ФИЛЬТР ВИРТУАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОТРАЖЕННОГО ЗВУКА С ПОМОЩЬЮ НАПРАВЛЕННЫХ ВВЕРХ ДИНАМИКОВ
VIRTUAL HEIGHT FILTER FOR REFLECTED SOUND PRESENTATION BY MEANS OF DIRECTED UPWARDS LOUDSPEAKERS

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Эта заявка заявляет приоритет заявки на предварительный патент США №61/749789, поданной 7 января 2013 г., заявки на предварительный патент США №61/835466, поданной 14 июня 2013 г., и заявки на предварительный патент США №61/914854, поданной 11 декабря 2013 г., каждая из которых ссылкой включена в данный документ во всей своей полноте.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Один или несколько вариантов осуществления в целом относятся к обработке аудиосигналов, и более конкретно - к громкоговорителям и схемам для представления адаптивного аудиоконтента с помощью отраженных сигналов, генерируемых направленными вверх громкоговорителями.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Появление цифрового кинематографа создало новые стандарты для кинематографического звука, такие как включение нескольких каналов аудиоданных для обеспечения большей креативности для создателей контента и более захватывающего и реалистичного слухового восприятия для аудитории. Описания аудиоданных на основании моделей были разработаны для выхода за пределы традиционных систем подачи громкоговорителей и основанных на каналах аудиоданных как способа распространения пространственного аудиоконтента и представления в различных конфигурациях воспроизведения. Воспроизведение звука в настоящих трехмерных (3D) или виртуальных 3D средах превратилось в область усиленных разработок и развития. В пространственном представлении звука используются аудиообъекты, которые представляют собой аудиосигналы со связанными параметрическими описаниями источника положения мнимого источника (например, 3D координат), ширины мнимого источника и других параметров. Объектно-ориентированные аудиоданные могут быть использованы для многих мультимедийных приложений, таких как цифровые кинофильмы, видеоигры, симуляторы, и являются особо важными в домашней обстановке, где число громкоговорителей и их расположение в целом лимитировано или ограничено пределами относительно малой среды прослушивания.
[0004] Для более точного захвата и воспроизведения художественного замысла создателя для звуковой дорожки как в средах полноценных кинотеатров, так и домашних сред меньшего масштаба, были разработаны различные технологии. Был разработан формат пространственного аудиозвучания следующего поколения (также называемого «адаптивным аудиозвучанием»), который включает смесь аудиообъектов и традиционных основанных на каналах систем подачи громкоговорителей наряду с позиционными метаданными для аудиообъектов. В декодере пространственного аудиозвучания каналы отправляются прямо на их связанные громкоговорители или подвергаются понижающему микшированию относительно существующего набора громкоговорителей, и аудиообъекты представляются посредством декодера гибким образом. Параметрическое описание источника, связанное с каждым объектом, такое как позиционная траектория в 3D пространстве, берут в качестве входа наряду с количеством и положением громкоговорителей, подключенных к декодеру. Устройство представления применяет определенные алгоритмы для распределения аудиоданных, связанных с каждым объектом, между закрепленным набором громкоговорителей. Авторскую пространственную задумку каждого объекта, таким образом, оптимально представляют на конкретной конфигурации громкоговорителей, которая имеется в среде прослушивания.
[0005] Настоящие системы пространственного аудиозвучания, как правило, были разработаны для применения в кинематографии и, следовательно, предусматривают размещение в больших помещениях и применение относительно дорогого оборудования, включая массивы из нескольких громкоговорителей, распределенных по театру. Увеличивающийся объем усовершенствованного аудиоконтента, однако, становится доступным для воспроизведения в домашней обстановке с помощью технологии потоковой передачи и усовершенствованной мультимедийной технологии, такой как диски Blu-ray и т.п. Кроме того, возникающие технологии, такие как 3D телевидение и передовые компьютерные игры и симуляторы, подталкивают к применению сложного оборудования, такого как мониторы с большими экранами, приемники объемного звука и массивы громкоговорителей в домашней и других средах прослушивания. Несмотря на доступность такого контента, стоимость оборудования, сложность установки и размер помещения остаются реальными ограничителями, которые мешают полному применению пространственных аудиоданных в большинстве домашних сред. Например, в передовых объектно-ориентированных аудиосистемах, как правило, применяются расположенные над головой или высотные громкоговорители для воспроизведения звука, который должен возникать над головой слушателя. Во многих случаях, и особенно в домашней среде, такие высотные громкоговорители могут быть недоступны. В этом случае высотная информация теряется, если такие звуковые объекты проигрывают только через установленные на полу или стенах громкоговорители.
[0006] Следовательно, существует необходимость в системе, которая позволяет воспроизводить полную пространственную информацию адаптивной аудиосистемы в среде прослушивания, которая может включать только часть полного массива громкоговорителей, предназначенного для воспроизведения, такой как с ограниченным количеством или отсутствующими расположенными над головой громкоговорителями, и в которой могут применяться направленные вверх громкоговорители для отражения звука в места, где прямые громкоговорители находиться не могут.
[0007] Также необходим способ фильтрования, в котором применяется требуемая передаточная функция частоты для сокращения или устранения прямых компонентов звука из высотных компонентов звука в аудиосигналах, предназначенных для отражения от верхних поверхностей среды прослушивания.
[0008] Также существует необходимость в системе громкоговорителей, которая включает требуемую передаточную функцию частоты прямо в конструкцию преобразователя громкоговорителей, предназначенных для отражения звука от верхних поверхностей.
[0009] Объект изобретения, обсуждаемый в разделе предпосылок изобретения, не следует полагать представляющим собой имеющийся уровень техники лишь в результате его упоминания в разделе предпосылок изобретения. Аналогично недостаток, упомянутый в разделе предпосылок изобретения или связанный с объектом изобретения из раздела предпосылок изобретения, не следует полагать ранее известным на имеющемся уровне техники. Объект изобретения в разделе предпосылок изобретения лишь представляет другие подходы, которые сами по себе также могут быть изобретениями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0010] Варианты осуществления относятся к громкоговорителям и схемам, которые отражают звук от потолка или верхней поверхности к месту прослушивания на расстоянии от громкоговорителя. Отраженный звук обеспечивает метки высоты для воспроизведения аудиообъектов, которые имеют проходящие над головой аудиокомпоненты. Громкоговоритель содержит один или несколько направленных вверх динамиков для отражения звука от верхней поверхности и представляет громкоговоритель виртуальной высоты. Фильтр виртуальной высоты, основанный на модели направленного слушания, применяют к сигналу направленного вверх динамика для улучшения восприятия высоты для аудиосигналов, передаваемых громкоговорителем виртуальной высоты, чтобы обеспечивать оптимальное воспроизведение проходящего над головой отраженного звука. Дополнительно фильтр виртуальной высоты может быть включен как часть схемы кроссовера, которая разделяет полный диапазон и отправляет высокочастотный звук на направленный вверх динамик. Процессы коррекции акустики помещения также применяют для поверки и поддержания фильтрования виртуальной высоты в системах, которые выполняют автоматическую коррекцию акустики помещения и другие процессы компенсации отклонений.
[0011] Такие громкоговорители и схемы приспособлены для применения вместе с адаптивной аудиосистемой для представления звука с помощью элементов отраженного звука, содержащих массив аудиодинамиков для распределения по среде прослушивания, где некоторые из динамиков являются направленными прямо динамиками, а другие - направленными вверх динамиками, которые направляют звуковые волны к потолку среды прослушивания для отражения в конкретную область прослушивания; устройство представления для обработки аудиопотоков и одного или нескольких наборов метаданных, которые связаны с каждым аудиопотоком и которые определяют местоположение воспроизведения в среде прослушивания соответствующего аудиопотока, причем аудиопотоки содержат один или несколько отраженных аудиопотоков и один или несколько прямых аудиопотоков; и систему воспроизведения для представления аудиопотоков в массив аудиодинамиков согласно одному или нескольким наборам метаданных, и причем один или несколько отраженных аудиопотоков передают на динамики воспроизведения отраженных аудиоданных.
[0012] Варианты осуществления также относятся к громкоговорителям или системам громкоговорителей, которые включают требуемую передаточную функцию частоты прямо в конструкцию преобразователя громкоговорителей, приспособленных отражать звук от верхних поверхностей, причем требуемая передаточная функция частоты отфильтровывает прямые компоненты звука из высотных компонентов звука в адаптивном аудиосигнале, произведенном устройством представления.
[0013] Варианты осуществления также относятся к способам осуществления и применения или разворачивания громкоговорителей, схем и конструкций преобразователя, которые оптимизируют представление и воспроизведение контента отраженного звука с помощью передаточной функции частоты, которая отфильтровывает прямые компоненты звука от высотных компонентов звука в системе аудиовоспроизведения.
ВКЛЮЧЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ССЫЛКИ
[0014] Каждая публикация, патент и/или патентная заявка, упомянутые в этом описании, включены в данный документ с помощью ссылки во всей своей полноте до той же степени, как если бы каждая отдельная публикация и/или патентная заявка были специально и отдельно указаны как включенные с помощью ссылки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0015] На следующих графических материалах подобные номера ссылок используют для обозначения подобных элементов. Хотя следующие графические материалы представляют различные примеры, один или несколько вариантов осуществления не ограничены примерами, представленными на графических материалах.
