ЗВУКОВАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОЙ СИСТЕМЫ
SOUND SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING QUALITY OF FREQUENCY CHARACTERISTICS OF SOUND SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение обеспечивает систему и способ для улучшения частотной характеристики (частотного отклика) звуковых систем с использованием комплементарного вывода звука, в частности - в области применения записи и воспроизведения звука.
[0002] Более конкретно, настоящее изобретение обеспечивает звуковую систему, содержащую: первый громкоговоритель, содержащий по меньшей мере одну первую головку громкоговорителя, второй громкоговоритель, содержащий по меньшей мере одну вторую головку громкоговорителя, причем первый и второй громкоговорители имеют по меньшей мере частично перекрывающиеся частотные диапазоны, при этом первый громкоговоритель выполнен с возможностью получения частотной характеристики (частотного отклика) в пределах по меньшей мере одной первой рабочей полосы частот, заданной в частотном диапазоне первого громкоговорителя, а второй громкоговоритель выполнен с возможностью получения частотной характеристики (частотного отклика) в пределах по меньшей мере одной второй рабочей полосы частот, заданной в частотном диапазоне второго громкоговорителя, причем первая и вторая рабочие полосы частот не перекрываются, при этом результирующая частотная характеристика звуковой системы в первом местоположении состоит из частотной характеристики в пределах первой рабочей полосы частот и частотной характеристики в пределах второй рабочей полосы частот.
Уровень техники
[0003] Помещение для прослушивания или пространство для прослушивания оказывает значительное влияние на выдаваемое звучание аудиосистемы в позиции слушателя или в позиции или местоположении прослушивания. Взаимодействие между акустикой пространства и излучением громкоговорителей является сложным. Каждое пространство по-своему изменяет частотную характеристику (частотный отклик) монитора, например отражающие или влажные помещения, размещение вплотную к стене или на стойке вдали от стены. Влияние пространства для прослушивания можно назвать «частотной характеристикой помещения». Таким образом, влияние пространства для прослушивания может оказывать неблагоприятное воздействие на качество звука звуковой системы, системы громкоговорителей, отдельного громкоговорителя или отдельной головки громкоговорителя. Когда влияние пространства для прослушивания минимизируют путем калибровки, это приводит к тому, что система имеет более устойчивый характер звука с плоской частотной характеристикой в месте прослушивания. Таким образом, различные акустические пространства (помещения) начинают звучать системно более одинаково, чем без калибровки. Это приводит к нейтральному характеру звука, то есть к звуку, который не уменьшается и не усиливается на определенных частотах, но содержит равную величину всех слышимых частот, то есть плоскую частотную характеристику.
Раскрытие сущности изобретения
[0004] Изобретение определяется признаками независимых пунктов формулы изобретения. Некоторые частные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
[0005] Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечена звуковая система, содержащая: первый громкоговоритель, содержащий по меньшей мере одну первую головку громкоговорителя, второй громкоговоритель, содержащий по меньшей мере одну вторую головку громкоговорителя, при этом первый и второй громкоговорители имеют по меньшей мере частично перекрывающиеся частотные диапазоны, причем первый громкоговоритель выполнен с возможностью получения частотной характеристики в пределах по меньшей мере одной первой рабочей полосы частот, заданной в частотном диапазоне первого громкоговорителя, а второй громкоговоритель выполнен с возможностью получения частотной характеристики в пределах по меньшей мере одной второй рабочей полосы частот, заданной в частотном диапазоне второго громкоговорителя, причем первая и вторая рабочие полосы частот не перекрываются, при этом результирующая частотная характеристика звуковой системы в первом местоположении состоит из частотной характеристики в пределах первой рабочей полосы частот и частотной характеристики в пределах второй рабочей полосы частот.
