УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВАНИИ СИГНАЛА АУДИОИСТОЧНИКА, СИСТЕМА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА И СИГНАЛ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ
DEVICE AND METHOD FOR GENERATION OF OUTPUT SIGNALS BASED ON AUDIO SOURCE SIGNAL, AUDIO REPRODUCTIVE SYSTEM AND LOUDSPEAKER SIGNAL

Настоящее изобретение относится к устройству для генерации выходных сигналов на основании, по меньшей мере, одного сигнала аудиоисточника, к устройству для генерации множества сигналов громкоговорителя на основании, по меньшей мере, одного сигнала аудиоисточника, к системе воспроизведения звука, способу генерации выходных сигналов и к компьютерной программе. Настоящее изобретение дополнительно относится к сигналу громкоговорителя и к методам для пространственной многоканальной параметрической реверберации.
Если звук излучается в комнате, звуковые волны распространяются в пространстве, пока не отражаются на границах комнаты. Отражения вновь отражаются и, со временем, образуется все более и более сложная картина звуковых волн, так называемая реверберация. На фиг. 8 показано схематичное одноканальное представление реверберации, которое является импульсной характеристикой типичной комнаты, где присутствуют прямой звук 1002, ранние отражения 1004 и поздняя реверберация 1006. В позиции приемника, отложенной по оси абсцисс на фиг. 8, сначала прямой звук 1002 принимается от приемника. Прямой звук 1002 распространяется без отражений к приемнику. Затем принимаются ранние отражения 1004. Ранние отражения 1004 состоят из нескольких различных отражений, которые, со временем, собираются в позднюю реверберацию 1006. Прямой звук 1002 и более ранние отражения 1004, в частности, зависят от позиций источника и приемника относительно геометрии комнаты. Отражения в поздней реверберации 1006 отличаются равномерным распределением по направлениям и относительной независимостью от позиций источника и приемника.
Однако при пространственном воспроизведении каждый звук имеет направление прихода (DOA), т.е. звук поступает с определенного углового направления, заданного азимутом и возвышением. Для большей наглядности, на фиг. 9 показано схематичное пространственное представление реверберации только в двух измерениях. DOA отчетливо воспринимается для прямого звука 1002 и определяется, в основном, местоположением источника. DOA также важно для ранних отражений 1004, поскольку помогает формировать ощущение геометрии комнаты, пространственной глубины источника и углового местоположения источника. Поздняя реверберация 1006 является рассеянной, и никакого явного DOA не воспринимается.
С увеличением времени t, отложенного по оси абсцисс, приемник сначала воспринимает прямой звук 1002 и затем ранние отражения 1004, сопровождаемые поздней реверберацией 1006. Угловым направлением является азимутальный угол направления прихода звуковой волны, причем азимутальный угол изображен как радиальное измерение. Расстоянием до приемника является время прихода. Степень затемнения точек изображает уровень воспринимаемого уровня отражения. Таким образом, фиг. 9 изображает пространственное представление реверберации в двух измерениях.
В ходе постпроизводства аудиосигнала, в звук добавляется искусственная реверберация для повышения пространственного качества. Ставятся цели от улучшения музыкальности, улучшения конструкции звука, до воссоздания физического акустического пространства. Реалистическое акустическое пространство можно создавать с использованием нескольких громкоговорителей, ранних отражений, зависящих от источника и раскоррелированной поздней реверберации. В этом смысле, "многоканальный" означает имеющий большое количество аудиоисточников и большое количество выходных каналов.
Практические алгоритмы реверберации, в общем случае, относятся к одной из двух категорий, хотя существуют гибриды:
1) схемы задержки, в которых входной сигнал задерживается, фильтруется и возвращается;
2) сверточные, в которых входной сигнал просто свертывается с записанной или оцененной импульсной характеристики акустического пространства.
Сверточные ревербераторы воспроизводят данную акустику с высокой точностью, но также с высокими вычислительными затратами, т.е. усилиями. Были предложены многоканальные сверточные ревербераторы, но вычислительные затраты пропорциональны количеству пар источник - канал.
Для малоканальных применений, т.е. моно и стерео, разработаны самые разнообразные параметрические ревербераторы. Однако ни одна из этих разработок не была эффективно распространена на ревербератор с большим числом каналов. В частности, им не хватает гибкости в копировании с произвольными входами источника и установками громкоговорителей.
В последние годы разработано много искусственных ревербераторов, причем в дальнейшем приведен краткий обзор их применения в многоканальной реверберации. Подавляющее большинство коммерчески доступных ревербераторов имеет малое количество входных и выходных каналов. Несмотря на то, что они достигли высокого стандарта в применимости, вычислительной эффективности и качестве звука, их не удается эффективно масштабировать на большое количество выходных каналов.
Один подход к достижению большого количества каналов с использованием малоканальных ревербераторов состоит в создании нескольких аналогичных ревербераторов. Это значительно повышает требования к памяти и вычислительные затраты. Для раскоррелированных выходных каналов ревербераторы параметризуются по-разному, из-за чего они могут приобретать отличия. Преодолеть различия в приеме ревербераций можно за счет перекрестной подачи сигналов между ревербераторами.
Однако DOA ранних отражений невозможно реализовать таким образом, поскольку желаемое DOA может располагаться между выходными каналами двух ревербераторов. В результате, не существует явного способа позиционирования нескольких источников посредством объединения нескольких ревербераторов. Дополнительно, применение в ряде случаев может оказываться неудобным и сложным.
Хотя ревербераторы на основе свертки могут создавать данное физическое акустическое пространство с высокой точностью, как описано, например, в [1], их не удается неэффективно масштабировать на большое количество источников звука и выходных каналов. Каждая пара источника звука и выходного канала обрабатывается посредством отдельной свертки. В результате, количество сверток, подлежащих осуществлению, равно произведению количества источников звука и выходных каналов. Импульсные характеристики трудно получить, и им недостает гибкости в позиционировании источника и приемника других параметров комнаты.
Напротив, ревербераторы на основе схемы с задержкой допускают широкое управление любыми деталями реверберированного звука. Также, в последнее время ревербераторы на основе схемы с задержкой достигли высокого стандарта качества звука в малоканальных применениях. Существующие в настоящее время алгоритмы не обеспечивают или неэффективно обеспечивают согласованный подход для воссоздания многоканального аудиосигнала с высокой эффективностью.
si
si
Обычно реверберация создается в два этапа: ранние отражения и поздняя реверберация, как показано на фиг. 10 и описано на [2,3]. Ранние отражения 1004 и 1004 являются задержанными (1008a и 1008b) и ослабленными (1012a и 1012b) копиями монофонического источника 1014a и 1014b. Линии 1008a и 1008b задержки, обозначенные как τ, коэффициенты усиления 1012a и 1012 выходных отводов, обозначенные как b, и панорамирование 1016 зависят от позиции источника и являются исключительными для каждого источника. Поэтому, для каждого источника 1014a и 1014b, секцию 1018 раннего отражения необходимо дублировать. Для повышения качества ранних отражений 1004a и 1004b, они обрабатываются блоком 1022 рассеивателя. Рассеиватель 1022 обычно реализуется в виде всечастотного фильтра или короткий фильтр с конечной импульсной характеристикой (FIR) для эмуляции эффекта диффузных отражений от стен. Конкретный порядок и замена рассеивателя 1022 и блока 1016 панорамирования могут изменяться, например, для точного панорамирования каждого отдельного раннего отражения 1004a и 1004ba может использоваться специализированный блок 1016 панорамирования для каждого источника 1014a и 1014b, или рассеиватель 1022 может располагаться непосредственно на входных линиях 1008a и 1008b задержки источника. Поэтому конкретная конструкция является компромиссом между детальным управлением и вычислительной эффективностью.
1
2
N
1
2
N
Поздняя реверберация создается схемой 1024 задержки обратной связи (FDN). FDN 1024 базируется на наборе из N линий 1025 задержки, обозначенных как τ, τ, …, τ, и матрице A микширования обратной связи для развития сложной картины эхо в течение времени. Время реверберации и рассеяние управляются ослабляющими фильтрами 1026, обозначенными как α, α, …, α. Ослабляющие фильтры реализуются в виде от простого фильтра низких частот, как описано в [4], до поглощающих всечастотных фильтров, как описано в [5].
Ранние отражения поступают на контур FDN для повышения начальной плотности задержанной реверберации. Задержанная реверберация примешивается и добавляется к панорамированным ранним отражениям. Полученные каналы поступают на громкоговорители 1028 комнаты 1032 воспроизведения. В необязательном порядке, канально-зависимый корректирующий фильтр (EQ) 1034 можно применять к каналам громкоговорителей для спектральных коррекций и зависящей от громкоговорителя частотной характеристики.