[0016] Фиг. 1 представляет применение направленного вверх динамика, в котором используется отраженный звук для имитации расположенного над головой громкоговорителя в среде прослушивания.
[0017] Фиг. 2 представляет собой изображение выполненных как единое целое громкоговорителя виртуальной высоты и фронтально направленного громкоговорителя, согласно одному варианту осуществления.
[0018] Фиг. 3 - график, который представляет амплитудную характеристику фильтра виртуальной высоты, полученную из модели направленного слушания, согласно одному варианту осуществления.
[0019] Фиг. 4А представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока громкоговорителя, имеющего направленный вверх динамик, согласно одному варианту осуществления.
[0020] Фиг. 4В представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока представления для приведения в действие направленного вверх динамика, согласно одному варианту осуществления.
[0021] Фиг. 5 представляет фильтр высоты, получающий информацию о положении и обходной сигнал, согласно одному варианту осуществления.
[0022] Фиг. 6 представляет угол наклона направленного вверх динамика, используемого в громкоговорителе виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.
[0023] Фиг. 7 - схема, представляющая систему фильтра виртуальной высоты, включающую схему кроссовера, согласно одному варианту осуществления.
[0024] Фиг. 8А - принципиальная схема высокого уровня фильтра двухполосного кроссовера, используемого вместе с фильтром виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.
[0025] Фиг. 8В представляет двухполосный кроссовер, который осуществляет фильтрование виртуальной высоты в цепи фильтрования верхних частот, согласно одному варианту осуществления.
[0026] Фиг. 8С представляет кроссовер, который совмещает сети фильтра кроссовера направленного вверх и фронтально направленного громкоговорителей для применения с различными высокочастотными динамиками, согласно одному варианту осуществления.
[0027] Фиг. 9 представляет частотную характеристику двухполосного кроссовера, представленного на фиг. 8, согласно одному варианту осуществления.
[0028] Фиг. 10 представляет собой изображения различных конфигураций направленных вверх и направленных прямо или фронтально громкоговорителей для применения с фильтром виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.
[0029] Фиг. 11 представляет собой блок-схему системы представления виртуальной высоты, которая включает возможности коррекции акустики помещения и обнаружения громкоговорителей виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.
[0030] Фиг. 12 представляет собой график, который представляет эффект фильтрования предыскажения для калибровки, согласно одному варианту осуществления.
[0031] Фиг. 13 представляет собой блок-схему, представляющую способ выполнения фильтрования виртуальной высоты в адаптивной аудиосистеме, согласно одному варианту осуществления.
[0032] Фиг. 14А представляет собой принципиальную схему, представляющую аналоговую схему фильтра виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.
[0033] Фиг. 14В представляет примерную кривую частотной характеристики схемы, представленной на фиг. 14А, вместе с требуемой характеристической кривой.
[0034] Фиг. 15А представляет собой примерные значения коэффициентов для цифровой реализации фильтра виртуальной высоты согласно одному варианту осуществления.
[0035] Фиг. 15В представляет примерную кривую частотной характеристики фильтра, представленного на фиг. 15А, вместе с требуемой характеристической кривой.
[0036] Фиг. 16 представляет собой изображение громкоговорителя, включающего направленные прямо и вверх динамики в едином кожухе, согласно одному варианту осуществления.
[0037] Фиг. 17 представляет собой изображение иллюстративного размещения громкоговорителей, имеющих направленные вверх динамики и компоненты фильтра виртуальной высоты, в среде прослушивания.
[0038] Фиг. 18 представляет передаточную функцию фильтра меток высоты для применения в зависящих от высоты конструкциях преобразователя согласно одному варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0039] Описаны системы и способы для адаптивной аудиосистемы, которая представляет отраженный звук для адаптивных аудиосистем через направленные вверх громкоговорители, которые включают схемы фильтров виртуальной высоты для представления объектно-ориентированного аудиоконтента с помощью отраженного звука, чтобы воспроизводить проходящие над головой звуковые объекты и обеспечивать метки виртуальной высоты. Особенности одного или нескольких вариантов осуществления, описанных в данном документе, могут быть реализованы в аудио- или аудиовизуальной (AV) системе, которая обрабатывает аудиоинформацию источника в системе микширования, представления и воспроизведения, которая содержит один или несколько компьютеров или устройств обработки, выполняющих программные команды. Любой из описанных вариантов осуществления может быть применен отдельно или вместе с другим в любом сочетании. Хотя мотивом создания различных вариантов осуществления могли быть различные недостатки имеющегося уровня техники, которые могут быть описаны или упомянуты в одном или нескольких местах в данном описании, варианты осуществления не обязательно устраняют любой из этих недостатков. Другими словами, различные варианты осуществления могут устранять различные недостатки, которые могут быть описаны в данном описании. Некоторые варианты осуществления могут лишь частично устранять некоторые недостатки или лишь один недостаток, который может быть описан в описании, а некоторые варианты осуществления могут не устранять никакие из этих недостатков.
[0040] Для целей настоящего описания, следующие термины обладают связанными значениями: термин «канал» означает аудиосигнал плюс метаданные, в которых положение закодировано как идентификатор канала, например, окружение слева и спереди или справа и сверху; «основанные на каналах аудиоданные» - это аудиоданные, форматированные для воспроизведения с помощью предварительно определенного набора зон громкоговорителя со связанными номинальными положениями, например, 5.1, 7.1 и т.п.; термин «объект» или «объектно-ориентированные аудиоданные» означает один или несколько аудиоканалов с параметрическим описанием источника, таким как положение мнимого источника (например, 3D координаты), ширина мнимого источника и т.п.; «адаптивные аудиоданные» означает основанные на каналах и/или объектно-ориентированные аудиосигналы плюс метаданные, которые представляют аудиосигналы на основании среды воспроизведения с помощью аудиопотока, плюс метаданные, в которых положение закодировано в виде 3D положения в пространстве; и «среда прослушивания» означает любую открытую, частично замкнутую или полностью замкнутую область, такую как помещение, которая может быть использована для воспроизведения аудиоконтента отдельно или с видео или другим контентом, и может быть реализована дома, в кинотеатре, театре, аудитории, студии, игровой приставке и т.п. Такая область может иметь одну или несколько поверхностей, расположенных в ней, таких как стены или перегородки, которые могут прямо или диффузно отражать звуковые волны.
[0041] Варианты осуществления относятся к системе представления отраженного звука, которая приспособлена для функционирования с системой форматирования и обработки звука, которую можно назвать «системой пространственного аудиозвучания» или «адаптивной аудиосистемой», которая основана на технологии форматирования и представления аудиоданных, обеспечивающей улучшенное погружение аудитории в атмосферу воспроизведения, более качественное художественное управление и гибкость и масштабируемость системы. В целом адаптивная аудиосистема обычно содержит систему кодирования, распространения и декодирования аудиоданных, приспособленную для генерирования одного или нескольких битовых потоков, содержащих как обычные основанные на каналах аудиоэлементы, так и элементы кодирования аудиообъектов. Такой комбинированный подход обеспечивает более высокую эффективность кодирования и гибкость представления по сравнению с отдельно взятыми подходами, основанными на каналах или объектах. Пример адаптивной аудиосистемы, которая может быть использована вместе с настоящими вариантами осуществления, описан в рассматриваемой заявке на предварительный патент США 61/636429, поданной 20 апреля 2012 г., под названием «System and Method for Adaptive Audio Signal Generation, Coding and Rendering», которая включена в данный документ ссылкой и прикреплена к нему как Приложение 1.
[0042] В целом, аудиообъекты можно рассматривать как группы звуковых элементов, которые могут быть восприняты как возникающие из конкретного физического положения или положений в среде прослушивания. Такие объекты могут быть статическими (стационарными) или динамическими (движущимися). Аудиообъектами управляют с помощью метаданных, которые определяют положение звука в данный момент времени, наряду с другими функциями. Когда объекты воспроизводят, их представляют в соответствии с позиционными метаданными, используя имеющиеся громкоговорители, вместо обязательного вывода в предопределенный физический канал.
[0043] Иллюстративной реализацией адаптивной аудиосистемы и связанного аудиоформата является платформа Dolby Atmos™. Такая система включает высотную (вверх/вниз) размерность, которая может быть реализована как система окружения 9.1 или подобная конфигурация объемного звука (например, 11.1, 13.1, 19.4 и т.п.) Система окружения 9.1 может содержать составные пять громкоговорителей в плоскости пола и четыре громкоговорителя в высотной плоскости. В целом, эти громкоговорители могут быть использованы для создания звука, который должен возникать из любого положения, более или менее точно в пределах среды прослушивания. В обычных коммерческой или профессиональной реализации громкоговорители в высотной плоскости обычно предоставляют как установленные в потолке громкоговорители, или громкоговорители, установленные высоко на стене, над аудиторией, как часто можно увидеть в кинотеатре. Эти громкоговорители обеспечивают метки высоты для сигналов, которые должны быть услышаны выше слушателя, путем прямой передачи звуковых волн вниз к аудитории из расположенных над головой положений.
