часть достигает слушателя направленным образом, например, отраженным стенами. Для того, чтобы компенсировать данное несоответствие есть вариант направить другой луч в рамках этих низких частот в направлении слушателя или зоны прослушивания таким образом, что возникают эффекты нейтрализации звука. Благодаря нейтрализации звука уровень звука или, если быть более конкретным, неправильно воспроизводимый уровень звука, например, спереди звуковой панели, уменьшается или, как правило, корректируется.
Подробное объяснение в связи с двумя применяемыми методиками будет обсуждаться ниже. Обсуждение осуществляется начиная с анализа проблемы.
Фиг. 2a показывает низкочастотную характеристику звуковой панели 20. Применительно к низким частотам (для длин волн с размером или больше, чем физические размеры массива 20 громкоговорителей) диаграмма излучения приближается к кругу, при этом звуковая энергия распределяется равномерно по всем направлениям. Слушатель не в состоянии извлечь какой-либо пространственной информации объемного звука поскольку значительная величина энергии сигнала напрямую достигает позиции слушателя.
Цель использования лучеформирования для звуковой панели 20 состоит в перемещении энергии сигнала от позиции слушателя таким образом, что основная часть энергии сигнала более не воздействует напрямую (поскольку это будет восприниматься как исходящее спереди). С помощью направленного луча (см. луч 21), основная часть энергии сигнала достигает позиции слушателя не напрямую, например, через стены, и, вследствие этого, воспринимается как исходящая по направлению, в котором луч направлен, или по направлению, которое не совпадает с позицией массива.
Для того, чтобы достигать этого, методики используют отражающие поверхности, присутствующие в помещении прослушивания. Это иллюстрируется Фиг. 2b.
Фиг. 2b также иллюстрирует сочетание низкочастотного диполя 23a и 23b, как впрочем и высокочастотного луча 21, оба из которых излучаются звуковой панелью 20. Высокочастотный контент подвергается лучеформированию и направляется через отражающую поверхность 25 на слушателя 17, тем самым создавая пространственное восприятие. Характеристика в форме восьмерки низкочастотного диполя 23a/23b показывает то, каким образом нуль диполя направляется на слушателя 17, направляя основную часть энергии сигнала по бокам, тем самым также создавая пространственное восприятие.
Применительно к звуковой панели 20, следует отметить, что лучеформирование или, в целом, воспроизведение звука может быть основано на теории дифференциального воспроизведения звука. Такие концепции дифференциального воспроизведения звука используют концепции воспроизведения первого (предпочтительно) или более высокого порядка. Отметим, что применительно к воспроизведению звука первого порядка, достаточно массива с двумя преобразователями, при этом применительно к воспроизведению звука второго или выше порядка, как правило, требуется массив с более чем двумя преобразователями. Использование воспроизведения звука более высокого порядка предопределено для вариантов осуществления, в соответствии с которыми выполняется фильтрация отдельных аудиосигналов.
Фиг. 3a показывает схематичное представление того, каким образом, в структуре, иллюстрируемой Фиг. 2b, аудио контент распределяется в отношении соответствующих полос частот диполю 23a/23b и лучу. Как может быть видно, участок частоты, воспроизводимый диполем 23a/23b, содержит низкие частоты, при этом луч 21 содержит высокие частоты. Два соответствующих частотных диапазона могут иметь перекрытие. Для того, чтобы разделить эти две полосы частот, аудиосигналы, для воспроизведения диполя, подвергаются низкочастотной фильтрации, при этом аудиосигналы для воспроизведения лучом подвергаются высокочастотной фильтрации.
Фиг. 3b иллюстрирует примерную реализацию массива 20 громкоговорителей, который может быть использован в качестве звуковой панели для рассмотренного выше воспроизведения, содержащего две полосы частот. Здесь, массив содержит громкоговорители с 20a по 20j, которые размещены в линию, при этом пространство между отдельными громкоговорителями с 20a по 20j может быть равным по расстоянию. Следует отметить, что преобразователи с 20a по 20j могут быть одного и того же типа или разных типов.