В позиции прослушивания, все выходные каналы в комнате 160 воспроизведения задерживаются и суммируются и образуют сигнал приемника. Поэтому предварительное микширование сигналов линии задержки, как оно обычно осуществляется в предыдущей конструкции, повышает плотность эхо в каждом выходном канале, но не повышает плотность эхо, воспринимаемого в комнате. Напротив, ему свойственно вносить неприятную когерентность и артефакты гребенчатого фильтра. В одном экстремальном случае, который может иметь место при использовании матрицы микширования Адамара, выход линии задержки распределяется на все выходные каналы, что позволяет создавать многоканальный моносигнал со сдвигом фазы.
Конструкции известных принципов не позволяют эффективно и удобно обрабатывать многоканальную реверберацию, в том числе, с помощью пространственных меток и зависимости от направления. Кроме того, ранние отражения, которые наиболее важны для пространственного восприятия ревербератора, подвергаются рендерингу (рендеризируются) по отдельности согласно известным принципам, что требует вычислительных затрат.
В настоящее время существует много разных конфигураций нескольких громкоговорителей, в том смысле, что многоканальные реверберации с гибкими конфигурациями громкоговорителей высоко востребованы. Поэтому, например, существует потребность в принципах воспроизведения аудиосигнала, допускающих многоканальные ревербераторы с более гибкой конфигурацией громкоговорителей и/или эффективный способ получения ревербераций.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение принципа для более эффективного устройства для получения реверберированных сигналов и более гибкой системы воспроизведения звука.
Кроме того, преимущественные модификации настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения, относящиеся к устройству для генерации первого множества выходных сигналов на основании, по меньшей мере, одного сигнала аудиоисточника. Устройство содержит схему задержки и процессор обратной связи. Схема задержки содержит второе множество трактов задержки, причем каждый тракт задержки содержит линию задержки и ослабляющий фильтр. Каждая линия задержки выполнена с возможностью задерживания входных сигналов линии задержки и для объединения, по меньшей мере, одного сигнала аудиоисточника и реверберированного аудиосигнала для получения объединенного сигнала. Ослабляющий фильтр тракта задержки выполнен с возможностью фильтрации объединенного сигнала из линии задержки тракта задержки для получения выходного сигнала. Первое множество выходных сигналов содержит выходной сигнал. Процессор обратной связи выполнен с возможностью реверберирования первого множества выходных сигналов для получения третьего множества реверберированных аудиосигналов, содержащих реверберированный аудиосигнал.
Это позволяет получать задержанные (ранние отражения) и реверберированные сигналы из одной FDN, причем сложность FDN может почти не зависеть от количества сигналов источника, что позволяет эффективно получать задержанные и реверберированные сигналы.
Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству для генерации четвертого множества сигналов громкоговорителя на основании, по меньшей мере, одного сигнала аудиоисточника. Устройство содержит схему задержки и процессор обратной связи. Схема задержки содержит второе множество трактов задержки, причем каждый тракт задержки содержит линию задержки и ослабляющий фильтр. Каждая линия задержки выполнена с возможностью задерживания входных сигналов линии задержки и для объединения, по меньшей мере, одного сигнала аудиоисточника и реверберированного аудиосигнала для получения объединенного сигнала. Ослабляющий фильтр тракта задержки выполнен с возможностью фильтрации объединенного сигнала из линии задержки тракта задержки для получения выходного сигнала. Первое множество выходных сигналов содержит выходной сигнал. Процессор обратной связи выполнен с возможностью реверберирования первого множества выходных сигналов для получения третьего множества реверберированных аудиосигналов, содержащих реверберированный аудиосигнал. Схема задержки дополнительно содержит пятое множество корректирующих фильтров, выполненных с возможностью спектральной модуляции первого множества выходных сигналов или сигналов промежуточной линии задержки для получения четвертого множества сигналов громкоговорителя. Сигналы промежуточной линии задержки принимаются из выходного отвода линии задержки.
Авторы изобретения обнаружили, что, благодаря объединению сигнала аудиоисточника и реверберированных аудиосигналов в линии задержки, с помощью схемы задержки обратной связи можно получить как более ранние отражения, так и позднюю реверберацию. Вычислительная сложность предложенного принципа пропорциональна количеству получаемых выходных сигналов или сигналов громкоговорителя, но может не зависеть или почти не зависеть от количества сигналов аудиоисточника, подлежащих рендеризации в выходные сигналы, сигналы громкоговорителя соответственно. Кроме того, может поддерживаться пространственная информация отраженных и/или реверберированных аудиосигналов.
Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе воспроизведения звука, содержащей устройство для генерации первого множества выходных сигналов или устройство для генерации четвертого множества сигналов громкоговорителя, множество громкоговорителей и блок панорамирования, выполненный с возможностью приема сигналов громкоговорителя, выведенных из выходного сигнала, и панорамирования сигналов громкоговорителя во множество сигналов громкоговорителя, которые соответствуют количеству громкоговорителей, которое может отличаться от количества принятых сигналов громкоговорителя. Блок панорамирования выполнен с возможностью поддержания характеристики распространения звука виртуальной комнаты воспроизведения, связанной с множеством принятых сигналов громкоговорителя при панорамировании принятых сигналов в панорамированные сигналы громкоговорителя.
Это позволяет гибко конфигурировать громкоговорители независимо от генерируемых выходных сигналов или сигналов громкоговорителя устройства, поскольку эти сигналы могут содержать информацию направленности, связанную с линиями задержки устройства для генерации выходных сигналов или сигналов громкоговорителя, что позволяет поддерживать эту пространственную информацию.
Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способу генерации первого множества выходных сигналов, способу генерации множества сигналов громкоговорителя, к компьютерной программе и к сигналу громкоговорителя.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг. 1 - блок-схема системы воспроизведения звука, содержащая устройство для генерации множества выходных сигналов на основании двух сигналов аудиоисточника согласно варианту осуществления;
фиг. 2 - блок-схема устройства для генерации сигналов громкоговорителя согласно варианту осуществления;
фиг. 3 - блок-схема тракта задержки согласно варианту осуществления;
фиг. 4a - блок-схема сценария, в котором сигнал громкоговорителя содержит отраженную часть и реверберированную часть сигнала аудиоисточника согласно варианту осуществления;
фиг. 4b - блок-схема другого сценария, в котором корректирующий фильтр соединен с выходным отводом линии задержки согласно варианту осуществления;
фиг. 5a - блок-схема процессора обратной связи, выполненного с возможностью реверберирования выходных сигналов согласно варианту осуществления;
фиг. 5b - схема виртуальной комнаты воспроизведения, содержащей, например, две подкомнаты согласно варианту осуществления;
фиг. 6a - схематичный вид сверху распределения 16 линий задержки в верхней полусфере виртуальной комнаты воспроизведения согласно варианту осуществления;
фиг. 6b - схематичная реализация акустической связи между виртуальными громкоговорителями, реализованными параметрами матрицы A согласно варианту осуществления;
фиг. 7 - блок-схема возможной реализации ослабляющего фильтра согласно варианту осуществления;
фиг. 8 - схематичное одноканальное представление реверберации, которое является импульсной характеристикой типичной комнаты, где присутствуют прямой звук, ранние отражения и поздняя реверберация;
фиг. 9 - схематичное пространственное представление реверберации только в двух измерениях; и
фиг. 10 - принцип получения реверберированных сигналов согласно уровню техники.
Одинаковые или эквивалентные элементы или элементы с одинаковыми или эквивалентными функциональными возможностями обозначены в нижеследующем описании одинаковыми или эквивалентными ссылочными позициями, даже если они изображены на разных чертежах.
В нижеследующем описании, множество деталей изложено для обеспечения более исчерпывающего объяснения вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения можно осуществлять на практике без этих конкретных деталей. В других случаях, общеизвестные структуры и устройства показаны в виде блок-схемы, а не подробно, во избежание затемнения вариантов осуществления настоящего изобретения. Кроме того, признаки описанных ниже различных вариантов осуществления могут объединяться друг с другом, если конкретно не указано обратное.
На фиг. 1 показана блок-схема системы 1000 воспроизведения звука, содержащей устройство 100 для генерации множества выходных сигналов 102a-d на основании двух сигналов 104a и 104b аудиоисточника. Сигналы аудиоисточника могут представлять собой, например, моносигнал и может быть связан с виртуальным аудиообъектом, т.е. виртуальный аудиоисточник, адаптированный для излучения моносигнал.