Система громкоговорителей виртуальной высоты
[0044] Во многих случаях, таких как обычная домашняя обстановка, устанавливаемые на потолке расположенные над головой громкоговорители устанавливать невозможно или непрактично. В этом случае высотное измерение должно быть обеспечено громкоговорителями, установленными на полу или низко на стене. В одном варианте осуществления высотное измерение обеспечивают направленными вверх громкоговорителями, которые имитируют высотные громкоговорители путем отражения звука от потолка. В адаптивных аудиосистемах определенные техники виртуализации реализуют посредством устройства представления для воспроизведения проходящего над головой аудиоконтента через эти направленные вверх громкоговорители, и громкоговорители используют специальную информацию относительно того, какие аудиообъекты следует представлять выше стандартной горизонтальной плоскости, чтобы соответственно направлять аудиосигналы.
[0045] С целью описания термин «динамик» означает один электроакустический преобразователь, который создает звук в ответ на входной электрический аудиосигнал. Динамик может быть реализован в любых соответствующих типах, геометрических формах и размерах, и может включать рупоры, конусы, преобразователи на гибких проводах и т.п. Термин «громкоговоритель» означает один или несколько динамиков в единой оболочке, и термины «кожух» или «корпус» означают единую оболочку, которая охватывает один или несколько динамиков.
[0046] Фиг. 1 представляет применение направленного вверх динамика, в котором используется отраженный звук для имитации одного или нескольких расположенных над головой громкоговорителей. Схема 100 представляет пример, в котором положение 106 прослушивания расположено в конкретном месте в среде прослушивания. Система не содержит никаких высотных громкоговорителей для передачи аудиоконтента, содержащего метки высоты. Вместо этого кожух громкоговорителя или массив громкоговорителей содержит направленный вверх динамик наряду с фронтально направленным динамиком (динамиками). Направленный вверх динамик приспособлен (относительно положения и угла наклона) для отправки своей звуковой волны 108 вверх в конкретную точку 104 на потолке 102, в которой она отражается назад вниз в положение 106 прослушивания. Полагается, что потолок изготовлен из соответствующих материала и состава, чтобы удовлетворительно отражать звук вниз в среду прослушивания. Важные характерные признаки направленного вверх динамика (например, размер, мощность, положение и т.п.) могут быть выбраны на основании состава потолка, размера помещения и других важных характерных признаков среды прослушивания.
[0047] Вариант, представленный на фиг. 1, представляет случай, когда направленный вперед динамик или динамики заключены в первом кожухе 112, а направленный вверх динамик заключен в отдельном втором кожухе 110. Направленный вверх громкоговоритель для громкоговорителя виртуальной высоты обычно располагают сверху направленного вперед громкоговорителя, но также возможны и другие ориентации. Следует отметить, что для создания множества имитируемых высотных громкоговорителей вместе может быть использовано любое число направленных вверх динамиков. Альтернативно ряд направленных вверх динамиков может быть приспособлен для передачи звука по существу в одну и ту же точку на потолке для получения определенного эффекта или определенной интенсивности звука.
[0048] Фиг. 2 представляет один вариант осуществления, в котором направленный вверх динамик(-и) и направленный вперед динамик(-и) расположены в одном и том же кожухе. Как представлено на фиг. 2, кожух 202 громкоговорителя содержит как направленный вперед динамик 206, так и направленный вверх динамик 204. Хотя на фиг. 1 и фиг. 2 представлен только один направленный вверх динамик, в некоторых вариантах осуществления в систему воспроизведения может быть включено несколько направленных вверх динамиков. Для варианта осуществления, представленного на фиг. 1 и 2, следует отметить, что динамики могут быть любых соответствующих форм, размеров и типов, в зависимости от требующихся амплитудно-частотных характеристик, а также любых других важных ограничений, таких как размер, номинальная мощность, стоимость компонентов и т.п.
[0049] Как представлено на фиг. 1 и 2, направленные вверх динамики расположены так, что они направляют звук под углом вверх к потолку, где он затем может отражаться вниз к слушателю. Угол наклона может быть установлен в зависимости от характерных признаков среды прослушивания и требований системы. Например, направленный вверх динамик 204 может быть наклонен вверх от 10 градусов до 30 градусов и может быть расположен над фронтально направленным динамиком 206 в оболочке 202 громкоговорителя, чтобы сводить к минимуму взаимные помехи со звуковыми волнами, исходящими из фронтально направленного динамика 206. Направленный вверх динамик 204 может быть установлен под фиксированным углом, или он может быть установлен так, что угол наклона можно регулировать вручную. Альтернативно может быть использован сервомеханизм, чтобы обеспечивать автоматическое или электрическое управление углом наклона и направлением передачи направленного вверх динамика. Для определенных звуков, таких как звуковое сопровождение, направленный вверх динамик может быть направлен прямо вверх из верхней поверхности оболочки 202 громкоговорителя, чтобы создавать так называемый «направленный вертикально вверх» динамик. В этом случае значительный компонент звука может отражаться назад вниз на громкоговоритель, в зависимости от акустических характеристик потолка. Однако в большинстве случаев обычно используют некоторый угол наклона, чтобы помогать направлять звук путем отражения от потолка в другое или более центральное положение в среде прослушивания. Громкоговоритель может дополнительно содержать два входных контакта, причем первый входной контакт приспособлен для получения сигналов, соответствующих звуковым волнам, которые должны отражаться от верхней поверхности среды прослушивания, а второй входной контакт приспособлен для приема сигналов, соответствующих звуковым волнам, которые должны передаваться вдоль оси, приблизительно соответствующей плоскости земли.
[0050] В одном варианте осуществления в адаптивной аудиосистеме применяются направленные вверх динамики для обеспечения высотного элемента для проходящих над головой аудиообъектов. Это достигается частично путем восприятия отраженного звука сверху, как представлено на фиг. 1 и 2. На практике, однако, звук не расходится идеально направленным образом по пути отражения от направленного вверх динамика. Некоторый звук из направленного вверх динамика будет проходить по пути прямо от динамика к слушателю, ослабляя восприятие звука из отраженного положения. Сила этого нежелательного прямого звука по сравнению с требуемым отраженным звуком обычно представляет собой функцию диаграммы направленности направленного вверх динамика или динамиков. Для компенсации этого нежелательного прямого звука было показано, что включение обработки сигналов для введения воспринимаемых меток высоты в аудиосигнал, подаваемый в направленные вверх динамики, улучшает позиционирование и воспринимаемое качество сигнала виртуальной высоты. Например, модель направленного прослушивания была разработана для создания фильтра виртуальной высоты, который, при использовании для обработки аудиоданных, воспроизводимых направленным вверх динамиком, улучшает воспринимаемое качество воспроизведения. В одном варианте осуществления фильтр виртуальной высоты получают как из физического положения громкоговорителя (приблизительно на уровне слушателя), так и отраженного положения громкоговорителя (над слушателем) относительно положения прослушивания. Для физического положения громкоговорителя первый направленный фильтр определяют на основании модели звука, проходящего прямо из местоположения громкоговорителя в уши слушателя в положении прослушивания. Такой фильтр может быть получен из модели направленного прослушивания, такой как база данных измерений HRTF (передаточная функция головы) или параметрической модели бинаурального слушания, модели ушной раковины или другой подобной модели передаточной функции, которая использует метки, которые помогают воспринимать высоту. Хотя модель, которая учитывает модели ушной раковины, обычно является полезной, поскольку помогает определять, как воспринимают высоту, функция фильтра не предназначена для изолирования эффектов ушной раковины, но скорее для обработки отношения уровней звука из одного направления в другое направление, и модель ушной раковины является примером одной такой модели бинаурального слушания, которая может быть использована, хотя также могут быть использованы и другие.
[0051] Затем определяют инверсию этого фильтра и применяют для удаления направленных меток для аудиоданных, проходящих по пути прямо от физического положения громкоговорителя к слушателю. Затем, для отраженного положения громкоговорителя, второй направленный фильтр определяют на основании модели звука, проходящего прямо из отраженного положения громкоговорителя в уши слушателя в том же положении прослушивания с помощью той же модели направленного слушания. Этот фильтр применяют прямо, по существу передавая направленные метки, которые бы получило ухо, если бы звук исходил из отраженного положения громкоговорителя над слушателем. На практике эти фильтры могут сочетаться таким образом, который обеспечивает один фильтр, который как, по меньшей мере, частично удаляет направленные метки из физического положения громкоговорителя, так и, по меньшей мере, частично вставляет направленные метки из отраженного положения громкоговорителя. Такой единый фильтр обеспечивает кривую частотной характеристики, которая в данном документе называется «передаточной функцией фильтра высоты», «характеристической кривой фильтра виртуальной высоты», «требуемой передаточной функцией частоты», «характеристической кривой метки высоты» или подобными словами для описания фильтра или характеристической кривой фильтра, которая отфильтровывает прямые компоненты звука от высотных компонентов звука в системе аудиовоспроизведения.