Звуковые сигналы, обеспечивающие рассмотренное выше воспроизведение звука, вычисляются следующим образом:
LF Диполь (см. преобразователи 20a и 20j)
1
x(t)=LPF{s(t)}
10
x(t)=-LPF{s(t)} (1)
HF Луч (при i=1…10, все преобразователи массива 20)
i
x(t)=HPF{s(t+i×γ-10Τ×γ)} (2)
Уравнение (1) относится к наружным преобразователям 20a и 20j в массиве 20 и его цель состоит в создании низкочастотного диполя, как иллюстрируется на Фиг. 2b (см. цифровые обозначения 23a/23b). Из того же самого массива 20 громкоговорителей, используя все десять ВЧ/СЧ-громкоговорителей с 20a по 20j, уравнение 2 показывает, каким образом создается высокочастотный луч (см. Фиг. 2b, цифровое обозначение 21).
В зависимости от определенных факторов (например, промежутка между ВЧ/СЧ-громкоговорителями в физическом массиве 20) может случиться так, что использование лучеформирования непригодно для всего высокочастотного диапазона. В данном случае, диполь также может быть использован в некоторых высоких частотах, как иллюстрируется Фиг. 4a и 4b.
Фиг. 4a показывает массив 20, при этом соответствующие преобразователи с 20a по 20j сгруппированы в четыре группы 71, 72, 73 и 74. Преобразователи, принадлежащие к четырем разным группам 71, 72, 73 и 74, используются для воспроизведения разных полос частот. Отображение между группами с 71 по 74, и соответствующая полоса частот, иллюстрируется Фиг. 4b, показывающей схему, в которой разные участки, присваиваются соответствующим группам с 71 по 74. Два диполя формируются группами 71 и 72, при этом группа 71 содержит громкоговорители 20a и 20j, а группа 72 содержит громкоговорители 20c и 20h. Эти два диполя 71 и 72 используются для воспроизведения низкочастотных полос. Другой диполь 74 создается в рамках высокочастотной полосы. Данная группа преобразователей 74 содержит самую внутреннюю пару преобразователей, т.е., 20e и 20f. Между низкочастотной полосой, воспроизводимой посредством использования диполя 71 и 72, и высокочастотной полосой (см. диполь 74) четвертая полоса частот (см. группу 73) размещается для частот от средних к высоким. Данная полоса частот воспроизводится, используя лучеформирование. Вследствие этого, группа 73 содержит все десять преобразователей с 20a по 20j массива.
Фиг. 4c и 4d иллюстрируют уточнение варианта осуществления Фиг. 4a и 4b. Используется точно такой же массив 20. Наружные преобразователи 20a и 20j используются, чтобы создавать диполь 81, при этом группа 82, содержащая весь массив 20, используется для формирования луча 82. Аналогично варианту осуществления Фиг. 4a и 4b луч 82 содержит средние и высокие частоты, при этом диполь 81 содержит низкие частоты, как иллюстрируется схемой частот на Фиг. 4d. Четыре наружных преобразователя, т.е., 20a, 20b, 20e и 20j, используются, чтобы создавать две пары диполей, здесь обозначенных 83l и 83r. Два диполя 83l и 83r (содержащие преобразователи 20a, 20b, 20e и 20j). Эти два диполя 83l и 83r работают в одной и той же полосе частот, содержащей высокие частоты. Диполь 83l ориентирован влево, при этом диполь 83r ориентирован вправо. Это обеспечивает, например, воспроизведение стереофонического аудио.
Другой предпочтительный вариант осуществления иллюстрируется Фиг. 5a и 5b, при этом Фиг. 5a показывает звуковую систему 102, содержащую звуковую панель 20 и два дополнительных отдельно помещенных в корпус громкоговорителя 29a и 29b.
Фиг. 5b иллюстрирует соответствующую схему частот, иллюстрирующую участки сигнала полного частотного диапазона, назначенного группе преобразователей звуковой системы 102. Такая система 102 на Фиг. 5a может быть предпочтительно использована в сочетании с телевизором. В то время как средний массив 20, который может быть использован для лучеформирования, всегда центрирован по отношению к экрану (не показано). Обособленные боковые корпусы 29a и 29b могут быть позиционированы по углам экрана. Таким образом, максимальное важное пространство (TV) используется во всей своей полноте. Описываемая концепция достаточно гибкая для наилучшего использования фактического промежутка. Таким образом, расстановка ВЧ/СЧ-громкоговорителей звуковой системы 102 является гибкой в отношении разных размеров экрана в то время как лежащая в основе обработка, как правило, всегда одна и та же. Информация касательно данной абсолютной позиции может, например, быть получена из информации настройки, которая передается от TV, например, через HDMI.EDID, из ввода пользователя или является известной, если громкоговорители интегрированы в телевизор.