Устройство 100 выполнено с возможностью генерации выходных сигналов 102a-d на основании сигналов 104a и 104b аудиоисточника таким образом, что выходные сигналы 102a-d являются отраженными и/или реверберированными версиями сигналов 104a и 104b аудиоисточника, т.е. выходные сигналы 102a-d выводятся из сигналов 104a и 104b аудиоисточника. Информация, переносимая выходным сигналом 102a-d может изменяться в течение времени. Например, выходной сигнал может быть ранним отражением сигнала аудиоисточника в виртуальной комнате 130 воспроизведения в первый момент времени и реверберированной версией сигнала аудиоисточника во второй момент времени, следующий за первым моментом времени.
Устройство 100 содержит четыре линии 106a-d задержки. Каждый тракт 106a-d задержки содержит линию 108a-d задержки и ослабляющий фильтр 112a-d. Линии 108a-d задержки выполнены с возможностью приема сигналов 104a и 104b аудиоисточника и реверберированного аудиосигнала 114a-d, т.е. каждая линия 108a-d задержки выполнена с возможностью приема трех сигналов, двух сигналов аудиоисточника и одного реверберированного аудиосигнала.
1
4
Как будет описано более подробно ниже, каждая линия 108a-d задержки выполнена с возможностью задерживания принятого (входного) сигнала и объединения принятого и задержанного сигнала с целью получения объединенного сигнала 116. Объединенный сигнал 116 содержит, например, задержанные с разной задержкой по времени, части сигналов 104a и 104b аудиоисточника и реверберированного сигнала 114a, 114b, 114c или 114c. Линии 108a-d задержки изображены схематичными блоками, обозначенными как τ - τ. Схематически, линии 104a-d задержки можно понимать как задерживающие фильтры, например, фильтр с конечной импульсной характеристикой (FIR) переносящий сигнал, принятый с одного направления, например, слева, в другом направлении, например, вправо от схематичной структуры фильтра. Проще говоря, чем более ʺлевыйʺ сигнал поступает на линию задержки, тем больше он задерживается. Если говорить о линии 108a задержки, сигнал 104a аудиоисточника задерживается с большей задержкой по времени, чем сигнал 104b аудиоисточника, и реверберированный аудиосигнал 114a задерживается на более длительное время, чем сигнал 104a аудиоисточника.
1
2
3
4
Каждый из трактов 106a-d задержки содержит ослабляющий фильтр 112a-d, обозначенный как α, α, α, α, соответственно. Ослабляющие фильтры 116 выполнены с возможностью обеспечения, т.е. вывода, выходных сигналов 102a-d путем ослабления объединенного сигнала 116 линии 108a-d задержки и могут быть реализованы, например, в виде фильтров с бесконечной импульсной характеристикой (IIR). Ранние отражения сигналов 104a и 104b аудиоисточника могут быть получены путем объединения сигнала 104a и 104b аудиоисточника в линии 108a-d задержки и путем ослабления объединенного сигнала 116.
Устройство 100 дополнительно содержит процессор 120 обратной связи, выполненный с возможностью реверберирования выходных сигналов 102a-d с целью получения реверберированных аудиосигналов 114a-d. Под процессором 120 обратной связи можно понимать, например, перекрестную подачу выходных сигналов 102a-d. Перекрестную подачу можно изобразить, например, в виде матричной операции. Тракты задержки могут образовывать схему задержки. Процессор 120 обратной связи и схема задержки могут образовывать схему задержки обратной связи (FDN), причем процессор 120 обратной связи выполнен с возможностью осуществления обратной связи и/или перекрестной подачи выходных сигналов 102 на схему задержки.
Устройство 100 содержит два распределителя 118a и 118b, причем распределитель 118a выполнен с возможностью приема сигнала 104a аудиоисточника, и распределитель 118b выполнен с возможностью приема сигнала 104b аудиоисточника. Распределители 118a и 118b выполнены с возможностью распределения принятого сигнала 104a или 104b аудиоисточника на несколько его версий (копий). Короче говоря, распределитель 118a и 118b выполнены с возможностью разделения или копирования принятого сигнала 104a или 104b аудиоисточника. Полученные версии 104aʹ, 104bʹ могут не содержать задержки или содержать малую задержку по отношению к каждой из других версий соответствующего сигнала 104a или 104b аудиоисточника. Малая задержка может составлять, например, не более 20%, 10% или 4% максимальной задержки по времени линий 108a-d задержки. Распределители 118a и 118b дополнительно содержат совокупность или множество усилителей 122, выполненных с возможностью по отдельности усиливать или ослаблять версии 104aʹ, 104bʹ, соответственно. Применяемое усиление или ослабление может коррелировать, например, со степенью или значением отражения источника звука в виртуальной комнате воспроизведения.
Распределитель 118a выполнен с возможностью обеспечения нескольких по отдельности, т.е. независимо друг от друга, усиленных версий 104aʺ сигнала 104a аудиоисточника, причем количество версий 104aʺ может быть равно количеству трактов 106a-d задержки, чтобы каждая линия 108a-d задержки могла принимать одну из версий 104aʺ. Распределитель 118b может содержать множество усилителей 122, выполненных с возможностью независимого усиления версий 104bʹ для получения нескольких независимо усиленных версий 104bʺ сигнала 104b аудиоисточника, причем количество полученных версий 104bʺ или 104bʹ может быть равно количеству линий 108a-d задержки, чтобы каждая линия 108a-d задержки могла принимать одну из усиленных версий 104bʺ. Поскольку каждая линия 106a-d задержки может быть связана с виртуальным громкоговорителем, коэффициент усиления каждого из усилителей 122 может влиять на характеристику воспроизводимого отражения звукового объекта, воспроизводимого в виртуальной комнате воспроизведения и отраженного на звукоотражающей структуре, например стене.
Версии (копии) и усиленные версии сигнала 104a и 104b аудиоисточника несут неизменную информацию по отношению к моносигналу, т.е. к сигналу 104a и 104b аудиоисточника. В отношении дополнительной обработки для задерживания, ослабления и пр., эти сигналы можно считать неизменными.
Структура устройства 100 допускает, что, со временем, каждый выходной сигнал 102a-d будет содержать отраженные и реверберированные части сигналов 104a и 104b аудиоисточника, что описано в нижеследующем примере:
Линия 108a задержки выполнена с возможностью приема сигнала 104a аудиоисточника, соответственно, его усиленной версии 104aʺ и усиленной версии 104bʺ сигнала 104b аудиоисточника. Сигнал 104b аудиоисточника задерживается с меньшей задержкой по времени, чем сигнал 104a аудиоисточника, что указано размещением входа сигнала 104b аудиоисточника ближе к выходу линии 108a задержки по сравнению с входом сигнала 104a аудиоисточника. Например, когда линия 108a задержки содержит множество блоков задержки, сигнал 104a аудиоисточника может задерживаться большим количеством блоков задержки по сравнению с сигналом 104b аудиоисточника. Таким образом, объединенный сигнал 116 содержит часть, полученную из задержанного сигнала 104b аудиоисточника, и часть сигнала 104b аудиоисточника, которая задерживается на более длительное время. Объединенный сигнал 116 поступает на ослабляющий фильтр 112a. Выходной сигнал 102a можно описать как задержанную и ослабленную и, таким образом, отраженную версию сигналов 104a и 104b аудиоисточника.
Как указано входами в различных фактических позициях и, таким образом, задержками по времени линий 108a-d задержки, входами, принимающими сигналы 104a и 104b аудиоисточника, соответственно, усиленные версии 104aʺ и 104bʺ, каждая версия 104aʺ может задерживаться с различной задержкой по времени по сравнению с другими линиями 108a-d задержки. Соответственно, каждая версия 104bʺ сигнала 104b аудиоисточника может задерживаться с различной задержкой по времени по сравнению с другими линиями 108a-d задержки. Таким образом, можно получить множество отраженных сигналов.
Выходные сигналы 102a-d реверберируются процессором 120 обратной связи и затем поступают на тракты 106a-d задержки. Реверберированные сигналы 114a-d задерживаются линиями 108a-d задержки и объединяются с сигналами 104a и 104b аудиоисточника. Это позволяет получать реверберированные части в выходных сигналах 102a-d.