1
2
Т
Т
2
1
1
2
[0052] Что касается модели фильтра, если P представляет частотную характеристику в дБ первого фильтра, моделирующего передачу звука от физического положения громкоговорителя, а Р представляет частотную характеристику в дБ второго фильтра, моделирующего передачу звука от отраженного положения громкоговорителя, то суммарная характеристика фильтра виртуальной высоты Р в дБ может быть выражена как: Р=α(P-P), где α - это коэффициент масштабирования, который контролирует мощность фильтра. При α=1 фильтр применяется максимально, а при α=0 фильтр ничего не делает (ответ 0 дБ). На практике α устанавливают в диапазоне между 0 и 1 (например, α=0,5) на основании относительного баланса отраженного звука к прямому. Поскольку уровень отраженного звука возрастает по сравнению с отраженным звуком, так должен вести себя и α, чтобы более полно придавать направленные метки отраженного положения громкоговорителя этому нежелательному пути прямого звука. Однако α не следует делать настолько большим, чтобы повредить воспринимаемому тембру аудиоданных, проходящих по отраженному пути, который уже содержит надлежащие направленные метки. На практике было обнаружено, что значение α=0,5 хорошо функционирует с диаграммами направленности стандартных динамиков громкоговорителей в направленной вверх конфигурации. В целом, точные значения фильтров P и Р будут функцией азимута физического положения громкоговорителя относительно слушателя и возвышения отраженного положения громкоговорителя. Возвышение, в свою очередь, является функцией расстояния физического положения громкоговорителя от слушателя и разницы между высотой потолка и высотой громкоговорителя (предполагая, что голова слушателя находится на высоте громкоговорителя).
Т
Т
Т
Т
Т
[0053] На фиг. 3 представлены характеристики фильтра виртуальной высоты Р с α=1, полученные из модели направленного слушания на основании базы данных характеристик HRTF, усредненных по большому набору объектов. Черные линии 303 представляют фильтр Р, рассчитанный в диапазоне углов азимута и диапазоне углов возвышения, соответствующих приемлемым расстояниям до громкоговорителей и значениям высоты потолка. Глядя на эти различные примеры Р, в первую очередь можно заметить, что большинство из каждого изменения фильтра возникает на более высоких частотах, выше 4 Гц. Кроме того, каждый фильтр демонстрирует пик, расположенный приблизительно на 7 кГц, и впадину приблизительно на 12 кГц. Точный уровень пика и впадины отличаются на несколько дБ между различными характеристическими кривыми. Учитывая близкое согласование в положении пика и впадины у набора характеристик, было обнаружено, что единая средняя характеристика 302 фильтра, представленная толстой серой линией, может служить в качестве универсального фильтра меток высоты для большинства приемлемых физических положений громкоговорителя и размеров помещения. Учитывая это открытие, для громкоговорителя виртуальной высоты может быть спроектирован единый фильтр Р, и для приемлемой пропускной способности не требуется знание точного положения громкоговорителя и размеров помещения. Однако для улучшенной пропускной способности такое знание может быть использовано, чтобы динамически устанавливать фильтр Р в одну из конкретных черных кривых, представленных на фиг. 3, соответствующих конкретным положениям громкоговорителя и размерам помещения.
[0054] Обычное применение такого фильтра виртуальной высоты для представления виртуальной высоты предназначено для аудиоданных, которые должны быть предварительно обработаны фильтром, демонстрирующим одну из амплитудных характеристик, представленных на фиг. 3 (например, средняя кривая 302), до того как они будут проиграны через направленный вверх громкоговоритель виртуальной высоты. Фильтр может быть предоставлен как часть блока громкоговорителя, или он может представлять собой отдельный компонент, который предоставлен как часть устройства представления, усилителя или другого промежуточного компонента аудиообработки. Фиг. 4А представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока громкоговорителя, имеющего направленный вверх динамик, согласно одному варианту осуществления. Как показано в системе 400, представленной на фиг. 4А, адаптивный аудиопроцессор 402 выдает аудиосигналы, которые содержат отдельные высотные компоненты сигнала и прямые компоненты сигнала. Высотные компоненты сигнала предназначены для проигрывания через направленный вверх громкоговоритель 408, а прямые компоненты аудиосигнала предназначены для проигрывания через направленный прямо или вперед громкоговоритель 407. Компоненты сигнала не обязательно являются различными в плане частотного содержимого или аудиоконтента, но вместо этого различаются на основании меток высоты, имеющихся в аудиообъектах или сигналах. Для варианта осуществления, представленного на фиг. 4А, фильтр 406 высоты содержится в или иным образом связан с высотным громкоговорителем 408. Фильтр 406 высоты компенсирует любые нежелательные прямые компоненты звука, которые могут присутствовать в высотном сигнале, путем предоставления воспринимаемых меток высоты в высотный сигнал, чтобы улучшать позиционирование и воспринимаемое качество виртуального сигнала. Такой фильтр высоты может включать эталонную кривую, представленную на фиг. 3.
[0055] В альтернативном варианте осуществления предварительная обработка фильтра виртуальной высоты может происходить в оборудовании представления перед входом в усилитель громкоговорителя (т.е., AV-приемник или предусилитель). Фиг. 4В представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока представления для приведения в действие направленного вверх динамика, согласно одному варианту осуществления. Как показано в системе 410, представленной на фиг. 4В, устройство 412 представления выдает отдельные высотные и прямые сигналы через усилитель 404, чтобы приводить в действие направленными вверх громкоговорители 418 и направленные прямо громкоговорители 407 соответственно. Фильтр 416 высоты в устройстве 412 представления обеспечивает компенсацию прямого звука через заграждающий фильтр (например, эталонную кривую 302) для направленного вверх громкоговорителя 418, как описано выше относительно фиг. 4А. Это позволяет предоставить функцию фильтра высоты для громкоговорителей, которые не обладают никаким встроенным фильтрованием виртуальной высоты.
[0056] В одном варианте осуществления определенную информацию о положении предоставляют на фильтр высоты, наряду с обходным сигналом, для включения или выключения фильтра виртуальной высоты в системе громкоговорителя. На фиг. 5 представлен фильтр высоты, получающий информацию о положении и обходной сигнал, согласно одному варианту осуществления. Как представлено на фиг. 5, информацию о положении подают на фильтр 406 виртуальной высоты, который подключен к направленному вверх громкоговорителю 504. Информация о положении может содержать положение громкоговорителя и размер помещения, используемые для выбора надлежащей характеристики фильтра виртуальной высоты из множества, представленного на фиг. 3. Кроме того, эти данные о положении могут быть использованы для изменения угла наклона громкоговорителя 504 виртуальной высоты, если такой угол делают регулируемым с помощью автоматических или ручных средств. Обычный и эффективный угол для большинства случаев составляет приблизительно 20 градусов. На фиг. 6 показан угол наклона направленного вверх динамика, используемого в громкоговорителе виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления. Как представлено на схеме 600, кожух 602 громкоговорителя содержит направленный вперед динамик(и) 206 и направленный вверх динамик 204. Направленный вверх динамик расположен под углом 608 относительно земли или горизонтальной плоскости, определяющей ось передачи 610 направленного вперед динамика 206. Фиг. 6 представляет примерный случай, в котором угол составляет 20 градусов. Однако как обсуждалось ранее, угол в идеале должен быть установлен так, чтобы максимально увеличивать отношение отраженного звука к прямому в положении прослушивания. Если диаграмма направленности направленного вверх громкоговорителя известна, то оптимальный угол может быть рассчитан при заданных точном расстоянии до громкоговорителя и высоте потолка, и затем угол 608 можно регулировать, если направленный вверх динамик 204 является подвижным относительно направленного вперед динамика 206, как, например, с помощью шарнирного кожуха или устройства с сервоуправлением. В зависимости от реализации схемы управления (например, аналоговая, цифровая или электромеханическая), такая информация о положении может быть предоставлена с помощью методов электрической передачи сигналов, электромеханических средств или других подобных механизмов.
[0057] В определенных случаях дополнительная информация о среде прослушивания может требовать дополнительной настройки угла наклона с помощью ручных или автоматических средств. Это может включать случаи, когда потолок является или слишком поглощающим, или необычно высоким. В таких случаях сила звука, проходящего по отраженному пути, может быть уменьшена и, следовательно, может быть желательно наклонить динамик дополнительно вперед для увеличения силы сигнала прямого пути от динамика, чтобы увеличить эффективность воспроизведения. Поскольку этот компонент прямого пути возрастает, то необходимо увеличить параметр α масштабирования фильтра, как объяснено ранее. По существу этот параметр α масштабирования фильтра может быть установлен автоматически как функция переменного угла наклона, а также других переменных, относящихся к отношению отраженного звука к прямому. Для варианта осуществления, представленного на фиг. 6, фильтр 406 виртуальной высоты также получает обходной сигнал, который делает возможным отключение фильтра от схемы, если фильтрование виртуальной высоты является нежелательным.
[0058] Как представлено на фиг. 4А и 4В, устройство представления выдает отдельные высотные и прямые сигналы прямо на соответствующие направленные вверх или прямо громкоговорители. Альтернативно устройство представления может выдавать единый аудиосигнал, который разделяют на высотные и прямые компоненты дискретным разделением или схемой кроссовера. В этом случае аудиовыход из устройства представления был бы разделен на составляющие его высотные и прямые компоненты отдельной схемой. В определенных случаях высотные и прямые компоненты не зависят от частоты, и внешнюю схему разделения используют для разделения аудиоданных на высотные и прямые звуковые компоненты и направления этих сигналов на надлежащие соответствующие динамики, где к сигналу направленного вверх громкоговорителя применяют фильтрование виртуальной высоты.