Как иллюстрируется Фиг. 5b, полный частотный диапазон может быть разделен на четыре участка, помеченных цифровыми обозначениями 89a, 87a, 89b и 87b. Два участка 89a и 89b, содержащие низкие частоты и средние частоты, воспроизводятся используя формирование диполя с помощью отдельных преобразователей 29a и 29b, как помечено группой 89a/89b. Вторые участки 87a и 87b содержат частотный диапазон 87a, размещенный между двумя частотными диапазонами 89a и 89b и частотным диапазоном 87b, содержащим только высокие частоты. Эти два частотных диапазона 87a и 87b воспроизводятся, используя лучеформирование, при этом работают все преобразователи массива 20, как впрочем и преобразователи 29a и 29b.
Фиг. 5c и 5d иллюстрируют другое уточнение вышеупомянутого варианта осуществления. Фиг. 5c иллюстрирует структуру 104 звуковой панели, при этом Фиг. 5d иллюстрирует соответствующую схему частот.
Структура 104 звука содержит два отдельных корпуса 29a' и 29b' и массив 20. Отдельные корпусы 29a и 29b отличаются от корпусов 29a и 29b таким образом, что они содержат два преобразователя для того, чтобы обеспечить формирование диполя первого порядка. В качестве альтернативы, два отдельных элемента 29a' и 29b' громкоговорителя могут быть выполнены с возможностью выполнения формирования диполя второго или более высокого порядка, при этом воспроизведение звука/формирование диполя второго или более высокого порядка, как правило, использует три или более преобразователя. Т.е., в соответствии с дополнительными вариантами осуществления, структура 104 звуковой панели может содержать два отдельных корпуса 29a' и 29b', каждый содержащий, по меньшей мере, три преобразователя.
Примерное группирование звуковой системы 104 будет обсуждаться ниже. Например, два отдельных корпуса 29a' и 29b' могут быть сгруппированы в группу 91, выполняющую формирование диполя в низкочастотной полосе, при этом каждый корпус 29a' и 29b' формирует свой собственный диполь (см. 93l и 93r). Массив 20 сгруппирован в группу 92, которая воспроизводится посредством выполнения лучеформирования в рамках участка 92 частоты, размещенной между участками 91 и 93l/93r частоты. Преимущество состоит в том, что обработка диполя может быть использована, чтобы улучшать качество воспроизведения. Для достижения этого (независимо от размера экрана), по меньшей мере, пара близко расположенных громкоговорителей, а именно два близко расположенных ВЧ/СЧ-громкоговорителей 29a' и 29b' всегда позиционированы в каждый угол. Таким образом, применительно к частотам, которые слишком высоки, чтобы подвергаться лучеформированию, сторонние диполи могут воспроизводить высокие частоты и направлять нуль в направлении слушателя для того, чтобы генерировать локальный минимум звука. Даже несмотря на то, что по-прежнему могут присутствовать артефакты сглаживания, общее направление высокочастотного контента соответствует направлению соответствующего луча 92 (т.е., луч влево, левый диполь для более высоких частот; тоже самое для правой стороны).
Описанный способ может быть использован не только для горизонтального воспроизведения, но также и чтобы воспроизводить вертикально пространственно распространяемые звуки. Для этого, массив громкоговорителей должен размещаться вертикально, как иллюстрируется Фиг. 7.