[0006] Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен способ улучшения качества частотной характеристики звуковой системы, включающий в себя следующее: измеряют в первом местоположении частотную характеристику помещения для первого громкоговорителя, чтобы получить первую частотную характеристику, измеряют в первом местоположении частотную характеристику помещения для второго громкоговорителя, чтобы получить вторую частотную характеристику, анализируют первую и вторую частотные характеристики, основываясь, по меньшей мере частично, на указанном анализе, разделяют частотный диапазон первой и второй частотной характеристики на рабочие полосы частот, основываясь, по меньшей мере частично, на указанном анализе, назначают первый или второй громкоговоритель для каждой рабочей полосы частот, основываясь, по меньшей мере частично, на указанном назначении, создают первый набор фильтров для первого громкоговорителя и второй набор фильтров для второго громкоговорителя, и снабжают первый громкоговоритель первым набором фильтров, а второй громкоговоритель - вторым набором фильтров, чтобы реализовать результирующую частотную характеристику звуковой системы.
[0007] Различные варианты осуществления первого или второго аспекта могут содержать по меньшей мере один признак из следующего маркированного списка:
• причем рабочие полосы частот выбраны таким образом, что результирующая частотная характеристика звуковой системы является более плоской по сравнению с частотной характеристикой за пределами рабочих полос частот,
• причем первая рабочая полоса частот и вторая рабочая полоса частот заданы, по меньшей мере частично, на основании первого измерения и первого определения,
• причем звуковая система дополнительно содержит третий громкоговоритель с третьей частотной характеристикой помещения в первом местоположении, причем третий громкоговоритель выполнен с возможностью воспроизведения звука в пределах по меньшей мере одной рабочей полосы частот в частотном диапазоне третьего громкоговорителя, при этом первая, вторая и третья рабочие полосы частот не перекрываются,
• причем громкоговорители являются активными громкоговорителями,
• причем первый, второй и третий громкоговорители расположены внутри одного корпуса,
• причем по меньшей мере некоторые из громкоговорителей содержат множество головок громкоговорителя,
• причем по меньшей мере некоторые из громкоговорителей содержат комбинацию низкочастотных головок, сабвуферов и высокочастотных головок,
• причем по меньшей мере один громкоговоритель используется по меньшей мере для двух рабочих полос частот для формирования общей частотной характеристики системы,
• причем для приведения частотной характеристики отдельных громкоговорителей к целевой амплитуде общего частотной характеристики системы используют выравнивание частотных характеристик (эквализацию),
• причем параметры все проходного эквалайзера и групповая задержка оптимизированы между отдельными громкоговорителями,
• причем разделение рабочих диапазонов выполнено, по меньшей мере частично, на основании измеренной частотной характеристики, при этом по меньшей мере один громкоговоритель используется по меньшей мере для двух рабочих полос частот, чтобы получить результирующую частотную характеристику системы.
[0008] По меньшей мере в некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечен энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, на котором хранится набор машиночитаемых инструкций, которые при, их выполнении по меньшей мере одним процессором, обеспечивают выполнение устройством по меньшей мере некоторых вышеупомянутых аспектов изобретения, опционально включая признаки, представленные в вышеприведенном маркированном списке.
Краткое описание чертежей
[0009] На фиг. 1А и 1В показаны схематический вид и график примерной частотной характеристики громкоговорителя в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
[0010] на фиг. 2 показан схематический график примерной частотной характеристики громкоговорителя в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
[0011] на фиг. 3А и 3В показаны схематический вид и график примерной частотной характеристики громкоговорителя в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
[0012] на фиг. 4А, 4В, 4С и 4D показаны примерные графики примерной частотной характеристики звуковой системы в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
[0013] на фиг. 5 показан схематический вид примерной звуковой системы, способной поддерживать по меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящего изобретения;
[0014] на фиг. 6 показан схематический вид примерной звуковой системы, способной поддерживать по меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящего изобретения;
[0015] на фиг. 7 показан схематический вид примерной звуковой системы, способной поддерживать по меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящего изобретения;
[0016] на фиг. 8 показана блок-схема, иллюстрирующая примерный способ в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
[0017] на фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая примерный способ в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
[0018] Настоящее изобретение обеспечивает систему и способ, включающие в себя измерение, анализ и эквализацию головок громкоговорителя, чтобы уменьшить влияние помещения на позицию слушателя. Более конкретно, результирующую частотную характеристику звуковой системы измеряют и делят на рабочие полосы частот, при этом выбранные частотные характеристики затем назначают для каждой рабочей полосы частот для достижения оптимальной частотной характеристики.