[0059] Однако в большинстве обычных случаев высотные и прямые компоненты могут быть зависимыми от частоты, и схема разделения содержит схему кроссовера, которая разделяет полночастотный сигнал на низкие и высокие (или полосовые) компоненты для передачи на соответствующие динамики. Это часто является наиболее полезным случаем, поскольку метки высоты, как правило, более распространены в высокочастотных сигналах, а не в низкочастотных сигналах, и для этого применения схема кроссовера может быть использована в сочетании с или встроена в компонент фильтра виртуальной высоты, чтобы направлять высокочастотные сигналы на направленный вверх динамик(и), а низкочастотные сигналы - на направленный прямо динамик(и). Фиг. 7 - схема, представляющая систему фильтра виртуальной высоты, включающую схему кроссовера, согласно одному варианту осуществления. Как представлено в системе 700, выход из устройства 402 представления через усилитель (не показан) представляет собой полночастотный сигнал, и фильтр 406 громкоговорителя виртуальной высоты применяют для придания требуемой передаточной функции фильтра высоты для сигналов, отправленных на направленный вверх громкоговоритель 712. Схема 706 кроссовера разделяет полночастотный сигнал из устройства 402 представления на компоненты высокой (верхние) и низкой (прямые) частоты для передачи на соответствующие громкоговорители 712 (направленные вверх) и 714 (направленные прямо). Кроссовер 706 может быть встроен в фильтр 406 высоты или отдельным от него, и эти отдельные или совмещенные схемы могут быть предоставлены в любом месте в цепи обработки сигнала, как, например, между устройством представления и системой громкоговорителей (как показано), как часть усилителя или предусилителя в цепи, в самой системе громкоговорителей или как компоненты, тесно связанные с или встроенные в устройство 702 представления. Фильтр виртуальной высоты и кроссовер могут быть предоставлены в виде интегральной схемы, заключенной в корпусе с направленным вверх динамиком. Функция кроссовера может быть реализована перед функцией фильтрования виртуальной высоты или после нее.
[0060] Схема кроссовера, как правило, разделяет аудиоданные на две или три полосы частот, причем отфильтрованные аудиоданные из различных полос отправляют на соответствующие динамики в громкоговорителе. Например, в двухполосном кроссовере нижние частоты отправляют на более крупный динамик, способный точно воспроизводить нижние частоты (например, низкочастотные/среднечастотные динамики), а верхние частоты, как правило, отправляют на меньшие преобразователи (например, высокочастотные динамики), которые способны более точно воспроизводить верхние частоты. Фиг. 8А представляет собой принципиальную схему высокого уровня фильтра двухполосного кроссовера, применяемого вместе с фильтром виртуальной высоты, таким как представленный на фиг. 7, согласно одному варианту осуществления. Со ссылкой на схему 800, аудиосигнал, подаваемый на схему 802 кроссовера, отправляется на фильтр 804 верхних частот и фильтр 806 нижних частот. Кроссовер 802 установлен или запрограммирован с конкретной частотой среза, которая определяет точку кроссовера. Эта частота может быть статической или может быть переменной (т.е., благодаря схеме переменного сопротивления в аналоговой реализации или параметру переменного кроссовера в цифровой реализации). Фильтр 804 верхних частот подавляет низкочастотные сигналы (находящиеся ниже частоты среза) и отправляет высокочастотный компонент на высокочастотный динамик 807. Аналогично фильтр 806 нижних частот подавляет высокие частоты (находящиеся выше частоты среза) и отправляет низкочастотный компонент на низкочастотный динамик 808. Трехполосный кроссовер функционирует аналогично, за исключением того, что имеется две точки кроссовера и три полосовых фильтра для разделения входящего аудиосигнала на три полосы для передачи на три отдельных динамика, таких как высокочастотные, среднечастотные и низкочастотные динамики.
[0061] Схема 802 кроссовера может быть реализована как аналоговая схема с помощью известных аналоговых компонентов (например, конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов и т.п.) и известных конструкций схем. Альтернативно она может быть реализована как цифровая схема с помощью компонентов процессора цифровых сигналов (ПЦС), логических вентилей, программируемых матриц или других цифровых схем.
[0062] Схема кроссовера, представленная на фиг. 8, может быть использована для реализации, по меньшей мере, части фильтра виртуальной высоты, такого как фильтр 702 виртуальной высоты, представленный на фиг. 7. Как показано на фиг. 3, основная часть фильтрования виртуальной высоты происходит на частотах выше 4 кГц, которая выше, чем частота среза для многих двухполосных кроссоверов. На фиг. 8В представлен двухполосный кроссовер, который реализует фильтрование виртуальной высоты в цепи высокочастотной фильтрации, согласно одному варианту осуществления. Как представлено на схеме 820, кроссовер 821 содержит фильтр 806 нижних частот и фильтр 804 верхних частот. Фильтр верхних частот является частью схемы 820, которая содержит компонент 828 фильтра виртуальной высоты. В этом фильтре виртуальной высоты применяется требуемая характеристика фильтра высоты, такая как кривая 302, к сигналу, обработанному фильтром верхних частот, перед передачей на высокочастотный динамик 807.
[0063] Переключатель 826 обхода может быть предусмотрен, чтобы позволять системе или пользователю обходить схему фильтра виртуальной высоты во время операций калибровки или настройки, так что другие варианты обработки аудиосигнала могут происходить без вмешательства фильтра виртуальной высоты. Переключатель 826 может представлять собой или ручной, управляемый пользователем, тумблер, который предоставлен на громкоговорителе, или компоненте представления, где находится схема фильтра, или он может представлять собой электронный переключатель, управляемый программным обеспечением, или любой другой соответствующий тип переключателя. Информация 822 о положении также может быть подана на фильтр 828 виртуальной высоты.
[0064] Вариант осуществления, показанный на фиг. 8В, представляет фильтр виртуальной высоты, используемый с этапом применения фильтра верхних частот кроссовера. Следует отметить, что в альтернативном варианте осуществления фильтр виртуальной высоты может быть использован с фильтром нижних частот так, что полоса нижней частоты также может быть модифицирована так, чтобы имитировать нижние частоты характеристики, как представлено на фиг. 3. Однако в большинстве практических применений, кроссовер может быть чрезмерно сложным в свете минимальных высотных меток, имеющихся в низкочастотном диапазоне.
[0065] Фиг. 9 представляет частотную характеристику двухполосного кроссовера, представленного на фиг. 8В, согласно одному варианту осуществления. Как представлено на графике 900, кроссовер имеет частоту 902 среза для создания кривой 904 частотной характеристики фильтра нижних частот, который подавляет частоты выше частоты 902 среза, и кривой 906 частотной характеристики для фильтра верхних частот, который подавляет частоты ниже частоты 902 среза. Кривая 908 фильтра виртуальной высоты наложена на кривую 906 фильтра верхних частот, когда фильтр виртуальной высоты применяют к аудиосигналу после этапа применения фильтра верхних частот.
[0066] Реализация кроссовера, представленная на фиг. 8В, предполагает, что направленный вверх громкоговоритель виртуальной высоты реализован с помощью двух динамиков, одного для низких частот и одного для высоких частот. Однако эта конфигурация не может быть идеальной в большинстве условий. Для эффективной виртуализации часто критически важной является конкретная и управляемая направленность направленного вверх громкоговорителя. Например, при реализации громкоговорителя виртуальной высоты более эффективным обычно является громкоговоритель с одним преобразователем. Кроме того, предпочтительным является более мелкий единственный преобразователь (например, диаметром 3 дюйма), поскольку он является более направленным на более высоких частотах и более доступным, чем более крупный преобразователь.
[0067] В одном варианте осуществления направленный вверх громкоговоритель может содержать пару или массив из двух или более громкоговорителей различных размеров и/или характеристик. Фиг. 10 представляет собой изображения различных конфигураций направленных вверх и направленных прямо или фронтально громкоговорителей для применения с фильтром виртуальной высоты согласно одному варианту осуществления. Как представлено на фиг. 10, направленный вверх громкоговоритель может содержать два динамика 1002 и 1004, которые оба установлены в одном и том же кожухе 1001 и направлены вверх под одним углом. Направленный вверх динамик может содержать два или более преобразовательных элемента. Динамики могут иметь одинаковую конфигурацию, или они могут иметь различные конфигурации (размер, мощность, частотную характеристику и т.п.), в зависимости от потребностей применения. Направленный вверх аудиосигнал (UF) передают на этот громкоговоритель 1001, и внутренняя обработка может быть использована для отправки соответствующих аудиоданных на любой из или оба динамика 1002 и 1004. В альтернативном варианте осуществления один из направленных вверх динамиков, например, 1004, может быть наклонен отлично от другого динамика, как представлено в громкоговорителе 1010. В этом случае направленный вверх динамик 1004 направлен по существу вперед из кожуха 1010. Следует отметить, что любой подходящий угол может быть выбран для любого или обоих динамиков 1002 и 1004, и что конфигурация громкоговорителя может включать любое подходящее число динамиков или массивов динамиков различных типов (конусы, преобразователи на гибких проводах, рупоры и т.п.). В одном варианте осуществления направленные вверх громкоговорители 1001 и 1002 могут быть установлены на направленном вперед или прямо громкоговорителе 1020, который содержит один или несколько динамиков 1020, которые передают звук прямо из основного кожуха. Этот громкоговоритель получает основной входящий аудиосигнал как отдельный от UF аудиосигнала.