Фиг. 7 иллюстрирует дополнительные аспекты в соответствии с которыми краевые громкоговорители с 29aʺ по 29dʺ в качестве угловых-корпусов объединяются с вертикально и горизонтально помещенными массивами с 20a' по 20d'. В дополнение к описанной обработке, громкоговорители с 29aʺ по 29dʺ по краям телевизора 40 могут преимущественно быть использованы в качестве угловых громкоговорителей для системы панорамирования. Как может быть видно, угловые громкоговорители с 29aʺ по 29dʺ формируются в качестве единых массивов с 29aʺ по 29dʺ, каждый содержащий, по меньшей мере, три преобразователя, размещенных по изогнутой линии, например, с углом в 90°. Такие угловые громкоговорители с 29aʺ по 29dʺ формируют двумерный массив, обеспечивающий выполнение вертикального и горизонтального лучеформирования или формирования диполя (при этом требуется только три преобразователя). Кроме того, размещение в форме угла обеспечивает оптимальное позиционирование угловых громкоговорителей с 29aʺ по 29dʺ по углам дисплея 40. Угловые громкоговорители с 29aʺ по 29dʺ могут быть описаны другими словами в качестве громкоговорителя с, по меньшей мере, тремя преобразователями, при этом три преобразователя располагаются в качестве углового элемента так, что два преобразователя из трех преобразователей, позиционированы вертикально, и два преобразователя из тех преобразователей позиционированы горизонтально. В целом, система Фиг. 7, содержащая, по меньшей мере, четыре громкоговорителя по углам дисплея 40, служит для цели представления звука на экране, в той же самой позиции, что и сопроводительная картинка.
Следует отметить, что один или более из вышеупомянутых угловых громкоговорителей с 29aʺ по 29dʺ (автономно) формирует, в соответствии с вариантами осуществления, звуковую систему, которая может быть использована в сочетании с вышеприведенным блоком вычисления, чтобы выполнять вертикальное и горизонтальное лучеформирование или формирование диполя.
В рамках вышеприведенных вариантов осуществления, несмотря на то, что массивы обсуждаются в контексте массивов со сходными преобразователями, следует отметить, что также массивы с преобразователями разного типа, например, разного размера, могут быть использованы, как иллюстрируется Фиг. 6a и 6b.
Фиг. 6a показывает массив 20', содержащий девять преобразователей, при этом два наружных преобразователя первой стороны и два наружных преобразователя второй стороны меньше в сравнении с преобразователями в середине. Такой массив 20' может быть использован в качестве вариации системы 104, в которой некоторое количество преобразователей большего размера используются, чтобы воспроизводить аудио через лучеформирование, при этом массив расширяется двумя парами преобразователей меньшего размера, которые создают боковые диполи для контента более высокой частоты. Как иллюстрируется Фиг. 6a, данная структура может быть реализована в одном едином элементе.
Фиг. 6b показывает вариацию массива 20', а именно массив 20ʺ, который использует массив преобразователей меньшего размера в окружении пары преобразователей большего размера.
Два массива 20' и 20ʺ или их вариации могут быть использованы в качестве массивов для вышеприведенных вариантов осуществления. В вышеприведенных вариантах осуществления, предпочтительно было объяснено, что лучеформирование в рамках определенного частотного диапазона может быть объединено с формированием диполя для того, чтобы воспроизводить «проблематичные» полосы частот более подходящим образом.
Воспроизведение «проблематичного» частотного диапазона, как обсуждалось в контексте Фиг. 1, может быть воспроизведено, используя лучеформирование, если осуществляется манипулирование и коррекция лучеформирования в проблематичном частотном диапазоне посредством использования другого формирующего луч воспроизведения так, что полный результат воспроизведения звука сопоставим с сочетанием лучеформирования и формированием диполя в отношении его качества воспроизведения. Данная вторая методика, содержащая лучеформирование в сочетании с нейтрализацией звука, будет подробно обсуждена ниже.
1
2
Применительно к данной методике, может быть использован блок 60 вычисления, как иллюстрируется Фиг. 8. Фиг. 8 показывает примерную структурную схему блока 60 вычисления для обработки нейтрализации звука. Блок 60 вычисления содержит две цепи 62 и 63 обработки и опциональный эквалайзер 65 на входе. В цепях 62 и 63 обработки разные полосы частот обрабатываются отдельно. Здесь, цепь 62 обработки, используемая для вычисления первого множества сигналов N62 (для первого формирующего луч воспроизведения), обрабатывает полную полосу частот входного потока, используя лучеформирователь 62b. В противоположность, цепь 63, используемая для нейтрализации звука, обрабатывает только ограниченный участок полной полосы частот. Вследствие этого, цепь 63 содержит фильтр 63a, размещенный между опциональным EQ 65 и вторым лучеформирователем 63b цепи 63. Кроме того, 63 содержит фильтр-инверсии 63c (-H(z)/H(z)), размещенный на входе лучеформирователя 63b, выполняющий инверсию входных сигналов таким образом, что множество N63 аудиосигналов, выводимое лучеформирователем 63b обеспечивает подавление прямого звука в рамках ограниченного участка полной полосы частот. Лучеформирователь 63b выводит второе множество сигналов N63. Первое множество аудиосигналов N62 и второе множество из множества N63 аудиосигналов складываются, используя микшер 64, и выводятся на массив. Как правило, микшер 64 интегрирован в средство вывода блока 60 вычисления.