Дополнительно, сигналы аудиоисточника могут поступать на схему задержки, т.е. на множество трактов 106a-d задержки. Обработку дополнительных сигналов аудиоисточника можно обеспечить без дополнительного размещения трактов задержки и, таким образом, без обеспечения дополнительной памяти или каскадов фильтров. Альтернативно, обрабатываться, т.е. задерживаться и реверберироваться, может только один сигнал аудиоисточника.
Задержку по времени сигнала 104a и 104b аудиоисточника, т.е. позицию входа сигнала относительно линии 108a-d задержки можно регулировать или устанавливать согласно позиции виртуального громкоговорителя 132a-d в виртуальной комнате 130 воспроизведения. Виртуальную комнату 130 воспроизведения можно параметризовать как эталонную сцену, в которой должны воспроизводится или генерироваться аудиообъекты. Виртуальные громкоговорители 130a-d размещаются в виртуальных позициях в виртуальной комнате воспроизведения и содержат виртуальные характеристики излучения, например, направление и/или картину излучения. Позиция и/или направление распространения звука виртуальных громкоговорителей 132a-d (направление прихода звука) в виртуальной комнате 130 воспроизведения задаются (параметризуются) FDN, линиями 108a-d задержки, соответственно. Короче говоря, виртуальную комнату 130 воспроизведения можно использовать для получения параметров для линий 108a-d задержки, ослабляющих фильтров 112a-d и процессора 120 обратной связи.
Задержки по времени линии 108a-d задержки могут соответствовать расстоянию от виртуального громкоговорителя 132a-d до звукоотражающей структуры виртуальной комнаты воспроизведения. Время реверберации виртуальной комнаты воспроизведения может соответствовать коэффициентам ослабления ослабляющих фильтров 112a-d. Коэффициенты ослабления ослабляющих фильтров 112a-d и/или время реверберации могут зависеть от частоты, т.е. первая частота может реверберировать с первым временем реверберации, отличным от второго времени реверберации, с которым реверберируется вторая частота, отличная от первой частоты. Например, чем сильнее ослабление, тем короче может быть время реверберации. Таким образом, коэффициенты фильтрации ослабляющих фильтров 112a-d могут быть связаны с временем реверберации сигнала аудиоисточника по отношению к виртуальной комнате 130 воспроизведения. Коэффициенты фильтрации могут изменяться со временем, например, на основании изменяющейся со временем виртуальной комнаты 130 воспроизведения.
Таким образом, виртуальные громкоговорители 132a-d связаны с информацией, содержащей виртуальное направление распространения звука в виртуальной комнате 130 воспроизведения. Каждый виртуальный громкоговоритель 132a-d можно регулировать независимо относительно других виртуальных громкоговорителей 132a-d. Изменение задержки по времени линии 108a-d задержки может влиять на позицию соответствующего виртуального громкоговорителя 132a-d в виртуальной комнате 130 воспроизведения или наоборот. Таким образом, установка виртуальных громкоговорителей может быть реализована в любой желаемой форме, например, виртуальные громкоговорители 132a-d могут равномерно распределяться в виртуальной комнате 130 воспроизведения. Альтернативно, виртуальные громкоговорители 132a-d могут распределяться неравномерно, например, относительно позиции слушателя, левая, правая, фронтальная или тыловая зона слушателя может содержать более высокую плотность громкоговорителей по сравнению с другими секциями виртуальной комнаты 130 воспроизведения.
Пол, потолок, стены и/или другие звукоотражающие объекты также можно параметризовать посредством или в виртуальной комнате воспроизведения. Таким образом, виртуальный звуковой объект, излучающий звук в виртуальной комнате воспроизведения с характеристикой распространения звука, например направлением, может воспроизводиться виртуальными громкоговорителями 130a-d. Характеристики распространения звука виртуальной комнаты воспроизведения, например, отражение звука и/или ослабление звука на стенах и т.п. можно перевести, по меньшей мере, частично в параметры схемы задержки. Например, расстояние между виртуальным громкоговорителем и стеной виртуальной комнаты воспроизведения, можно перевести во время распространения (задержку по времени) до отражения звуковой волны. Задержки по времени линий 108a-d задержки могут означать задержку на распространение звука в виртуальной комнате воспроизведения до прихода в виртуальную позицию прослушивания. Каждый тракт 106a-d задержки может быть связан с виртуальным громкоговорителем 130a-d в виртуальной комнате 130 воспроизведения. Это позволяет масштабировать устройство 100 на основании количества виртуальных громкоговорителей 130a-d, а не на основании количества воспроизводимых источников звука.
На основании переменной позиции виртуального аудиоисточника в виртуальной комнате 130 воспроизведения задержки по времени также могут изменяться, например, когда виртуальный аудиоисточник приближается к стенке, излучаемый звук отражается раньше. Устройство 100 содержит входной контроллер 140 выполненный с возможностью соединения сигналов 104a и 104b аудиоисточника, усиленных версий 104aʺ и 104bʺ, соответственно, с разными входами линий 108a-d задержки, причем разные входы связаны с различными задержками по времени между соответствующими входом и выходом. Короче говоря, входной контроллер 140 выполнен с возможностью приема параметров, связанных с необходимой или целевой задержкой по времени, и адаптации задержки по времени, на которую сигнал аудиоисточника задерживается линией 108a-d задержки.
Выходные сигналы 102a-d могут сохраняться, например, на или в памяти данных, например, жестком диске, цифровом видеодиске (DVD), интернете или других средах. Альтернативно, входные сигналы 102a-d может поступать на схему 141 коррекции, содержащую корректирующие фильтры 142a-d, выполненные с возможностью спектральной модуляции выходных сигналов 102a-d. Спектральная модуляция корректирующих фильтров 142a-d может быть реализована согласно характеристикам распространения звука и/или направлению распространения звука излучаемого звука в виртуальной комнате воспроизведения. Например, когда стены виртуальной комнаты 130 воспроизведения адаптированы для ослабления высоких частот, корректирующие фильтры 142a-d могут быть реализованы согласно такой характеристике и могут позволять регулировать звук согласно направлению звука.
Выходные сигналы 144a-d корректирующих фильтров 142a-d, таким образом, могут быть сконфигурированы для воспроизведения виртуальной сцены воспроизведения, содержащей виртуальные аудиообъекты, виртуальную комнату 130 воспроизведения и виртуальные громкоговорители 132a-d, как если бы виртуальная комната 130 воспроизведения и виртуальные громкоговорители 132a-d были реальными. Полученные сигналы 144a-d могут сохраняться на носителе данных и/или поступать на блок 150 панорамирования аудиосистемы 1000, причем блок 150 панорамирования выполнен с возможностью обеспечения (реальных) сигналов 152a-f громкоговорителя в количестве, соответствующем количеству реальных громкоговорителей 162 в реальной комнате 160 воспроизведения. Короче говоря, блок 150 панорамирования выполнен с возможностью панорамирования нескольких сигналов 144a-d громкоговорителя в количестве, соответствующем количеству виртуальных громкоговорителей 132a-d, в несколько сигналов 152a-f громкоговорителя в количестве, соответствующем количеству реальных громкоговорителей 162a-f. В общем случае, количество реальных громкоговорителей 152a-f может быть больше или меньше количества виртуальных громкоговорителей 132a-d. Количество реальных громкоговорителей может зависеть от пользовательской установки и даже может быть неизвестно, при генерации выходных сигналов 102a-d и/или сигналов 144a-d громкоговорителя. Таким образом, генерацию выходных сигналов 102a-d и/или сигналов 144a-d громкоговорителя можно рассматривать как независимую от комнаты воспроизведения. Таким образом, количество выходных сигналов 102a-d, трактов 106a-d задержки и корректирующих фильтров 142a-d для фильтрации выходных сигналов может быть одинаковым. Короче говоря, линии 106a-d задержки связаны с направлением распространения звука ранних отражений в виртуальной комнате 130 воспроизведения. Параметры фильтрации корректирующих фильтров 142a-d можно адаптировать на основании направления распространения звука.
Воспроизведение аудиосцены может содержать воспроизведение прямого звука, т.е. неотраженного сигнала от воспроизводимого аудиообъекта к слушателю. Система 1000 воспроизведения аудиосигнала может содержать корректирующие фильтры 143a и 143b, выполненные с возможностью коррекции, т.е. спектральной модуляции, сигнала 104a и/или 104b аудиоисточника, для получения спектрально модулированных сигналов 145a и 145b аудиоисточника. Блок 150 панорамирования может быть выполнен с возможностью приема сигналов 104a и 104b аудиоисточника и/или спектрально модулированных сигналов 145a и 145b. Блок 150 панорамирования может быть дополнительно выполнен с возможностью обеспечения сигналов 152a-f громкоговорителя на основании сигналов 144a-d громкоговорителя и, на основании сигналов 104a и 104b аудиоисточника, соответственно, их спектрально модулированных версий. Короче говоря, блок 150 панорамирования может обеспечивать сигналы 152a-d громкоговорителя, содержащие информацию, связанную с прямым звуком, ранними отражениями и поздними реверберациями.