[0068] Фиг. 8С представляет кроссовер, который совмещает сети фильтра кроссовера направленного вверх и фронтально направленного громкоговорителей для применения с различными высокочастотными динамиками, наподобие представленных на фиг. 10, согласно одному варианту осуществления. Схема 8000 представляет вариант осуществления, в котором для фронтально направленного громкоговорителя и громкоговорителя виртуальной высоты предусмотрены отдельные кроссоверы. Кроссовер 8012 фронтально направленного громкоговорителя содержит фильтр 806 нижних частот, который обеспечивает подачу на низкочастотный динамик 808, и фильтр 804 верхних частот, который обеспечивает подачу на высокочастотный динамик 807. Кроссовер 8002 громкоговорителя виртуальной высоты содержит фильтр 806 нижних частот, который также обеспечивает подачу на низкочастотный динамик 808 путем сочетания с выходом фильтра 806 нижних частот в кроссовере 8012. Кроссовер 8002 виртуальной высоты содержит фильтр 804 верхних частот, который включает функцию 8008 фильтра виртуальной высоты. Выход этого компонента 8007 обеспечивает подачу на высокочастотный динамик 807. Динамик 807 является направленным вверх динамиком и обычно представляет собой меньший и, возможно, имеющий другой состав динамик, чем фронтально направленный низкочастотный динамик 808. Для примера, эффективный диапазон частот для низкочастотного обращенного вперед динамика 808 может быть установлен от 40 Гц до 2 кГц, для обращенного вперед высокочастотного динамика 807 - от 2 кГц до 20 кГц, и для направленного вверх высокочастотного динамика 807 - от 400 Гц до 20 кГц.
[0069] Имеется несколько преимуществ сочетания сетей кроссовера для направленного вертикально вверх и направленного вперед громкоговорителей, как представлено на фиг. 10. Во-первых, предпочтительный меньший динамик не будет способен эффективно воспроизводить нижние частоты и может фактически искажать их на высоких уровнях громкости. Следовательно, фильтрование и перенаправление низких частот на низкочастотные динамики фронтально направленного громкоговорителя позволит использовать один меньший динамик для громкоговорителя виртуальной высоты и давать в результате большую точность. Кроме того, исследования показали, что имеется небольшой эффект виртуальной высоты для аудиосигналов ниже 400 Гц, так что отправка только более высоких частот на громкоговоритель 1010 виртуальной высоты представляет оптимальное применение этого динамика.
Коррекция акустики помещения с помощью громкоговорителей виртуальной высоты
[0070] Как оговорено выше, добавление фильтрования виртуальной высоты к громкоговорителю виртуальной высоты добавляет воспринимаемые метки к аудиосигналу, которые добавляют или улучшают восприятие высоты направленными вверх громкоговорителям. Включение способов фильтрования виртуальной высоты в громкоговорители и/или устройства представления могут требовать учета других вариантов обработки аудиосигналов, выполняемых оборудованием воспроизведения. Одним таким процессом является коррекция акустики помещения, которая представляет собой процесс, который является обычным в доступных на рынке устройствах AVR. В способах коррекции акустики помещения применяют микрофон, расположенный в среде прослушивания, для измерения времени и частотной характеристики пробных аудиосигналов, проигрываемых через AVR с подключенными громкоговорителями. Целью измерения пробных сигналов и микрофона является измерение и компенсация нескольких ключевых факторов, таких как акустические воздействия помещения и среды на аудиоданные, включая узловые характеристики помещения (впадины и пики), неидеальную частотную характеристику громкоговорителей воспроизведения, временные задержки между несколькими громкоговорителями и положением прослушивания, и других подобных факторов. Автоматическая коррекция частоты и/или компенсация объема могут быть применены к сигналу для устранения любых воздействий, обнаруженных системой коррекции акустики помещения. Например, для первых двух факторов, коррекцию обычно проводят для модификации аудиоданных, проигрываемых через систему AVR/громкоговоритель, чтобы настраивать величину частотной характеристики аудиоданных, так чтобы корректировать узловые характеристики помещения (впадины и пики) и неточности характеристики громкоговорителя.
[0071] Если в системе применяются громкоговорители виртуальной высоты, и виртуальное фильтрование включено, система коррекции акустики помещения может определять фильтр виртуальной высоты как узловую характеристику помещения или аномалию громкоговорителя и осуществлять попытку выравнивания амплитудной характеристики виртуальной высоты, которая должна быть плоской. Эта предпринимаемая коррекция является особенно заметной, если фильтр виртуальной высоты демонстрирует резко выраженную высокочастотную впадину, такую как в случае, когда угол наклона является относительно большим.
[0072] Варианты осуществления системы громкоговорителя виртуальной высоты включают способы и компоненты для предотвращения отмены фильтрования виртуальной высоты системой коррекции акустики помещения. Фиг. 11 представляет собой блок-схему системы представления виртуальной высоты, которая включает возможности коррекции акустики помещения и обнаружения громкоговорителей виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления. Как представлено на схеме 1100, AVR или иной компонент 1102 представления подключен к одному или нескольким громкоговорителям 1106 виртуальной высоты, который включает процесс 1108 фильтра виртуальной высоты. Этот фильтр создает частотную характеристику, как представленная на фиг. 7, которая может быть восприимчивой к коррекции 1104 акустики помещения или другим способам компенсации аномалий, выполняемым устройством 1102 представления.
[0073] В одном варианте осуществления компонент компенсации коррекции акустики помещения включает компонент 1105, который позволяет AVR или другому компоненту представления обнаруживать, что к нему подключен громкоговоритель виртуальной высоты. Один такой способ обнаружения состоит в применении интерфейса пользователя для калибровки помещения и определения громкоговорителя, которое задает тип громкоговорителя как громкоговорителя виртуальной или невиртуальной высоты. Имеющиеся аудиосистемы часто содержат интерфейс, который запрашивает пользователя задать размер громкоговорителя в каждом положении громкоговорителя, такой как маленький, средний, большой. В одном варианте осуществления к этому набору определений добавляют тип громкоговорителя виртуальной высоты. Таким образом, система может предугадывать наличие громкоговорителей виртуальной высоты через дополнительный элемент данных, как например маленький, средний, большой, виртуальной высоты и т.п. В альтернативном варианте осуществления громкоговоритель виртуальной высоты может содержать сигнальное аппаратное обеспечение, которое указывает, что это громкоговоритель виртуальной высоты, в противоположность громкоговорителю невиртуальной высоты. В этом случае устройство представления (такое как AVR) может проверять громкоговорители и искать информацию относительно того, содержит ли какой-либо конкретный громкоговоритель технологию виртуальной высоты. Эти данные могут быть предоставлены по определенному протоколу связи, которая может быть беспроводным, прямым цифровым соединением, или по выделенной аналоговой линии, использующей существующую проводку громкоговорителя или отдельное соединение. В еще одном альтернативном варианте осуществления обнаружение может быть выполнено путем использования пробных сигналов и процедур измерения, которые предназначены или модифицированы для идентификации уникальных частотных характеристик фильтра виртуальной высоты в громкоговорителе и определения, что громкоговоритель виртуальной высоты подключен, путем анализа измеренного пробного сигнала.
[0074] Когда устройство представления с возможностями коррекции акустики помещения обнаружило наличие громкоговорителя (или громкоговорителей) виртуальной высоты, подключенного к системе, выполняют процесс 1105 калибровки, чтобы корректно откалибровать систему без оказания негативного воздействия на функцию 1108 фильтрования виртуальной высоты. В одном варианте осуществления калибровка может быть выполнена с помощью протокола связи, который позволяет устройству представления осуществлять обход процесса 1108 фильтрования виртуальной высоты громкоговорителем 1106 виртуальной высоты. Это может быть сделано, если громкоговоритель активен и может обходить фильтрование. Функция обхода может быть реализована как регулируемый пользователем переключатель, или она может быть реализована как программная команда (например, если фильтр 1108 реализован в ПЦС), или как аналоговый сигнал (например, если фильтр реализован как аналоговая схема).
[0075] В альтернативном варианте осуществления калибровка системы может быть выполнена с помощью фильтрования предыскажения. В этом варианте осуществления алгоритм 1104 коррекции акустики помещения выполняет фильтрование предыскажения на пробном сигнале, который он генерирует и выдает на громкоговорители для применения в процессе калибровки. Фиг. 12 представляет собой график, который представляет эффект фильтрования предыскажения для калибровки, согласно одному варианту осуществления. График 1200 представляет обычную частотную характеристику для фильтра 1204 виртуальной частоты и дополняющую частотную характеристику 1202 фильтра предыскажения. Фильтр предыскажения применяют к пробному аудиосигналу, используемому в процессе калибровки помещения, так что при проигрывании через громкоговоритель виртуальной высоты эффект фильтра нейтрализуется, как представлено дополняющими графиками двух кривых 1202 и 1204 в верхнем частотном диапазоне графика 1200. Таким образом, калибровка будет применена словно при использовании обычного громкоговорителя невиртуальной высоты.
[0076] В еще одном дополнительном альтернативном варианте осуществления калибровка может быть выполнена добавлением характеристики фильтра виртуальной высоты к целевой характеристике системы калибровки.