Концепция нейтрализации звука будет обсуждаться в отношении Фиг. с 9a по 9c. Фиг. 9a показывает направленность в дБ (первого) лучеформирователя. Данное первое лучеформирование может быть воспроизведено, используя 20 равноудаленных ВЧ/СЧ-громкоговорителей на расстояние 5см. Должен быть воспроизведен угол поворота в 45°. Как может быть видно, данный лучеформирователь сам по себе обладает недостаточной направленностью на низких частотах, например, звуке ниже 300Гц или 400Гц. Следовательно, слушатель, сидящий перед звуковой панелью под 0°, будет определять местоположение звука ниже 300Гц или 400Гц под 0°, направления звуковой панели. Данная недостаточная направленность на участке полного частотного диапазона ниже 300 или 400Гц может быть скорректирована, используя нейтрализацию звука, благодаря которой нейтрализация звука на данном участке частоты и при диапазоне дефектных углов может быть выполнена. Следовательно, звук, который достигает слушателей напрямую от массива громкоговорителей в данной позиции, уменьшается посредством нейтрализации звука, как иллюстрируется Фиг. 9b.
Фиг. 9b показывает направленность в дБ лучеформирователя, при этом второй луч в рамках проблематичного частотного диапазона применяется для того, чтобы нейтрализовать нежелательный направленный звук первого луча. Приложение нейтрализации звука может приводить к диаграмме направленности с минимумом на нижних частотах в рамках диапазона от 30 до -30°. Данный результат, как иллюстрируется Фиг. 9b, может быть дополнительно улучшен посредством эквалайзера, для того, чтобы компенсировать потерю низких частот. Вследствие этого, процессор, обсуждаемый в отношении Фиг. 1, может дополнительно содержать эквалайзер, выполненный с возможностью выполнения выравнивания в рамках второго участка. Результат выравнивания иллюстрируется Фиг. 9c. Как может быть видно, диаграмма направленности в рамках низких частот имеет резкий провал при 0°. Следует отметить, что принцип нейтрализации звука и формирования диполя могут быть объединены.
В соответствии с дополнительными вариантами осуществления, канал низких частот может поддерживаться посредством использования сабвуфера. Применительно к такому случаю использования, процессор может быть выполнен с возможностью переадресации напрямую сигнала, принимаемого через средство ввода, к средству вывода с или без фильтрации сигнала. Отметим, что эта прямая переадресация не ограничивается единственными каналами или определенными полосами частот.
Несмотря на то, что в вышеприведенных вариантах осуществления звуковая система была описана в качестве системы, содержащей, по меньшей мере, звуковую панель, следует отметить, что система также может быть сформирована посредством другого типа массива, например, массива, содержащего два или три отдельных преобразователя.
Несмотря на то, что в вышеприведенных вариантах осуществления изобретение обсуждалось в контексте устройства, следует отметить, что дополнительный вариант осуществления относится к способу для вычисления воспроизведения звука для звуковой системы. Способ содержит этапы, на которых принимают аудиопоток, который должен быть воспроизведен, используя массив и с частотным диапазоном; вычисляют первое множество отдельных аудиосигналов для преобразователей таким образом, что выполняется лучеформирование; вычисляют второе множество отдельных аудиосигналов для преобразователей звуковой системы таким образом, что выполняется нейтрализация звука и/или формирование диполя, и фильтруют первое множество отдельных аудиосигналов, используя первую характеристику полосы пропускания, содержащую первый участок частотного диапазона аудиопотока; фильтруют второе множество отдельных аудиосигналов, используя вторую характеристику полосы пропускания, содержащую второй участок частотного диапазона аудиопотока, при этом второй участок отличается от первого участка; и выводят отдельные аудиосигналы первого и второго множества для того, чтобы управлять звуковой системой.
