СИСТЕМА ИНСТАЛЛЯЦИИ В ПРОСТРАНСТВЕ ПОМЕЩЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ ЭФФЕКТОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области использования акустических средств в сценической деятельности и может быть применено при воспроизведении киноэффектов, музыки и речи, при проведении шоу-мероприятий и т.д. При использовании данной системы создается эффект объемного звучания, активно воздействующий на психофизиологическое состояние человека, усиленного визуально воспроизводимыми изображениями или игрой цвета.
Известно устройство для формирования стереофонического звукового поля, содержащая источник монофонического звука, блоки задержки звукового сигнала и блоки смешения монофонического сигнала с задержанными сигналами JP, заявка №61-50440, Н04S 5/00, опубл. 04.11.86).
Выбором времени задержки и сдвига фаз можно добиться удовлетворительного звучания, однако известное устройство отличается сложностью конструкции, создаваемое звуковое поле не согласовано с психоакустическими характеристиками человека, система шунтирует биологически ценные параметры живой речи и музыки вследствие фазовых искажений. В подобных системах стереофоническое звуковое поле, формируемое прямыми компрессионными волнами, воспроизводит объемность тембра звука лишь в некоторых пространственных точках "оптимального звучания".
Известна акустическая система, содержащая источник звукового сигнала, усилитель и электроакустический преобразователь, выполняющий функции резонатора. Резонатор содержит корпус, ряд головок громкоговорителей, которые образуют пары, включенные синфазно и расположенные оппозитно излучающими поверхностями на расстоянии, определяемым минимальной частотой данной пары, а система в целом обращена раскрывом в зону прослушивания. Наименьшее расстояние между поверхностями громкоговорителей - излучающими - выбрано равным характерному диаметру
головы человека. При воспроизведении звука сигнал через усилитель подается на синфазно включенные громкоговорители, которые за счет изменяющегося расстояния между соседними парами формируют часть фронта сферической волны, дающей высокую степень диффузности звукового поля и объемность звуковой картины, воспринимаемой слушателем. Для создания равноценных условий воспроизведения сигнала на разных частотах необходимо установить не менее трех пар излучателей, поскольку каждая пара излучателей является резонатором, собственная резонансная частота которого определяется расстоянием между элементами пары. Для пары излучателей с наименьшей базой устанавливается основная частота вблизи 1760 Гц, в других звеньях основные частоты ниже этой величины /SU №936462, Н04S 5/00, 1982.06.15).
Известная система принята за наиболее близкий аналог предлагаемой резонансной акустической системы.
Известная система звукопередачи характеризуется хорошим качеством звучания, объемным звуком. Однако систему отличает громоздкость, высокие требования к идентичности излучателей в паре, искажения частотной характеристики - срез на высоких и низких частотах. Также трудно добиться симметричной в пространстве диаграммы направленности, что является существенным недостатком устройства.
Рассматриваемые системы пространственного звучания относятся к системам стационарного звучания, то есть, когда компоненты системы закреплены неподвижно и настроены на объединение звуковых волн от акустических блоков в какой-то заданной зоне. Например, при использовании системы объемного звучания 5.1 (US 2004008847, US 2001038702, US 5666424, WO 03092260) тыловые колонки располагают сзади слушателя с обращением звукового потока в направлении к центральной и фронтальным колонкам, расположенным перед слушателем. Системы объемного воспроизведения звука были разработаны потому, что качество звучания, реализуемое обычной стереофонической системой или головными телефонами, перестало удовлетворять взыскательных слушателей. Хотя стерео системы и создают эффект пространственного звучания за счет синтеза панорамы мнимых
источников звука между несколькими громковорителями, все же стереозвучание имеет существенный недостаток. Стереопанорама получается плоской и ограничена углом между направлениями на громкоговорители. Такое звучание в значительной степени лишено естественности, свойственной тому, что достигается в реальном звуковом поле, когда человек способен воспринимать реальные источники практически со всех направлений как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях и оценивать, хотя порой и с ошибками, расстояние до источников звука. Считается, что восприятие звуков с разных направлений и расстояний имеет важное значение не только как факт их пространственного расположения. Оно создает у слушателя ощущение звучащего объема (трехмерного звукового поля), существенно обогащает тембры музыкальных инструментов и голосов, восстанавливая реверберационный процесс, свойственный первичному помещению (концертному залу). Обычная стереофония создает эффект пространственного звучания в очень ограниченной области перед слушателем, не позволяет в полной мере выявить названные особенности восприятия звуков в реальном звуковом поле и, следовательно, снижает качество звучания.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по формированию эффекта пространственного окружающего (объемного) звука, повторяющее объемное звучание 5.1, при усилении звуковой картины голографическим эффектом, в зоне которого происходит сложение звуковых волн.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности представления звуковых композиций и усилении психологического воздействия на слушателя при демонстрации материала.