[0077] В любом из этих двух случаев (фильтр предыскажения или модификация целевой характеристики), фильтр виртуальной высоты, применяемый для модификации процедуры калибровки, может быть выбран так, чтобы точно соответствовать фильтру, применяемому в громкоговорителе. Однако если фильтр виртуальной высоты, применяемый внутри громкоговорителя, является универсальным фильтром, таким как кривая 302, который не модифицирован как функция положения громкоговорителя и размеров помещения, то система калибровки может вместо этого выбирать характеристику фильтра виртуальной высоты, соответствующую фактическому положению и размерам, если такая информация системе доступна. Таким образом, в системе калибровки применяется коррекция, эквивалентная разности между более точной, зависимой от положения характеристикой фильтра виртуальной высоты и универсальной характеристикой, применяемой в громкоговорителе. В этой гибридной системе фиксированный фильтр в громкоговорителе обеспечивает хороший эффект виртуальной высоты, и система калибровки в AVR дополнительно улучшает этот эффект большим знанием среды прослушивания.
[0078] Фиг. 13 представляет собой блок-схему, представляющую способ выполнения фильтрования виртуальной высоты в адаптивной аудиосистеме, согласно одному варианту осуществления. Способ, представленный на фиг. 13, описывает функции, выполняемые компонентами, представленными на фиг. 11. Процесс 1300 начинается путем отправки пробного сигнала или сигналов на громкоговорители виртуальной высоты с встроенным фильтрованием виртуальной высоты, этап 1302. Встроенное фильтрование виртуальной высоты создает кривую частотной характеристики, такую как представлена на фиг. 7, которую можно рассматривать как аномалию, которая будет скорректирована любыми процессами коррекции акустики помещения. На этапе 1304 система обнаруживает наличие громкоговорителей виртуальной высоты, так что любое изменение вследствие применения способов коррекции акустики помещения может быть скорректировано или компенсировано, чтобы обеспечить работу фильтрования виртуальной высоты громкоговорителей виртуальной высоты, этап 1306.
[0079] Как описано выше и представлено на фиг. 4А-В и 7, фильтр виртуальной высоты может быть реализован в громкоговорителе или отдельно, или с или как часть схемы кроссовера, которая разделяет входные звуковые частоты на высокую и низкую полосы, или более, в зависимости от конструкции кроссовера. Любая из этих схем может быть реализована как цифровая схема ПЦС или другая схема, которая реализует КИХ-фильтр (с конечной импульсной характеристикой) или БИХ-фильтр (с бесконечной импульсной характеристикой) для аппроксимации кривой фильтра виртуальной высоты, такой как представлена на фиг. 3. Любой из кроссовера, схемы разделения и/или фильтра виртуальной высоты может быть реализован как пассивные или активные схемы, причем активная схема требует для работы отдельного источника питания, а пассивная схема использует питание, обеспечиваемое другими компонентами или сигналами системы.
[0080] Для варианта осуществления, в котором фильтр высоты или кроссовер предусмотрен как часть системы громкоговорителя (кожух плюс динамики), этот компонент может быть реализован в аналоговой схеме. Фиг. 14А представляет собой принципиальную схему, представляющую аналоговую схему фильтра виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления. Схема 1400 содержит фильтр виртуальной высоты, содержащий сочетание аналоговых компонентов с величинами, выбранными для аппроксимации эквивалента кривой 302 с параметром масштабирования α=0,5 для 3-дюймового 6-омного громкоговорителя с номинально плоской характеристикой на 18 кГц. Частотная характеристика этой схемы представлена на фиг. 14В как черная кривая 1422, наряду с требуемой кривой 1424, представленной серым. Иллюстративная схема 1400, представленная на фиг. 14, предназначена для представления лишь одного примера возможной конструкции или компоновки схемы для схемы фильтра виртуальной высоты, и возможны другие конструкции.
[0081] Фиг. 15А представляет осуществление в цифровом виде фильтра высотных меток для применения в активном громкоговорителе, применяющем ПЦС или активную схему. Фильтр реализован как БИХ-фильтр четвертого порядка с коэффициентами, выбранными для частоты дискретизации 48 кГц. Этот фильтр может альтернативно быть преобразован в эквивалентную активную аналоговую схему с помощью средств, хорошо известных специалисту в данной области техники. Фиг. 15В представляет пример кривой 1524 частотной характеристики этого фильтра вместе с требуемой характеристической кривой 1522.
Спецификации громкоговорителей
[0082] В громкоговорителях, применяемых в адаптивной аудиосистеме, в которой реализуется фильтрование виртуальной высоты для домашнего кинотеатра или подобной среды прослушивания, может использоваться конфигурация, которая основана на существующих конфигурациях объемного звука (например, 5.1, 7.1, 9.1 и т.п.). В этом случае ряд динамиков предусмотрен и определен как для известного порядка функционирования объемного звука, с дополнительными динамиками и определениями, предусмотренными для компонентов направленного вверх звука.
[0083] Как представлено на фиг. 10, направленные вверх и прямо динамики могут быть установлены в различных конфигурациях с различными отдельными блоками динамиков и сочетаниями динамиков в единых кожухах. Фиг. 16 представляет собой изображение конфигурации направленного вверх и прямо громкоговорителей для применения отраженного звука, в котором применяется фильтрование виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления. В системе 1600 громкоговорителя кожух содержит направленные прямо динамики, содержащие низкочастотный динамик 1604 и высокочастотный динамик 1602. Направленный вверх динамик 1606 размещен для передачи сигналов из верхней части кожуха для отражения от потолка среды прослушивания. Как описано ранее, угол наклона может быть установлен на любой подходящий угол, такой как 20 градусов, и динамик 1606 можно вручную или автоматически перемещать относительно этого угла наклона. Звукопоглощающий пеноматериал 1610, или любой подобный экранирующий материал, может быть включен в канал направленного вверх динамика для акустической изоляции этого динамика от остальной части системы громкоговорителя. Конфигурация, представленная на фиг. 16, предназначена только для иллюстративного примера, и возможны многие другие конфигурации. Размер кожуха, размер динамика, тип динамика, расположение динамика и другие признаки конструкции громкоговорителя все могут быть приспособлены по-разному, на основании требований и ограничений аудиоконтента, системы представления и среды прослушивания.
[0084] В обычной адаптивной аудиосреде в среде прослушивания будут содержаться несколько оболочек громкоговорителей. Фиг. 17 представляет собой изображение иллюстративного размещения громкоговорителей, имеющих направленные вверх динамики и компоненты фильтра виртуальной высоты, в среде прослушивания. Как представлено на фиг. 17, среда 1700 прослушивания содержит четыре отдельных громкоговорителя 1702, каждый имеет по меньшей мере один фронтально направленный, направленный в сторону и направленный вверх динамик. Среда прослушивания также может содержать фиксированные динамики, используемые для применений объемного звука, такие как, например, центральный громкоговоритель и сабвуфер или LFE (низкочастотный элемент). Как можно видеть на фиг. 17, в зависимости от размера среды прослушивания и соответствующих элементов громкоговорителей, правильное расположение громкоговорителей 1702 в среде прослушивания может обеспечить высококачественную аудиосреду, получающуюся в результате отражения звуков из ряда направленных вверх динамиков от потолка. Громкоговорители могут быть предназначены для обеспечения отражения от одной или более точек на плоскости потолка, в зависимости от контента, размера среды прослушивания, положения слушателя, акустических характеристик и других важных параметров.
[0085] Как указано ранее, оптимальный угол для направленного вверх громкоговорителя представляет собой угол наклона динамика виртуальной высоты, который дает в результате максимальную отраженную энергию на слушателе. В одном варианте осуществления этот угол является функцией расстояния от громкоговорителя и высоты потолка. Хотя обычно высота потолка будет одинаковой для всех динамиков виртуальной высоты в конкретном помещении, динамики виртуальной высоты могут не быть равноудаленными от слушателя или положения 106 прослушивания. Громкоговорители виртуальной высоты могут быть использованы для различных функций, таких как функции прямой передачи и объемного звука. В этом случае для направленных вверх динамиков могут быть использованы различные углы наклона. Например, объемные громкоговорители виртуальной высоты могут быть установлены под более пологим или крутым углом, по сравнению с передними динамиками виртуальной высоты, в зависимости от контента и условий помещения. Кроме того, различные коэффициенты α масштабирования могут быть использованы для различных громкоговорителей, например, для динамиков виртуальной высоты объемного звука по сравнению с передними высотными динамиками. Аналогично для модели 302 виртуальной высоты, которую применяют к различным громкоговорителям, может быть использована кривая амплитудной характеристики другой формы. Таким образом, в развернутой системе с несколькими различными громкоговорителями виртуальной высоты громкоговорители могут быть ориентированы под различными углами и/или фильтры виртуальной высоты для этих громкоговорителей могут демонстрировать различные кривые фильтра.