Несмотря на то, что некоторые аспекты были описаны в контексте устройства, очевидно, что эти аспекты также представляют собой описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствует этапу способа или признаку этапа способа. Аналогично, аспекты, описанные в контексте этапа способа, также представляют собой описание соответствующего блока или элемента или признака соответствующего устройства. Некоторые или все из этапов способа могут быть исполнены посредством (или используя) устройство аппаратного обеспечения, подобное, например, микропроцессору, программируемому компьютеру или электронной схеме. В некоторых вариантах осуществления, некоторые из одного или более наиболее важных этапов способа могут быть исполнены посредством такого устройства.
Закодированный аудиосигнал изобретения может быть сохранен на цифровом носителе информации или может быть передан по средству передачи, такому как беспроводное средство передачи или проводное средство передачи, такое как Интернет.
В зависимости от определенных требований к реализации, варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в аппаратном обеспечении или в программном обеспечении. Реализация может быть выполнена, используя цифровой носитель информации, например, гибкий диск, DVD, Blu-Ray, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM или флэш-память, с хранящимися на нем электронно-читаемыми сигналами управления, которые взаимодействуют (или способны взаимодействовать) с программируемой компьютерной системой таким образом, что выполняется соответствующий способ. Вследствие этого, цифровой носитель информации может быть машиночитаемым.
Некоторые варианты осуществления в соответствии с изобретением содержат носитель данных с электронно-читаемыми сигналами управления, которые выполнены с возможностью взаимодействия с программируемой компьютерной системой таким образом, что выполняется один из способов, описанных в данном документе.
В целом, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в качестве компьютерного программного продукта с программным кодом, при этом программный код работает для выполнения одного из способов, когда компьютерный программный продукт выполняется на компьютере. Программный код может, например, быть сохранен на машиночитаемом носителе.
Другие варианты осуществления содержат компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, хранящуюся на машиночитаемом носителе.
Другими словами, вариант осуществления способа изобретения является, вследствие этого, компьютерной программой с программным кодом для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.
Дополнительным вариантом осуществления способов изобретения, вследствие этого, является носитель данных (или цифровой носитель информации, или машиночитаемый носитель информации), содержащий, записанную на нем, компьютерную программу для выполнения одного из способов, описываемых в данном документе. Носитель данных, цифровой носитель информации иди записанный носитель информации, как правило, являются вещественными и/или не временными.
Дополнительным вариантом осуществления способа изобретения, вследствие этого, является поток данных или последовательность сигналов, представляющая собой компьютерную программу для выполнения одного из способов, описываемых в данном документе. Поток данных или последовательность сигналов могут, например, быть выполнены с возможностью переноса через соединение связи для передачи данных, например, через Интернет.
Дополнительный вариант осуществления содержит средство обработки, например, компьютер или программируемое логическое устройство, сконфигурированное или выполненное с возможностью выполнения одного из способов, описываемых в данном документе.
Дополнительный вариант осуществления содержит компьютер с инсталлированной на нем компьютерной программой для выполнения одного из способов, описываемых в данном документе.
Дополнительный вариант осуществления в соответствии с изобретением содержит устройство или систему, выполненную с возможностью переноса (например, электронным или оптическим образом) компьютерной программы для выполнения одного из способов, описываемых в данном документе, к приемнику. Приемник может, например, быть компьютером, мобильным устройством, устройством памяти или подобным. Устройство или система может, например, содержать файловый сервер для переноса компьютерной программы к приемнику.
В некоторых вариантах осуществления, программируемое логическое устройство (например, программируемая вентильная матрица) может быть использовано, чтобы выполнять некоторые или все из функциональных возможностей способов, описываемых в данном документе. В некоторых вариантах осуществления, программируемая вентильная матрица может взаимодействовать с микропроцессором для того, чтобы выполнять один из способов, описываемых в данном документе. Как правило, способы предпочтительно выполняются любым устройством аппаратного обеспечения.
Описанные выше варианты осуществления являются лишь иллюстрирующими принципы настоящего изобретения. Следует понимать, что модификации и вариации компоновок и подробностей, описанных в данном документе, будут очевидны специалистам в соответствующей области техники. Вследствие этого, намерение состоит в том, что изобретение должно ограничиваться только объемом предстоящей патентной формулы изобретения, а не конкретными подробностями, представленными в качестве описания и объяснения вариантов осуществления в данном документе.