Хотя корректирующие фильтры 152a-d описаны как выполненные с возможностью приема выходного сигнала 102a-d, корректирующие фильтры 142a-d также могут быть выполнены с возможностью приема сигнала промежуточной линии задержки, который, например, не ослаблен ослабляющими фильтрами 112a-d. Такой сценарий описан ниже и позволяет получать сигналы 144a-d громкоговорителя и, таким образом, сигналы 152a-d громкоговорителя, содержащие реверберированные сигналы в отсутствие отраженных частей.
Устройство 100 может содержать выходной контроллер 170, выполненный с возможностью соединения корректирующего фильтра 142a-d с выходным отводом линии 108a-d задержки. На выходном отводе можно получать сигнал промежуточной линии задержки. На основании измененных характеристик отражения звука виртуальной комнаты воспроизведения, выходной контроллер 170 дополнительно выполнен с возможностью отсоединения корректирующего фильтра 142a-d от выходного отвода линии 108a-d задержки и/или соединения корректирующего фильтра 142a-d с другим выходным отводом. Согласно варианту осуществления, не более одного выходного отвода соединено с корректирующим фильтром 142a-d. Входной контроллер 140 и выходной контроллер 170 могут быть выполнены с возможностью соединения только одного входного отвода линии задержки и, соответственно, только одного выходного отвод.
На фиг. 2 показана блок-схема устройства 200 для генерации сигналов 144a-d громкоговорителя согласно варианту осуществления. По сравнению с устройством 100, устройство 200 содержит корректирующие фильтры 142a-d, что позволяет спектрально модулировать выходные сигналы 102a-d внутренне, т.е. устройство 200 выполнено с возможностью вывода сигналов 144a-d громкоговорителя в качестве выходных сигналов.
Устройство 200 содержит схему 202 задержки, содержащую тракты 106a-d задержки. Схема 202 задержки и процессор 120 обратной связи образуют FDN, причем процессор 120 обратной связи выполнен с возможностью осуществления обратной связи и/или перекрестной подачи выходных сигналов 102 на схему 202 задержки.
Другими словами, на фиг. 1 и 2 предложен новый многоканальный ревербератор со схемами задержки, который позволяет позиционировать большое количество источников звука с большим количеством громкоговорителей, поддерживая при этом вычислительную эффективность. FDN распространяется на создание большого количества пространственно назначаемых раскоррелированных каналов, а также отдельных ранних отражений для всех источников, и регулировку коэффициент усиления по пространственно-временным реверберациям и спектральной мощности.
Количество линий задержки и количество источников могут принимать значения от одного до более высоких целых чисел. В предыдущих конструкциях, например, изображенной на фиг. 10, ранние отражения и поздняя реверберация получаются в разных схемах, которые могут подлежать масштабированию согласно количеству входных каналов (источников). Дополнительно, FDN не несет явной информации направления, иногда она даже минимизирует ее методами высокой плотности наподобие ортогонального микширования. В схеме задержки обратной связи, изображенной на фиг. 1 и 2, выходы линии задержки, т.е. выходные сигналы 102a-d, задаются информацией направленности за счет подачи непосредственно на виртуальный громкоговоритель или адаптации трактов 106a-d задержки согласно виртуальным громкоговорителям 132a-d. Затем эти виртуальные громкоговорители рендеризуются в комнату воспроизведения, например, комнату 130 воспроизведения, согласно алгоритму панорамирования блока 150 панорамирования. Согласно фактической ситуации рендеризации, можно гарантировать, что выход реверберации воспроизводит верные пространственные характеристики с максимальной гибкостью.
Прямое назначение линий задержки виртуальным направлениям виртуальных громкоговорителей 132a-d может обеспечивать предпочтительное решение по сравнению с известными принципами. Напротив, угловое направление назначается каждому фильтрованному выходному сигналу линии задержки, выходным сигналам 102a-d и, таким образом, самой линии 108a-d задержки. Это взаимно-однозначное соответствие между линией 108a-d задержки и виртуальным громкоговорителем 130a-d, например, линией 108a задержки и виртуальным громкоговорителем 130a, можно рассматривать как важное или даже наиболее важное по сравнению с предыдущими конструкциями, пространственная конструкция может быть введена в структуру FDN. Аналогично, ослабляющие фильтры 112a-d и выходные корректирующие фильтры 142a-d могут соответствовать пространственным направлениям.
Затем направления каналов, указанные виртуальными громкоговорителями 132a-d в виртуальной комнате 130 воспроизведения панорамируются в желаемую выходную установку громкоговорителей в фактической комнате 160 воспроизведения. Каждый виртуальный громкоговоритель 132 можно представлять как точечный источник на сфере вокруг слушателя, который может воспроизводиться физическими громкоговорителями со взвешенными коэффициентами усиления, зависящими от их относительной позиции. Например, амплитудное панорамирование на векторной основе (VBAP), описанное в [6], можно применять как простой и эффективный вариант. Альтернативно, особенно в сценарии использования большого количества громкоговорителей, например, по меньшей мере, 20, по меньшей мере, 30 или, по меньшей мере, 50, панорамирование можно осуществлять как так называемое жесткое панорамирование, т.е. сигнал 144a-d громкоговорителя поступает на ближайший реальный громкоговоритель 162a-f, т.е. находящийся на наименьшем расстоянии до виртуального громкоговорителя 132a-d, излучающего звуковой сигнал.
Промежуточный этап виртуальной комнаты воспроизведения допускает высокую или даже максимальную гибкость в выборе установок громкоговорителей и поддерживает пространственные и акустические признаки реверберации на хорошем или, возможно, даже наилучшем возможном уровне. Полученная матрица микширования, т.е. процессор 120 обратной связи, является очень разреженной в отношении вычислительной сложности для многоканальных установок громкоговорителей.
Линии 108a-d задержки располагаются для дискретизации сферы панорамирования вокруг позиции прослушивания. Конкретное расположение может панорамироваться на конструкции звука, например, они могут располагаться с равномерным разнесением по сфере, или определенные секции сферы могут быть увеличены на количество линий задержки.
В зависимости от целевой установки громкоговорителей, некоторые секции сферы можно исключить и другие можно уплотнить, например, для: установок громкоговорителей наподобие 5.1+4 или 22.2 большие части нижней полусферы можно исключить или, в зависимости от применения, может быть полезно разместить больше линий задержки во фронтальном, естественной направлении сцены. Такая зона обозначается как ʺфронтʺ на фиг. 9. Заметим, что угловое разрешение виртуальных громкоговорителей может быть выше, чем у компоновки физических громкоговорителей.
На фиг. 3 показана блок-схема тракта 106a задержки, причем нижеследующее описание также применимо для других трактов 106b-d задержки. Тракт 106a задержки содержит линию 108a задержки, реализованную, например, как фильтр с конечной импульсной характеристикой. Линия 108a задержки содержит множество входных отводов 302a-d. Например, линия 108a задержки может содержать, по меньшей мере, 4, по меньшей мере, 16, по меньшей мере, 500 или даже, по меньшей мере, 1000 входных отводов 302a-d. Входные отводы 302a-d выполнены с возможностью приема сигналов аудиоисточника, например, сигналов 104a и 104b аудиоисточника, их версии и/или усиленной версии. Например, входной контроллер 140, изображенный на фиг. 1, может соединять или отсоединять первый сигнал аудиоисточника с или от одним(ого) из входных отводов 302a-d не соединяя при этом этот входной сигнал с другими входными отводами, таким образом, что сигнал аудиоисточника соединяется с линией 108a задержки на одном входном отводе. Это допускает изменение со временем задержек по времени линии задержки. Входной контроллер 140 может быть выполнен с возможностью соединения того же или другого входного отвода 302a-d с дополнительным сигналом аудиоисточника и/или входного сигнала или его (усиленной) версии с другой линией задержки.