Собственная конструкция преобразователя
[0086] Были описаны варианты осуществления, в которых частотная кривая виртуальной высоты для применения с направленными вверх динамиками предоставлена специальной схемой или компонентом цифровой обработки. Такая схема может добавлять определенную долю стоимости и сложности к системе аудиовоспроизведения, что может быть нежелательно. В одном варианте осуществления требуемая передаточная функция виртуальной высоты может быть предусмотрена в собственной частотной характеристике направленного вверх динамика. Многие громкоговорители имеют присущие высокочастотные погрешности, из-за частей, которые не остаются линейными в рабочих диапазонах громкоговорителей и которые могут быть подобными требуемой передаточной функции фильтра высоты. В настоящих конструкциях динамиков эти ошибки обычно сводят к минимуму для получения более линейного громкоговорителя. Однако специальная нелинейная характеристика для улучшения информации метки высоты может быть предусмотрена прямо в динамиках, предназначенных для отражения звука от поверхностей потолка. Определенные характеристики и компоненты динамиков или преобразователей направленного вверх громкоговорителя могут быть изменены для включения конкретной кривой передачи метки высоты, такой, как показана на графике 1800, представленном на фиг. 18. Фиг. 18 представляет собой график требуемой кривой 1804 передачи метки высоты по сравнению с линейной кривой 1802 оптимального линеаризованного динамика. Кривая 1804 может соответствовать кривой 302 фильтра виртуальной высоты, или она может представлять собой модифицированную кривую, оптимизированную для конструкции направленного вверх динамика или динамиков.
[0087] Определенные элементы направленного вверх динамика модифицируют для создания требуемой передаточной функции 1804 высоты собственно в самом динамике, и могут включать конус динамика, пылезащитный колпачок, паучковую центрирующую шайбу или другие элементы.
[0088] В одном варианте осуществления конус и/или край конуса динамика могут быть модифицированы. Может быть использован узел края конуса с тонкой полосой по периметру конуса или несколькими полосами изменяющейся толщины. Конус альтернативно может содержать шарнирную секцию или несколько шарнирных секций с применением «U» или «V»-образных областей на конусе. В динамике также могут использоваться полосы конической области, которые не являются касательными к основному профилю конуса, т.е. зигзагообразные профили; или секцию внешнего периметра конуса, которая находится под очень маленьким углом к передней плоскости громкоговорителя, создающую по существу плоскую область. Альтернативно секция периметра внутреннего края, которая находится под очень маленьким углом к передней плоскости громкоговорителя, может быть использована для создания по существу плоской области, которая может распространяться независимо от корпуса конуса. Это также может быть реализовано в виде секции периметра внутреннего края, которая находится под очень острым углом к передней плоскости громкоговорителя с большим увеличением массы плеча силы на стыке узла конус/край. Конус также может содержать шарнирную секцию или несколько шарнирных секций с применением «U» или «V»-образных областей на крае; или край с по существу асимметричной эластичностью при перемещении вперед и назад, что создает гармонические колебания в необходимом диапазоне. Все эти изменения конструкции предназначены для введения гармонических колебаний, которые помогают создавать требуемую характеристическую кривую 1804 для динамика.
[0089] Конус динамика часто покрыт пылезащитным колпачком, расположенным в центре круга конуса. Пылезащитный колпачок также может быть приспособлен помогать создавать требуемую частотную кривую. Например, может быть использован узел пылезащитного колпачка конуса с шарнирной секцией конуса или тонкими секциями конуса, которые позволяют пылезащитному колпачку вибрировать на высоких частотах в по существу отцепленном состоянии. Альтернативно пылезащитному колпачку может быть придана такая форма, чтобы он стал эффективным вторичным излучателем в диапазоне частот требуемой высоты. Аналогично может быть использован пылезащитный колпачок с центрифугой в форме конуса или другим крутящимся или вибрирующим элементом, которому придана такая форма, чтобы он стал эффективным вторичным излучателем в высокочастотном диапазоне. Такой пылезащитный колпачок может быть модифицирован и использован сам по себе или в сочетании с модифицированным узлом конуса.
[0090] Конус обычно опирается на пластмассовый или металлический каркас, называемый паучковой центрирующей шайбой. В одном варианте осуществления паучковая центрирующая шайба может быть модифицирована вместо или совместно с конусом и/или пылезащитным колпачком. Например, может быть использована паучковая центрирующая шайба с по существу асимметричной эластичностью при перемещении вперед и назад, что создает гармонические колебания в необходимом диапазоне.
[0091] Для оптимизации направленного вверх динамика могут быть определены определенные спецификации. Например, спецификация может определять преобразователь, включающий конус с изменяющейся формой поперечного сечения, который создает высокочастотную характеристику с подъемом на 7 кГц при 5 дБ, за которым идет падение 7 дБ при 12 кГц, и такая изменяющаяся форма поперечного сечения может включать кольцеобразную секцию, создающую шарнир, который позволяет конусу этой секции вибрировать в противофазе к остальной части корпуса конуса. Следует отметить, что все указанные модификации для элементов динамика могут быть использованы отдельно или в сочетании друг с другом для создания требуемой кривой частотной характеристики.
[0092] Вместо конической части динамика требуемая частотная кривая может быть встроена в громкоговоритель с помощью других или дополнительных компонентов громкоговорителя. В одном варианте осуществления волновод (например, рупор, линза и т.п.) используют независимо или вместе с направленным вверх динамиком для создания целевой требуемой целевой функции 1804. В этом варианте осуществления применяется волновод для создания требуемой передаточной функции путем контроля направленности. Для этого варианта осуществления саму требуемую передаточную функцию создают формой волновода, и/или применение волновода вместе с оптимизированным динамиком создает требуемую передаточную функцию.
[0093] В целом, направленные вверх динамики, включающие способы фильтрования виртуальной высоты, описанные в данном документе, могут быть использованы для отражения звука от твердой поверхности потолка, чтобы имитировать наличие расположенных над головой/высотных громкоговорителей, расположенных на потолке. Отличительным признаком адаптивного аудиоконтента является то, что пространственно различные аудиоданные воспроизводят с помощью массива расположенных над головой громкоговорителей. Однако как указано выше, во многих случаях установка расположенных над головой громкоговорителей является слишком дорогой или непрактичной в домашней обстановке. Путем имитации высотных громкоговорителей с помощью обычным образом расположенных громкоговорителей в горизонтальной плоскости можно создать захватывающее 3D восприятие с простым образом располагаемыми громкоговорителями. В этом случае в адаптивной аудиосистеме применяются направленные вверх/имитирующие высоту динамики новым способом, в котором аудиообъекты и их информацию пространственного воспроизведения используют для создания аудиоданных, воспроизводимых направленными вверх динамиками. Фильтрующие компоненты виртуальной высоты помогают регулировать или сводить к минимуму метки высоты, которые могут быть переданы прямо слушателю, по сравнению с отраженным звуком, так что восприятие высоты должным образом обеспечивается проходящими над головой отраженными сигналами.
[0094] Особенности систем, описанных в данном документе, могут быть реализованы в соответствующей компьютерной сетевой среде обработки звука для обработки цифровых или оцифрованных аудиофайлов. Части адаптивной аудиосистемы могут включать одну или несколько сетей, которые содержат любое требуемое количество отдельных устройств, включая один или несколько маршрутизаторов (не показаны), которые служат для буферизации и маршрутизации данных, передаваемых между компьютерами. Такая сеть может быть построена на различных сетевых протоколах, и может представлять собой Интернет, глобальную вычислительную сеть (WAN), локальную вычислительную сеть (LAN) или любое их сочетание.
[0095] Один или несколько компонентов, блоков, процессов или других функциональных компонентов могут быть реализованы с помощью компьютерной программы, которая управляет работой основанного на процессоре вычислительного устройства системы. Также следует отметить, что различные функции, представленные в данном документе, могут быть описаны с помощью любого количества сочетаний аппаратного обеспечения, аппаратно-программного обеспечения и/или в виде данных и/или команд, воплощенных в различных машиночитаемых или читаемых компьютером средах, что касается их функциональных характеристик, регистровых передач, логических компонентов и/или других характеристик. Читаемая компьютером среда, в которой таким образом форматированные данные и/или команды могут быть реализованы, включают, но без ограничения, физические (непереходные) энергонезависимые запоминающие среды в различных формах, такие как оптические, магнитные или полупроводниковые запоминающие среды.
[0096] Если контекст явно не требует иного, в ходе описания и формулы изобретения, слова «содержат», «содержащий» и т.п. необходимо понимать в инклюзивном смысле, в противоположность эксклюзивному или исчерпывающему смыслу; то есть, в смысле «включая, но без ограничения». Слова, использующие единственное или множественное число, также включают множественное или единственное число соответственно. Кроме того, слова «в данном документе», «ниже в данном документе», «выше», «ниже» и слова подобного значения относятся к этой заявке в целом, а не к каким-либо конкретным частям этой заявки. Когда слово «или» используют в отношении списка из двух или более элементов, это слово охватывает все следующие интерпретации слова: любой из элементов в списке, все элементы в списке и любое сочетание элементов в списке.
[0097] Хотя одно или несколько осуществлений были описаны с помощью примера и на основании конкретных вариантов осуществления, необходимо понимать, что одно или несколько осуществлений не ограничены раскрытыми вариантами осуществления. Напротив, подразумевается охватывание различных модификаций и подобных устройств, как будет ясно специалистам в данной области техники. Следовательно, объему прилагающейся формулы изобретения следует придавать самое широкое толкование для охвата всех таких модификаций и подобных устройств.