[0019] Результирующая частотная характеристика в позиции прослушивания для определенного пространства привязана как к местоположению громкоговорителя, так и к позиции прослушивания. Изменение позиции громкоговорителя относительно позиции прослушивания, изменение позиции прослушивания относительно громкоговорителя или изменение обоих позиций в данном помещении приведет к изменению результирующей частотной характеристики в местоположении слушателя.
[0020] В рамках настоящего изобретения это влияние эффективно используется для получения результирующей плоской частотной характеристики в данном помещении за счет выборочного использования частотных диапазонов от выбранных громкоговорителей, которые меньше подвержены влиянию пространства для прослушивания в выбранных частотных диапазонах.
[0021] Процесс измерения включает в себя определение рабочего частотного диапазона отдельных блоков путем анализа отдельных частотных характеристик внутри помещения для отдельных воспроизводящих элементов по меньшей мере в одном из местоположений микрофонов, путем оценки ряда показателей, раскрываемой в другом месте настоящего описания. Частотный диапазон, также называемый рабочим частотным диапазоном, начинается с минимальной частоты и продолжается до максимальной частоты, излучаемой головкой громкоговорителя, или громкоговорителем или звуковой системой. Иначе говоря, частотный диапазон - это диапазон, в пределах которого устройство способно воспроизводить звук.
[0022] Фильтры предназначены для приведения частотной характеристики отдельного блока к целевой амплитуде, при этом для согласования частотной характеристики отдельного блока в позиции слушателя используют оптимизацию всепроходного фильтра. За счет уменьшения провалов в частотной характеристике уменьшают влияние помещения в позиции слушателя. Фильтры в соответствии с настоящим изобретением могут включать в себя по меньшей мере одно из следующего: всепроходные фильтры, фильтры с плавным спадом, полочные фильтры, полосно-заграждающие фильтры, полосно-пропускающие фильтры, параметрические фильтры, в частности параметрический полочный фильтр, который имеет одну или более секций, каждая из которых реализует функцию фильтра второго порядка, включающую как минимум три аргумента: центральную частоту, Q и коэффициент усиления, который определяет, насколько эти частоты повышаются или понижаются относительно частот, которые значительно выше или ниже выбранной центральной частоты. Понятно, что в контексте настоящего изобретения частотные характеристики, которые не используются в пределах определенной рабочей полосы частот, могут быть подавлены, то есть вся частотная характеристика фильтруется в пределах конкретной рабочей полосы частот. Оптимизация параметров всепроходного эквалайзера и групповой задержки может выполняться любыми подходящими способами, включая раскрытые в настоящем документе способы вычисления.
[0023] Громкоговорители в контексте настоящего изобретения используются для получения звука, то есть для получения отдельной частотной характеристики, причем частотная характеристика имеет амплитуду в некотором диапазоне частот. Громкоговорители обычно содержат корпус и головки громкоговорителя. Громкоговорители в рамках изобретения могут быть активными громкоговорителями, в которых в корпусе громкоговорителя находится по меньшей мере один усилитель. Преимущества активного громкоговорителя заключаются в том, что усилитель будет соответствовать требованиям головок громкоговорителя и что в корпус могут быть включены компоненты цифровой обработки звука (DSP, digital sound processing). Однако, так называемые, пассивные громкоговорители также могут использоваться в способах и устройствах, представленных в настоящем документе.
[0024] Громкоговоритель в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя так называемый М-полосный громкоговоритель, который представляет собой громкоговоритель с М отдельными секциями. Например, громкоговоритель может быть двухполосным громкоговорителем, содержащим низкочастотную головку и высокочастотную головку, или громкоговоритель может быть трехполосным громкоговорителем, содержащим низкочастотную головку, среднечастотную головку и высокочастотную головку. Громкоговоритель также может содержать сабвуфер, который является головкой громкоговорителя. Громкоговорители могут быть активными или пассивными. Головки громкоговорителя могут быть динамическими головками громкоговорителя или другими типами головок, которые можно использовать для преобразования электрических сигналов в аудиосигналы.