Входные отводы 302a-d размещаются последовательно, и между двумя входными отводами 302a-d располагается блок 304a-d задержки. Таким образом, сигнал, принятый на входном отводе 302a, пересылается на блок 304a задержки, задерживается и затем пересылается на второй входной отвод 302b. Когда первый входной отвод 302a принимает реверберированный аудиосигнал 114a, и когда второй входной отвод 302b принимает сигнал 104a аудиоисточника, реверберированный аудиосигнал 114a объединяется с сигналом 104a аудиоисточника на втором входном отводе. Последний выходной отвод, например, выходной отвод 306c, может быть выходом фильтра, обеспечивающего объединенный сигнал 116, таким образом, что ʺпоследнийʺ сигнал промежуточной линии задержки, например, 308c, может быть объединенным сигналом.
1
3
Альтернативно или дополнительно, например, когда третий входной отвод 302c принимает сигнал 104b аудиоисточника, на третьем входном отводе 302c реверберированный аудиосигнал 114a, сигнал 104a аудиоисточника и сигнал 104b аудиоисточника объединяются. Каждый из сигналов 114a, 104a и 104b задерживается с различной задержкой по времени, т.е. разным количеством блоков 304a-c задержки. Сигнал, объединенный на входном отводе 302a-d, может усиливаться или ослабляться с коэффициентом усиления или коэффициентом ослабления k-k. Последующие усиленные или ослабленные сигналы объединяются на выходных отводах 306a-c, причем на выходных отводах 306a-c могут получаться сигналы 308a-c промежуточной линии задержки. Например, выходной контроллер 170 может соединять или отсоединять один из выходных отводов 306a-c или выход ослабляющего фильтра 112a с или от корректирующим(его) фильтром(а) 142a таким образом, что корректирующий фильтр 142a может принимать один из сигналов 308a-c промежуточной линии задержки или выходной сигнал 102a.
На фиг. 4a и 4b изображены в виде блок-схемы разные сценарии для получения сигналов 144 громкоговорителя.
На фиг. 4a показана блок-схема сценария, в котором сигнал 144 громкоговорителя содержит отраженную часть и реверберированную часть сигнала 104a аудиоисточника. Линия 108i задержки, которая может быть, например, одной из линий 108a-d задержки, выполнена с возможностью приема реверберированного аудиосигнала 114i, например, одного из реверберированных аудиосигналов 114a-d, на первом входе. На входном отводе 302i, который может быть любым входным отводом, например, одним из входных отводов 302a-d, линия 108i задержки выполнена с возможностью приема усиленной версии 104aʺ сигнала 104a аудиоисточника. Таким образом, реверберированный аудиосигнал 114i и сигнал 302i аудиоисточника объединяются на входном отводе 302i.
Задержки по времени от входного отвода 302i к выходу фильтра, т.е. пока ослабляющий фильтр 112i не примет объединенный сигнал 116, можно рассматривать как задержку на отражение. Выходной сигнал 102i ослабляющего фильтра 112i, например, один из выходных сигналов 102a-d, пересылается на корректирующий фильтр 142i таким образом, что сигнал 144i громкоговорителя содержит реверберированную часть и отраженную часть. Когда фильтры линии 108i задержки и/или ослабляющего фильтра 112i находятся, например, в начальном или основном состоянии, реверберированный сигнал 114i также может быть статическим и/или начинаться, например, в нулевом состоянии. Когда сигнал 104 аудиоисточника применяется к системе, и линия 108i задержки принимает его усиленную версию, сигнал 144i громкоговорителя сначала может содержать только отраженную часть, поскольку реверберированный сигнал 114i отличается от нулевого состояния в следующей итерации. Короче говоря, сигнал аудиоисточника сначала распространяется однократно через части линии 108i задержки таким образом, что сигнал 144i громкоговорителя базируется на задержанном (отраженном) сигнале аудиоисточника. Затем выходной сигнал 102i реверберируется и объединяется с сигналом аудиоисточника таким образом, что в следующем интервале времени сигнал 144i громкоговорителя базируется на отраженных и реверберированных частях.
На фиг. 4b показана блок-схема другого сценария, в котором корректирующий фильтр 142i соединен с выходным отводом 306i, например, одним из выходных отводов 306a-c. Выходной отвод 306i, при схематическом рассмотрении во временной области, располагается ʺдоʺ входного отвода 302i, соединенного с сигналом аудиоисточника. Таким образом, при рассмотрении от нулевого состояния, сигнал аудиоисточника сначала задерживается, затем ослабляется ослабляющим фильтром 112i, реверберируется процессором 120 обратной связи и поступает на линию 108i задержки. Сигнал 308i промежуточной линии задержки соединен с корректирующим фильтром 142i. На основании этого сценария, сигнал 144i громкоговорителя всегда может содержать реверберированные части, когда не находится в нулевом состоянии. Это позволяет получать сигналы с малым количеством или даже без ранних отражений. Такой сценарий может быть желателен, например, при воспроизведении акустической сцены, где не должно возникать различных ранних отражений, например, в сценариях с рассеянием.
Другими словами, для каждого источника, входные отводы, до количества линий задержки, можно выбирать таким образом, что первые отражения определяются в коэффициенте усиления, задержке и аппроксимированном направлении, и все отражения фильтруются ослабляющим фильтром. Предложенные устройство и способ позволяют снижать вычислительные затраты по сравнению с известными предыдущими способами. В случае, когда пространственные ранние отражения нежелательны, альтернативный подход, изображенный на фиг. 4b, может быть реализован в конструкции линия задержки. Различие между фиг. 4a и фиг. 4b состоит только в том, что позиция выходного отвода, т.е. выходного отвода 308i, соединена с корректирующим фильтром. Вместо входа матрицы обратной связи, т.е. выходного сигнала 102i, выход, т.е. сигнал 308i промежуточной линии задержки, берется от начала (секции перед подключенным входом) линии 108i задержки, таким образом, что входной отвод источника располагается после выходного отвода. В результате, выходной сигнал обрабатывается процессором обратной связи (матрицей обратной связи), по меньшей мере, однократно, и возможно, распределяется на все направления линии задержки. Это приводит к менее выраженному раннему отражению и более быстрому увеличению плотности отражений.
11
44
11
22
33
44
11
44
На фиг. 5a показана блок-схема процессора 120 обратной связи, выполненного с возможностью реверберирования выходных сигналов 102a-d. Как это можно представить матричными операциями, процессор обратной связи выполнен с возможностью объединения выходных сигналов 102a-d с различными параметрами реверберации α-α. Параметры α, α, α и α на диагонали матрицы A относятся к изменению (усилению или ослаблению) выходного сигнала 102a-d. Другие значения относятся к влияниям (реверберации) других выходных сигналов 102a-d на соответствующий выходной сигнал. Таким образом, реверберированные аудиосигналы 114a-d могут базироваться на одном или более выходных сигналах 102a и/или зависеть от них. Значения параметров α-α могут относиться к конфигурации виртуальной комнаты воспроизведения, например, установке громкоговорителей и/или характеристикам отражения виртуальной комнаты воспроизведения, влияющим на реверберацию. Короче говоря, матричную операцию можно выразить, например, в виде:
r
A
o
r
o
A
T
T
T
=* или, альтернативно, =*
r
A
o
x
x
T
где  обозначает вектор содержащий реверберированные сигналы 114a-d,  обозначает матрицу реверберации,  обозначает выходные сигналы 102a-d и  обозначает транспонированную версию .
На фиг. 5b показана схема виртуальной комнаты 130 воспроизведения, содержащей, например, две подкомнаты 136a и 136b. Подкомната 136a может быть, например, фронтальной или первой стороной комнаты. Виртуальная комната 130 воспроизведения содержит характеристики распространения, например, определяемые виртуальными объектами в комнате и/или материалами объектов или стен, а также самими структурами.
1
11
44
2
11
44
1
2
1
2
1
2
Подкомната 136b может быть, например, тыловой или второй, другой стороной виртуальной комнаты 130 воспроизведения по сравнению с подкомнатой 136a. Подкомнату 136a можно параметризовать блоком U параметров (содержащим поднабор параметров α - α). Подкомнату 136b можно параметризовать блоком U параметров(содержащим, по меньшей мере, частично другой поднабор параметров α - α). Блоки V и V параметров обозначают акустическую связь от первой подкомнаты 136a ко второй подкомнате 136b, от второй подкомнаты 136b к первой подкомнате 136a, соответственно. Матрицу A можно структурировать согласно блокам U, U, V и V параметров. Подкомнаты 136a и 136b также могут быть двумя разными комнатами, содержащими акустическую связь друг с другом, например, двумя комнатами, соединенными дверью. Это облегчает параметризацию виртуальной комнаты 130 воспроизведения. Параметризация может быть получена на основании поддерживаемой информации направленности отражений и/или ревербераций.