Указанный технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что система инсталляции в пространстве помещения объемных эффектов, содержащая устройство пространственного воспроизведения звука, включающее в многоканальный усилитель на пять каналов с полным частотным диапазоном и одним низкочастотным каналом с диапазоном от 3 до 120 Гц, выходы которого подключены соответственно к
центральному и фронтальным акустическим блокам с динамиками, располагаемым перед местом расположения слушателя, к тыловым акустическим блокам с динамиками, располагаемым за местом расположения слушателя, и к субвуферу с динамиком, снабжена устройством формирования голографического изображения над местом расположения слушателя или перед ним, включающим в себя проекционную установку и прозрачный пленочный экран для демонстрации голографического изображения, при этом указанный пленочный экран выполнен с возможностью перемещения по трем координатам над местом расположения слушателя или перед ним с сохранением неизменным голографического изображения, акустические блоки устройства пространственного воспроизведения звука направлены в сторону голографического изображения для направления звуковой волны от каждого этого блока в зону голографического изображения и соединения звуковых волн от этих блоков в этой зоне, причем акустические блоки устройства пространственного воспроизведения звука установлены по отношению к месту расположения слушателя с возможностью перемещения по трем координатам для сохранения соединения звуковых волн от этих блоков в зоне голографического изображения.
Указанный технический результат для второго варианта исполнения достигается тем, что система инсталляции в пространстве помещения объемных эффектов, содержащая устройство пространственного воспроизведения звука, включающее в многоканальный усилитель на пять каналов с полным частотным диапазоном и одним низкочастотным каналом с диапазоном от 3 до 120 Гц, выходы которого подключены соответственно к центральному и фронтальным акустическим блокам с динамиками, располагаемым перед местом расположения слушателя, к тыловым акустическим блокам с динамиками, располагаемым за местом расположения слушателя, и к субвуферу с динамиком, снабжена устройством формирования голографического изображения над местом расположения слушателя, включающим в себя проекционную установку и искусственно созданную в воздухе газовую или пылевую среду для демонстрации голографического
изображения над местом расположения слушателя или перед ним, при этом акустические блоки устройства пространственного воспроизведения звука направлены в сторону голографического изображения для направления звуковой волны от каждого этого блока в зону голографического изображения и соединения звуковых волн от этих блоков в этой зоне, акустические блоки устройства пространственного воспроизведения звука установлены по отношению к месту расположения слушателя с возможностью перемещения по трем координатам для сохранения соединения звуковых волн от этих блоков в зоне голографического изображения.
При этом для обоих вариантов исполнения система может быть дополнительно снабжена цветомузыкальной установкой для формирования цветных световых лучей в направлении голографического изображения или поверхностей помещения, при этом в указанной установке каждый цвет видимого спектра света соответствует заданному частотному диапазону звука.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
Предлагаемая система приведена на чертеже, где на фиг.1 представлена схема системы инсталляции в пространстве помещения объемных эффектов.
Согласно обоих вариантов исполнения система инсталляции в пространстве помещения объемных эффектов (фиг.1) содержит устройство пространственного воспроизведения звука, включающее в многоканальный усилитель 1 по крайней мере на пять каналов с полным частотным диапазоном и одним низкочастотным каналом с диапазоном от 3 до 120 Гц, выходы которого подключены соответственно к центральному 2 и фронтальным акустическим блокам 3 и 4 с динамиками, располагаемым перед местом расположения слушателя, к тыловым акустическим блокам 5 и 6 с динамиками,
располагаемым за местом расположения слушателя или с боку от него, и к субвуферу 7 с динамиком.