[0025] В рамках настоящего изобретения, для получения результирующей частотной характеристики системы используют звуковую систему, содержащую по меньшей мере один громкоговоритель. Например, звуковая система, содержащая две головки X и Y громкоговорителя, в которой первая головка X громкоговорителя дает частотную характеристику х1, а вторая головка Y громкоговорителя дает частотную характеристику у1, будет иметь результирующую частотную характеристику системы х1у1. Результирующая частотная характеристика системы связана с позицией слушателя, которая представляет собой стационарную позицию в таком пространстве, как помещение. Позицию слушателя можно определить с учетом особенностей помещения посредством анализа или калибровки. Звуковая система также может содержать микрофон, микрофонный усилитель, источник звука и/или сетевой интерфейс. Преимущества включения в состав системы микрофона заключаются в том, что система будет иметь возможность управления с обратной связью.
[0026] Громкоговоритель имеет безэховую частотную характеристику, которую громкоговоритель дает при отсутствии каких-либо других частотных характеристик, то есть когда частотная характеристика помещения равна нулю. Громкоговоритель содержит корпус, который также можно назвать кожухом, по меньшей мере одну головку громкоговорителя. Активный громкоговоритель также содержит усилитель и, опционально, процессор цифровой обработки звука (DSP, digital sound processor). Корпус задает физический объем громкоговорителя и имеет большое влияние на акустические свойства громкоговорителя. Корпуса, которые, по меньшей мере частично, состоят из алюминия, предпочтительны для жесткости конструкции корпуса в сочетании с легкостью корпуса.
[0027] В соответствии с настоящим изобретением, целевые амплитуды для частотных характеристик можно задавать и использовать как часть по меньшей мере некоторых задаваемых параметров, используемых в вариантах осуществления настоящего изобретения. Целевая амплитуда может быть выражена относительно другого громкоговорителя или его частотной характеристики или в виде абсолютного значения в децибелах, дБ. Целевая амплитуда для данной местной частотной характеристики, глобальной частотной характеристики и/или результирующей частотной характеристики может составлять в децибелах, например, от 80 дБ до 100 дБ, в частности 85 дБ. Относительная целевая амплитуда может составлять 0 дБ относительно частотной характеристики по меньшей мере одного другого громкоговорителя. Влияние получения частотной характеристики, отвечающей целевой амплитуде, заключается в том, что в этом случае система будет иметь достаточные или даже идеальные характеристики на данной частоте или для результирующей частотной характеристики.
[0028] На фиг. 1А показана примерная частотная характеристика звуковой системы в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. В варианте осуществления, представленном на фиг. 1А, громкоговоритель используют для получения результирующего звука у 150 из входного сигнала х 10. Результирующая частотная характеристика представляет собой комбинацию (безэховых) параметров 11 громкоговорителя и передаточной функции 12 помещения. Передаточная функция помещения определяется местоположением громкоговорителя и слушателя (или микрофона) в пространстве. Таким образом, безэховая частотная характеристика 110 громкоговорителя является частотной характеристикой громкоговорителя без влияния передаточной функции помещения.
[0029] На фиг. 1В показана примерная безэховая частотная характеристика 110 громкоговорителя в виде амплитудно-частотного графика, где амплитуда - это ось у, а частота - ось х.
[0030] На фиг. 2 показана результирующая частотная характеристика 150 в позиции прослушивания, например, в местоположении внутри помещения, в виде амплитудно-частотного графика. Отражения от помещения и другие акустические проблемы вызывают большие провалы 21 и 22 в местоположении прослушивания по сравнению с безэховой частотной характеристикой 110 громкоговорителя.
1
1
2
2
[0031] На фиг. 3А показано влияние местоположения громкоговорителя. Перемещение громкоговорителя (или микрофона) в другое место внутри помещения регулирует интенсивность и время прихода (и, следовательно, фазовое соотношение) этих отдельных отражений, что приводит к (потенциальному) сдвигу в местоположении (частоте) и амплитуде провалов. На фиг. 3 звук х 10 излучается громкоговорителем 11. В первой позиции, поз 12, результирующим звуком будет y 150. Однако, как показано на чертеже, во второй позиции, поз 13, которая отличается от первой позиции, результирующим звуком будет у160.