Другими словами, матрица A обратной связи часто выбирается для управления плотностью отражений. Каждый элемент матрицы указывает коэффициент усиления от одной линии задержки к другой. Чем плотнее матрица, тем плотнее будет хвост реверберация. Предложенные устройство и способ позволяют делить матрицу A на направленные секции для управления направленным распространением отражений в течение времени. Виртуальные направления линий задержки известны, поэтому элемент матрицы указывает распространение с одного направления к другому, например, диагональный элемент сохраняет направление. Для однородных комнат, где все направления смешиваются друг с другом, могут пригодиться однородные коэффициенты усиления матрица. Две акустически связанные комнаты, например, комната и соседний коридор можно реализовать матрица 2×2 блока.
1
2
1
2
Диагональные блоки U и U управляют микшированием, например, фронтальной и тыловой комнат, соответственно. Нединагональные блоки V и V могут управлять утечкой между связанными комнатами.
На фиг. 6a показан схематичный вид сверху распределения 16 линий задержки в верхней полусфере виртуальной комнаты 130 воспроизведения. Каждая точка 603 соответствует позиции виртуального громкоговорителя в виртуальной комнате 130 воспроизведения, и ее можно адаптировать параметрами соответствующего тракта задержки. Таким образом, виртуальный громкоговоритель, по меньшей мере, частично определяется угловой позицией виртуальной линии задержки, т.е. позицией на основании параметров линии задержки тракта задержки. Виртуальные громкоговорители распределяются неравномерно, т.е. асимметрично. Десять из шестнадцати виртуальных громкоговорителей размещаются во фронтальной секции по отношению к позиции 604 слушателя и по отношению к фронтальному направлению, указанному нулем градусов. Шесть из шестнадцати виртуальных громкоговорителей размещаются в тыловой области виртуальной комнаты воспроизведения. Согласно количеству шестнадцать виртуальных громкоговорителей, устройство 100 или 200 содержит 16 трактов задержки. Другими словами, на фиг. 6a показано распределение 16 линий задержки в верхней полусфере.
ij
ij
ij
ij
На фиг. 6b показана схематичная реализация акустической связи между виртуальными громкоговорителями, реализованными параметрами матрицы A. Каждая из стрелок 606 изображает связь между двумя громкоговорителями, т.е. параметр α, не равный нулю. Напротив, пунктирные стрелки 608 указывают, что вдоль соответствующего тракта не существует акустической связи, что можно реализовать параметром α, равным нулю. Заштрихованная поверхность, размещенная во фронтальной области, соответствует, например, первой подкомнате 136a виртуальной комнаты 130 воспроизведения. Заштрихованная поверхность, размещенная в тылу виртуальной подкомнаты 130, может соответствовать, например, подкомнате 136b. Поскольку линия задержки связана с направлением и позицией виртуального громкоговорителя в виртуальной комнате воспроизведения, она также может быть связана с расстоянием между виртуальным громкоговорителем и звукоотражающей структурой виртуальной комнаты 130 воспроизведения. α также можно интерпретировать как параметры реверберации, поскольку они связаны с реверберацией звуковых сигналов на основании акустической связи виртуальной комнаты воспроизведения. Параметры α можно регулировать согласно характеристике реверберации виртуальной комнаты 130 воспроизведения. Таким образом, время реверберации и, таким образом, соответствующие коэффициенты фильтрации можно адаптировать согласно и/или в зависимости от направления прихода (звука).
Соответственно, ослабляющие фильтры и/или корректирующие фильтры, связанные с виртуальными громкоговорителями, размещенными в разных подкомнатах, можно регулировать по-разному, т.е. возможно, что они реализуют разные характеристики реверберации.
Другими словами, на фиг. 6b показана схема для микширования в зависимости от направления для связи фронта и тыла, которая включает в себя выбор тракта усиления, изображенного стрелками между направлениями линии задержки, в распределение линий задержки, показанное на фиг. 6a. Времена реверберации в простых геометриях комнаты можно описать одной кривой. Более экстремальные случаи связанных комнат или неоднородных комнат наподобие соборов с высокими сводчатыми потолками могут иметь время реверберации, зависящее от направления. Предложенные способ и устройство допускают зависящую от направления регулировку времени реверберации. Это базируется на матрицах A микширования в зависимости от направления. Если блоки почти изолированы, и микширование медленно распространяется, спектральная фильтрация ослабляющих фильтров 112a-d остается неизменной для каждого направления. Согласно вышеприведенному примеру связанной комнаты, которая изображена на фиг. 5b и 6b, путем выбора разных степеней ослабления для ослабляющего фильтра в комнате и коридоре, т.е. в подкомнатах 136a и 136b, можно добиться разных времен реверберации во фронтальной и тыловой зонах. Другим примером является долгое время реверберации в сводчатом потолке собора. В концертном зале, короткое время реверберации в направлении оркестра, и огибание более длительного времени реверберации от сторон тыловой зоны могут создавать музыкально сбалансированную установку.
На фиг. 7 показана блок-схема возможной реализации ослабляющего фильтра 112a, и нижеследующее описание также применяется к ослабляющим фильтрам 112b-d. Ослабляющий фильтр 112a выполнен с возможностью управления временем реверберации и диффузностью схемы задержки обратной связи. Окраска и рассеяние ранних отражений могут нести важные перцептивные метки геометрии комнаты и материалов границы. Ослабляющий фильтр 112a, размещенный на выходе задержки, может гарантировать, что не существует необработанной копии прямого сигнала на выходе схемы задержки обратной связи, который может получаться, например, когда сигнал аудиоисточника соединяется с последним входным отводом линии задержки тракта задержки. Когда ослабляющий фильтр 112a предназначен для регулировки времени реверберации, фильтрация ранних отражений может достигаться без дополнительных затрат в отношении дополнительных фильтров. Хотя ослабляющий фильтр 112a изображен как реализованный в виде структуры с бесконечной импульсной характеристикой (IIR) прямой формы 2, ослабляющий фильтр 112a также можно реализовать как фильтр другого типа, например, как IIR-структуру прямой формы 1, как каскадный IIR-фильтр, решеточный фильтр и т.п. Альтернативно, может также располагаться фильтр со структурой с конечной импульсной характеристикой.
Другими словами, для размещения определенного отражения в направлении и времени, можно выбирать линию задержки, ближайшая к желаемому направлению прихода, и входной отвод располагается в линии задержки с надлежащим расстоянием. Направление раннего отражения аппроксимируется угловым распределением линий задержки и может отражать сниженное восприятие DOA для ранних отражений. По сравнению с известными способами, не играет роли, сколько рендеризуется входных источников, для внешних линий задержки не требуется дополнительной памяти. Также можно исключить специализированный блок панорамирования для ранних отражений. Согласно известным способам, обычно необходимо осуществлять дополнительную обработку ранних отраженных выходных сигналов во избежание неослабленных ранних отражений. Вычислительные затраты для дополнительных входных отводов практически равны затратам выходных отводов раннего отражения.
Обычно, полная спектральная мощность реверберации регулируется, например, посредством спектральной модуляции, как описано для корректирующих фильтров 142a-d на фиг. 1 и 2. Это можно осуществлять на выходе FDN в устройстве или в качестве внешнего устройства. Поэтому регулировку спектральной мощности можно осуществлять поканально. Однако часто комнаты имеют разные материалы границы и, таким образом, изменяющиеся кривые спектральной мощности, например, тыловые отражения меньше распространяются вследствие мягкой тыловой стены, чем фронтальные отражения, которые отскакивают от твердого материала. Вышеописанные варианты осуществления допускают зависящую от направления регулировку спектральной мощности. Поскольку направления панорамирования линий 108a-d задержки в виртуальной комнате 130 воспроизведения известны, корректирующие фильтры 142a-d можно конструировать согласно направлению. Благодаря использованию этого принципа, пространственная спектральная мощность может не зависеть от окончательной установки громкоговорителей и согласуется по всем вариантам выбора. Предложенный принцип интегрирует более ранние отражения в существующую структуру FDN. Для каждого входного источника, т.е. сигнала аудиоисточника, на каждой линии задержки существует входной отвод, как описано на фиг. 3 по отношению к фиг. 1. ʺРасстояниеʺ между входным отводом и выходным отводом может давать задержку на отражение. Коэффициент усиления отражения определяется коэффициентом усиления входного отвода, применяемым усилителями 122.
Предложенный принцип представляет методы пространственной многоканальной параметрической реверберации. Он базируется на схеме задержки обратной связи как наиболее общем представлением ревербераторов на основе схемы задержки.