В качестве таких систем пространственного звучания могут использоваться система Dolby Digital - цифровая системой кодирования и записи многоканального объемного звука (старое название - Dolby Surround АС-3), имеющая шесть отдельных каналов - пять каналов с полным диапазоном и низкочастотный канал, то есть система соответствует формату 5.1. Кодер Dolby Digital принимает цифровые данные с частотой дискретизации 32, 44,1 или 48 кГц и разрядностью 16, 18 или 20 бит (см. US 2004008847, US 2001038702, US 5666424, WO 03092260).
Система дополнена устройством формирования топографического изображения над местом расположения слушателя или перед ним, включающей в себя проекционную установку 8 и искусственно созданную в воздухе газовую или пылевую среду для демонстрации топографического изображения. Газовая среда формируется за счет выброса над местом расположения слушателей тумана или облака, прозрачность которого отличается от воздуха и имеет видимость. Пылевая среда может формироваться за счет выброса в воздух пылевых частиц. Оба приема построены на формировании в воздухе облака с определенной отражательной способностью, что и позволяет увидеть голографическую картинку в воздухе. Но такие облака не долговечны, однако и этого достаточно для создания кратковременной иллюзии. Голографическое изображение может перемещаться по этому облаку, а может оставаться статичным с перемещением зоны совмещения звуковых волн по этому изображению.
Особенностью заявляемой системы является то, что акустические блоки устройства пространственного воспроизведения звука направлены в сторону голографического изображения для направления звуковой волны от каждого этого блока в зону голографического изображения и соединения звуковых волн от этих блоков в этой зоне, при этом акустические блоки устройства пространственного воспроизведения звука установлены по отношению к месту расположения слушателя с возможностью перемещения по трем координатам
для сохранения соединения звуковых волн от этих блоков в зоне голографического изображения.
Акустические блоки могут устанавливаться на рычажных системах, а их перемещения осуществляются от приводов 9, изменяющих положение звеньев рычажной системы и обеспечивая тем самым их перемещение вверх-вниз, влево-право. При этом между работой приводов осуществлена взаимосвязь управления по зависимому положению одного акустического блока от положения других блоков. Эта связь необходима для обеспечения при перемещении каждого акустического блока в некоторой зоне по месту его привязки сохранности соединения звуковых волн от всех блоков в зоне голографического изображения. Управление взаимным положением и перемещением акустических систем осуществляется через координатный контроллер 10, в котором зафиксированы начальные координаты экрана для голографического изображения и алгоритм его перемещения, например, с дискретными координатами положения экрана в процессе этого перемещения. Так же в контроллере 10 зафиксированы координаты положения всех акустических блоков по отношению к экрану. Алгоритм работы контроллера настроен на обеспечение изменения координат положения акустических блоков по отношению к экрану при сохранении угловой направленности звуковой волны к экрану и расстояния между каждым акустическим блоком и экраном при котором в зоне экрана звуковые волны складываются с формированием стоячей волны.
Акустическая система предусматривает использование микшера для сведения в формате многоканального объемного звука и формирования специальных средств панорамирования звука. Микшер при работе для размещения звука в определенном месте устанавливает, какое количество звука подается в каждый канал и, тем самым, определяет его воображаемое положение между двумя акустическими системами, то есть определяет какое количество звука подается в каждый из пяти основных каналов (не учитывая канал субвуфера).
Объемность звука определяется психоакустическими особенностями восприятия звука человеком. Как правило, звуковые волны, отражаясь от различных препятствий, доходят до нас в несколько искаженном виде (изменяется амплитуда колебаний и т.п.). Причем каждое ухо улавливает звук с разными временными интервалами. Обработка отдельных звуковых сигналов мозгом позволяет нам определять, с какой стороны от нас и на каком расстоянии находится источник. Однако, если направление звучания (излучения звуковой волны) не направлено непосредственно на слушателя, то скорректированный звуковой сигнал для тыловых акустических блоков, попадая на препятствие, которым может оказаться стена помещения, меняет свое направление, перемещается вдоль стены и, отражаясь от других препятствий, воспринимается ухом слушателя как пришедший извне звук без конкретизации места иго изначального излучения. Иначе говоря, звуковой сигнал, отличный от аналогичных сигналов для других акустических блоков, приходит к слушателю не непосредственно, а через ряд трансформаций-отражений. Такой "обман" слушателя воссоздает в общем звуковом потоке новые звуковые тональности, воспринимаемые ухом как пришедшие «со стороны».