1
2
[0032] На фиг. 3В показано влияние местоположения громкоговорителя на частотную характеристику, показанную на амплитудно-частотном графике. Результирующий звук 150 из положения громкоговорителя поз имеет провалы 21 и 22, тогда как результирующий звук 160 в позиции громкоговорителя поз, имеет провалы 31 и 32. Провалы 21 и 22 находятся на других частотах по сравнению с провалами 31 и 32. Результирующие звуки 150 и 160 показаны в сравнении с безэховой частотной характеристикой 110 громкоговорителя.
[0033] На фиг. 4А показан примерный вариант осуществления, в котором первый, второй и третий громкоговорители расположены в разных местах в помещении и дают частотные характеристики 170, 175 и 176, соответственно. Указанные частотные характеристики показаны на амплитудно-частотном графике. Видно, что частотные характеристики различаются и имеют разные особенности, такие как провалы на разных частотах. Указанные громкоговорители могут быть головками громкоговорителя или альтернативными громкоговорителями.
[0034] На фиг. 4В показан примерный вариант осуществления по фиг. 4А, в котором для оптимизации комбинированной частотной характеристики системы выбраны рабочие полосы частот для каждого отдельного громкоговорителя. Полный частотный диапазон разделен на рабочие полосы 181, 182, 183 и 184 частот, представленные вертикальными линиями. Как показано на фиг. 4А и 4В, в рабочей полосе 181 частот самой плоской и имеющей максимальный выходной сигнал является частотная характеристика 175, и поэтому для системы предпочтительно использовать второй громкоговоритель для общей частотной характеристики системы в полосе 181 частот. Что касается полосы 182 частот, то в этой полосе частот самую плоскую частотную характеристику, то есть частотную характеристику 170, имеет первый громкоговоритель, и эта частотная характеристика используется для общей частотной характеристики системы. В полосе 183 частот самой плоской частотной характеристикой снова является частотная характеристика 175, которая используется для общей частотной характеристики системы. Наконец, в полосе 184 частот самая плоская частотная характеристика - это частотная характеристика 176, и эта частотная характеристика используется для общей частотной характеристики системы. Таким образом, общая частотная характеристика системы состоит из частотной характеристики 175 в полосе 181 частот, частотной характеристики 170 в полосе 182 частот, частотной характеристики 175 в полосе 183 частот и частотной характеристики 176 в полосе 184 частот. Для получения еще более плоской частотной характеристики выбранные полосы частот и/или частотные характеристики могут быть подвергнуты процедурам эквализации, таким как усиление - в этом и других вариантах осуществления настоящего изобретения. Кроме того, в контексте изобретения частотный диапазон может быть разделен на любое количество полос частот, предпочтительно от 1 до 1000 полос, в частности от 2 до 20 полос.
[0035] В еще одном примерном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением частотный диапазон, представленный по оси х на фиг. 4А и 4В, может составлять от 10 Гц до 21 кГц, с полосой 181 частот от 10 Гц до 50 Гц, полосой 182 частот от 50 Гц до 100 Гц, полосой 183 частот от 100 Гц до 300 Гц и полосой 184 частот от 300 Гц до 21 кГц. Разделение всего частотного диапазона на полосы может быть выполнено на основе заданных значений или разделение может учитывать измеренные частотные характеристики. Например, предпочтительно расположить границу рабочих полос частот между двумя провалами, чтобы распределить провалы по разным рабочим полосам частот и, таким образом, обеспечить возможность устранения провалов по отдельности, а не вместе. После выполнения разделения оценивают частотные характеристики в пределах каждой рабочей полосы частот, и назначают выбранные частотные характеристики громкоговорителей для каждой рабочей полосы частот. Одна или более частотных характеристик могут содержать частотную характеристику в пределах рабочей полосы частот. Оценку частотных характеристик в полосах частот и назначение частотных характеристик для полос частот выполняют в соответствии со способами, раскрытыми в другом месте настоящего документа.