Предложенный принцип предусматривает пространственную интерпретацию линий задержки. Промежуточный уровень виртуальной комнаты прослушивания дает взвешенную гибкость с целевыми установками громкоговорителей посредством алгоритма панорамирования. Таким образом, применим интегральный метод для ранних отражений. В то же время, можно поддерживать вычислительные затраты и можно управлять направлением прихода. Дополнительно, предложенный способ позволяет эффективно регулировать зависящие от направления спектральную мощность, микширование и время реверберации. Предложенный принцип позволяет создавать пространственную реверберацию для воспроизведения в 3D многоканальных установках громкоговорителей. Таким образом, предложенный принцип предусматривает методы пространственной многоканальной параметрической реверберации. Предложен новый многоканальный ревербератор со схемами задержки, который позволяет позиционировать большое количество источников звука с большим количеством громкоговорителей, поддерживая при этом вычислительную эффективность. Предложенный принцип предусматривает пространственную интерпретацию линий задержки и интегральный метод обработки ранних отражений. Дополнительно, предложенный принцип позволяет эффективно регулировать зависящие от направления спектральную мощность, микширование и время реверберации.
Ослабляющие фильтры FDN и/или корректирующие фильтры могут быть реализованы как IIR-фильтры, имеющие малое количество коэффициентов фильтрации, например, максимум 200, максимум 100 или максимум 50, и/или низкий порядок фильтра, например, максимум порядок 8, порядок 5 или порядок 3 или ниже. Коэффициенты ослабления ослабляющих фильтров можно регулировать на основании частотно-избирательного времени реверберации объединенного сигнала. Коэффициенты фильтрации корректирующих фильтров могут базироваться на частотно-избирательной спектральной энергии выходного сигнала, сигнала промежуточной линии задержки, соответственно. Кроме того, коэффициенты фильтрации ослабляющих фильтров и/или корректирующего фильтра можно устанавливать согласно направлению прихода звука, подлежащему реализации.
Хотя вышеописанные варианты осуществления относятся к количеству линий задержки четыре и шестнадцать, другие варианты осуществления относятся к другому количеству линий задержки и, таким образом, например, по меньшей мере, трем, по меньшей мере, восьми, двенадцати или шестнадцати виртуальным громкоговорителям.
Хотя вышеописанные варианты осуществления относятся к реализации процессора обратной связи, в которой процессор обратной связи выполнен с возможностью осуществления матричных операций, процессор обратной связи может, альтернативно или дополнительно, быть выполнен с возможностью осуществления операций других типов, например, операции свертки, связанной с матрицей (например, связанной с IIR- или FIR-фильтрами), преобразования, разности, деления и/или нелинейных операций.
Хотя вышеописанные варианты осуществления относятся к комнате воспроизведения, содержащей шесть громкоговорителей, комната воспроизведения также может содержать другое количество громкоговорителей, например, по меньшей мере, два, по меньшей мере, четыре, десять или более.
Хотя вышеописанные варианты осуществления относятся к линиям задержки, реализованным в виде FIR фильтров, линии задержки также можно реализовать в виде фильтров других типов и/или без параметров ослабления или усиления. Например, множество блоков задержки может быть реализовано цифровыми средствами, что позволяет характеризовать линию задержки просто количеством блоков задержки для задерживания сигналов.
Хотя вышеописанные варианты осуществления относятся к виртуальной комнате воспроизведения, содержащей две подкомнаты или одну комнату, виртуальная комната воспроизведения также может содержать три или более подкомнат. Соответственно, матрица A также может содержать другое количество блоков параметров, которые могут быть разделены или объединены (частично перекрываясь) друг с другом, и при этом количество блоков параметров и/или трактов задержки может базироваться на количестве трактов связи между подкомнатами. Однако, хотя матрица A изображена как квадратная, на основании параметров связи, матрица A также может быть неквадратной и/или содержать одну или более матриц, относящихся к подкомнате, имеющих неквадратную форму.
Хотя некоторые аспекты были описаны в отношении устройства, ясно, что эти аспекты также представляют описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствует этапу способа или признаку этапа способа. Аналогично, аспекты, описанные в отношении этапа способа, также представляют описание соответствующего блока или элемента или признака соответствующего устройства.
Кодированный аудиосигнал, отвечающий изобретению, может храниться на цифровом носителе данных или может передаваться по среде передачи, например, беспроводной среде передачи или проводной среде передачи, например, интернету.
В зависимости от тех или иных требований реализации, варианты осуществления изобретения можно реализовать аппаратными средствами или программными средствами. Реализация может осуществляться с использованием цифрового носителя данных, например, флоппи-диска, DVD, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM или флеш-памяти, где хранятся электронно считываемые сигналы управления, которые взаимодействуют (или способны взаимодействовать) с программируемой компьютерной системой для осуществления соответствующего способа.
Некоторые варианты осуществления согласно изобретению содержат носитель данных, имеющий электронно считываемые сигналы управления, которые способны взаимодействовать с программируемой компьютерной системой для осуществления одного из описанных здесь способов.
В общем случае, варианты осуществления настоящего изобретения можно реализовать в виде компьютерного программного продукта с программным кодом, причем программный код предназначен для осуществления одного из способов при выполнении компьютерного программного продукта на компьютере. Программный код может храниться, например, на машиночитаемом носителе.
Другие варианты осуществления содержат компьютерную программу для осуществления одного из описанных здесь способов, хранящихся на машиночитаемом носителе.
Другими словами, вариант осуществления способа, отвечающего изобретению, является, таким образом, компьютерной программой, имеющей программный код для осуществления одного из описанных здесь способов при выполнении компьютерной программы на компьютере.
Дополнительный вариант осуществления способов, отвечающих изобретению, является, таким образом, носителем данных (или цифровым носителем данных или компьютерно-считываемым носителем), на котором записана компьютерная программа для осуществления одного из описанных здесь способов.
Дополнительный вариант осуществления способа, отвечающего изобретению, является, таким образом, потоком данных или последовательностью сигналов, представляющей компьютерную программу для осуществления одного из описанных здесь способов. Поток данных или последовательность сигналов может, например, быть предназначен(а) для переноса по соединению с возможностью передачи данных, например, через интернет.
Дополнительный вариант осуществления содержит средство обработки, например, компьютер или программируемое логическое устройство, выполненный(ое) с возможностью или адаптированный(ое) для осуществления одного из описанных здесь способов.
Дополнительный вариант осуществления содержит компьютер с установленной на нем компьютерной программой для осуществления одного из описанных здесь способов.
В некоторых вариантах осуществления, программируемое логическое устройство (например, вентильную матрицу, программируемую пользователем) можно использовать для осуществления некоторых или всех из функциональных возможностей описанных здесь способов. В некоторых вариантах осуществления, вентильная матрица, программируемая пользователем, может взаимодействовать с микропроцессором для осуществления одного из описанных здесь способов. В общем случае, способы предпочтительно осуществлять посредством любого аппаратного устройства.
Вышеописанные варианты осуществления призваны всего лишь иллюстрировать принципы настоящего изобретения. Следует понимать, что специалисты в данной области техники могут предложить модификации и вариации описанных здесь компоновок и деталей. Таким образом, изобретение ограничивается только объемом нижеследующей формулы изобретения, но не конкретными деталями, представленными посредством описания и объяснения рассмотренных здесь вариантов осуществления.
ЛИТЕРАТУРА
[1] S. Diedrichsen, "Methods, modules, and computer-readable recording media for providing a multichannel convolution reverb," Патент US8 363 843 BB, 2013.
[2] P. S. Anand, "Method and device for artificial reverberation," Patent US2 002 067 836 AA, 2001.
[3] J. M. Jot, "Method and system for artificial spatialisation of digital audio signals," Патент US5 491 754 A, 1996.
[4] J.-M. Jot, ʺAn analysis/synthesis approach to realtime artificial reverberation,ʺ in International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (на международной конференции по акустике, речи и обработке сигнала), ICASSP-92., том 2. IEEE, 1992, с. 221-224.
[5] L. Dahl and J.-M. Jot, ʺA reverberator based on absorbent all-pass filters,ʺ in Proc. COST G-6 Conference on Digital Audio Effects (DAFX-00) (на конференции COST G-6 по цифровым аудио эффектам), 2000.
[6] V. Pulkki, ʺVirtual sound source positioning using vector base amplitude panning,ʺ Journal of the Audio Engineering Society (журнал сообщества аудио инженеров), том 45, номер 6, с. 456-466, 1997.