Данные выводы подтверждаются исследованиями для пространственных систем воспроизведения в стандарте 5.1 (ITU-R В.775-1). Проведенные для анализа влияния ограничений высокочастотной части диапазона на общее звуковое впечатление при одновременном восприятии видеоизображения. Субъективные экспертизы показали, что для некоторых видов программного материала можно допустить определенное ограничение в тыловых каналах по высоким частотам (с частотой среза 10 кГц) без значительного ухудшения общего звукового впечатления. Причем наличие видеоизображения не оказывает существенного влияния на оценку качества звука при таких ограничениях (ж. «Звукорежиссер», статья Ирины Алдошиной «112 конвенция AES в Мюнхене. Научные результаты. Часть 2», №07, 2002).
В системе по фиг.1 голографическое изображение над местом расположения слушателя или перед ним может формироваться на прозрачный
пленочном экране, выполненном с возможностью перемещения по трем координатам над местом расположения слушателя или перед ним с сохранением неизменным голографического изображения.
В качестве таких прозрачных пленочных экранов можно использовать экраны Holo Screen (40''...60'') - голографический экран, выполненный на основе прозрачного акрилового полотна с нанесением тонким слоем голографических микролинз. Получаемое на экране изображение кажется абсолютно прозрачным, что создает эффект повисшей в воздухе движущейся картинки. Благодаря использованию уникальных голографических микролинз изображение на экране не теряет своей яркости даже при высоком внешнем освещении. Можно использовать экраны, выполненные по технологии AirSho - это технология, при которой полимерная пленка, создаваемая по особой технологии, похожей на технологию производства голограмм, заключается между двумя защитными слоями также полимерной пленки. Специальным образом она преломляет свет от проектора, направленный на нее под углом 35 градусов. Под другими углами эта пленка остается полностью прозрачной.
Можно использовать в качестве экрана перевернутую пирамиду с четырьмя гранями, изготовленную из прозрачного материала. Ширина основания пирамиды может быть разной - от 1,5 до 30 метров. Внутри пирамиды, будто бы прямо в воздухе, плавают трехмерные изображения - видео или компьютерная графика. Официальное объяснение принципа действия системы: голографический эффект достигается за счет того, что пирамида используется как своего рода призма, которая собирает воедино свет от четырех видеопроекторов, скрытых внизу установки. А трехмерность появляется за счет отражений (http://www.profile.org.ua/index.php?area=press&groupid=1&publicationid=1907).
Система может быть дополнена цветомузыкальной установкой для формирования цветных световых лучей в направлении голографического изображения или поверхностей помещения, при этом в указанной установке каждый цвет видимого спектра света соответствует заданному частотному диапазону звука. Цветовые компоненты могут быть сформированы в
зависимости от частот музыкального произведения или иметь самостоятельное исполнение.
Система инсталляции в пространстве помещения объемных эффектов функционирует следующим образом. В помещении над местом расположения слушателя или перед ним на демонстрационном экране формируется голографическое изображение, которое для слушателя представляется висящим в воздухе. При этом это изображение может перемещаться в некоторой зоне. Со стороны акустических блоков в направлении перемещающегося топографического изображения направляются звуковые волны, суммирующиеся именно в зоне изображения с получением объемного звука, центр которого на или в изображении. При перемещении изображения в некоторой зоне звук начинает сопровождать это изображение, что воспримется слушателем как объемный перемещающийся в пространстве звук. Так как действие осуществляется перед слушателями в непосредственной близости от них, то практически слушатели находятся в центре объемного звука, но при этом с возможностью визуального восприятия изображения. Такое комплексное воздействие на слушателя приводит к тому, что слушатель оказывается в центре происходящего действия. Такая система хорошо работает над локальной зоной помещения и естественно не может охватить большой зал без потери качества и изображения (до 30 м) и объемного звучания. Поэтому в больших помещениях над каждой локальной зоной этого помещения должна быть образована такая система. Объемный звук в больших помещениях будет образован как бы в нескольких точках и работать для части слушателей именно той, которая находится в непосредственной зоне под демонстрационным экраном.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может найти применение в качестве нового вида звукового и демонстрационного оборудования мест проведения шоу, выставок, концертов, киносеансов и т.д.