[0036] На фиг. 4С показаны результирующие частотные характеристики выбранных отдельных громкоговорителей в отдельных полосах 181, 182, 183 и 184 частот. На указанном чертеже показано, что, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением, частотные характеристики представляют собой не только горизонтальные линии, но также, по необходимости, включают в себя подъемы и спуски. В частотном диапазоне может эффективно присутствовать перекрытие от 1 до 30 процентов между полосами частот, более конкретно 10%. Это позволяет фильтру, ограничивающему частотную характеристику рабочей полосы частот, иметь менее резкое начало и конец. На фиг. 4D показана результирующая общая частотная характеристика системы после завершения процедур выравнивания (эквализации). На фиг. 4D можно увидеть, что общая частотная характеристика 179 системы, по существу, является плоской по сравнению с отдельными частотными характеристиками на фиг. 4А.
[0037] На фиг. 5 показан примерный вариант осуществления, который позволяет использовать способы, представленные в рамках настоящего изобретения. Аудиосистема 500 содержит источник 501 звука, сетевой интерфейс и микрофонный предусилитель 502, микрофон 503 и по меньшей мере один громкоговоритель 510. Аудиосистема 500 также может называться звуковой системой. В дополнительных примерных вариантах осуществления элементы 501, 502 и 503 можно объединить в единый блок, или, в других дополнительных примерных вариантах осуществления, один или более из указанных элементов можно исключить из системы. Громкоговоритель 510 может содержать процессор 511 цифровой обработки звука, усилитель 512 и по меньшей мере одну головку 513 громкоговорителя. Головки громкоговорителя 510 обычно расположены в одном корпусе. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, также имеются второй громкоговоритель 520 и дополнительный третий громкоговоритель 530. Иначе говоря, по меньшей мере некоторые варианты осуществления содержат два блока громкоговорителей, а по меньшей мере некоторые другие варианты осуществления содержат три блока громкоговорителей. Кроме того, количество блоков громкоговорителя, применимых в соответствии со способами настоящего изобретения, может быть представлено как переменная n, где n - положительное целое число, предпочтительно от 1 до 10 000, в частности от 2 до 20.
[0038] Второй громкоговоритель 520 и третий громкоговоритель 530 могут быть идентичны первому громкоговорителю 510 или могут отличаться такими параметрами, как используемые компоненты, частотный диапазон, тип цифровой обработки звука и так далее. Громкоговорители могут располагаться по-разному относительно позиции прослушивания.
[0039] В примерном способе, применяемом в варианте осуществления, показанном на фиг. 5, звуковой сигнал воспроизводится громкоговорителями 510, 520 и, опционально, 530. Звуковой сигнал может быть различным для каждого громкоговорителя. Звуковой сигнал может воспроизводиться громкоговорителями последовательно, то есть одним громкоговорителем в какой-либо момент времени, или, в альтернативном варианте осуществления, громкоговорители могут воспроизводить разные звуки одновременно. Звуковой сигнал может быть тестовым сигналом, например, частотной разверткой, начинающейся с 10 Гц и продолжающейся до 21 кГц. Затем указанный звуковой сигнал измеряется микрофоном 503 в позиции прослушивания, и результаты измерений сохраняются в сетевом устройстве 502 для анализа. Альтернативно, анализ может проводиться на удаленном сервере.
[0040] Отдельные частотные характеристики для каждого из отдельных элементов в местоположениях микрофонов анализируются и оцениваются с использованием ряда показателей, включающих в себя по меньшей мере одно из следующих локальных и глобальных значений или вычислений: плоскостность частотной характеристики, амплитуда частотной характеристики, крутизна частотной характеристики, средняя амплитуда частотной характеристики, средневзвешенное значение частотной характеристики, параметры провала, включая положение и степень крутизны провала. Для оценки частотной характеристики, по меньшей мере частично, можно использовать анализ Фурье и/или методы Фурье. Результатом анализа и оценки является определение отдельных рабочих полос частот для каждого блока. Затем для каждой из отдельных секций разрабатывают фильтры, чтобы частотная характеристика соответствовала целевой амплитуде отдельной полосы частот, то есть фильтры для каждого громкоговорителя обеспечивают достижение требуемой частотной характеристики в каждой полосе частот. Такие фильтры могут включать в себя любые фильтры, раскрытые в настоящем документе. Всепроходную эквализацию и групповую задержку оптимизируют для отдельных блоков, чтобы обеспечить максимальное суммирование сложных частотных характеристик.
[0041] Для уточнения сетевое устройство 502 генерирует кривые частотной характеристики выходного сигнала громкоговорителей. После того, как будут сгенерированы частотные характеристики, выполняют анализ частотных характеристик на основании показателей для получения индикации плоских участков, пиков и провалов в частотной характеристике. Получение индикации также может называться первым определением и может использовать показатели и способы вычисления, раскрытые в настоящем документе. Индикацию от отдельного громкоговорителя затем оценивают по отношению к этой же индикации от других громкоговорителей. Оптимальное решение затем находят вычислительными методами, выполняемыми над измеренной частотной характеристикой и/или смоделированной частотной характеристикой, включающими в себя по меньшей мере следующее: метод наименьших квадратов, линейный метод наименьших квадратов, нелинейный метод наименьших квадратов, обычный метод наименьших квадратов, метод взвешенных наименьших квадратов, обобщенный метод наименьших квадратов, метод наименьших частичных квадратов, метод полных наименьших квадратов, метод неотрицательных наименьших квадратов, метод гребневой (ридж-) регрессии, регуляризованный метод наименьших квадратов, метод наименьших абсолютных отклонений, метод наименьших квадратов с итеративным пересчетом весов, байесовская линейная регрессия, байесовская многомерная линейная регрессия, линейная регрессия, полиномиальная регрессия, биномиальная регрессия. Значения, участвующие в вычислениях, представляют собой по меньшей мере одну из следующих переменных измеренной или смоделированной частотной характеристики: плоскостность, амплитуда, крутизна, средняя амплитуда, средневзвешенное значение, параметры провала, включая положение и степень крутизны провала. В указанных расчетах можно использовать, по меньшей мере частично, анализ Фурье и/или методы Фурье.
[0042] На основании вычислений генерируют общую частотную характеристику системы, причем для получения указанной сгенерированной общей частотной характеристики системы конкретным громкоговорителям назначают выбранные полосы частот. Вычисления могут опционально включать в себя по меньшей мере одно из следующего: амплитудная оптимизация отдельных полос частот, фазовая оптимизация.
[0043] Реализация общей частотной характеристики системы достигается путем создания фильтров для отдельных громкоговорителей и снабжения громкоговорителей указанными фильтрами. Фильтры могут быть реализованы цифровым сигнальным процессором (DSP, digital signal processor) громкоговорителя. Фильтры можно хранить в корпусе громкоговорителей. Указанные фильтры также можно хранить на удаленном сервере, например, для предотвращения потери данных. Фильтры можно хранить в виде набора по меньшей мере для следующего: для всей системы, для каждой полосы частот, для каждого громкоговорителя, для каждой головки громкоговорителя. Хранение фильтров и наборов фильтров в виде цифровых файлов обеспечивает возможность резервного копирования и экспорта фильтров, например, в случаях, когда множество помещений имеет идентичные акустические свойства и в каждом помещении установлены идентичные звуковые системы. Реализацию можно опционально проверить повторением измерения и, опционально, повторением шагов анализа, генерирования фильтра и реализации фильтра, с положительным эффектом повышения точности. Такое повторение можно назвать итеративным процессом.
[0044] В третьем примерном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением частотные характеристики множества пар громкоговорителей регулируют в соответствии со способами, представленными в настоящем документе. Более конкретно, сначала измеряют частотную характеристику пары громкоговорителей с использованием микрофона в позиции прослушивания, а затем измеряют другую пару громкоговорителей, имеющих другую позицию в помещении.
[0045] В четвертом примерном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением, представленном на фиг. 6, звуковая система 600 содержит источник 601 звука, сетевой интерфейс 606, микрофонный предусилитель 605, микрофон 603 и громкоговорители 610 и 620. Громкоговоритель 610 представляет собой громкоговоритель с несколькими головками, содержащий DSP 611 и усилители 612 и 614, а также головки 613 и 615 громкоговорителя. Громкоговоритель 620 является громкоговорителем с одной головкой, но в дополнительном примерном варианте осуществления также может быть громкоговорителем с несколькими головками, таким как громкоговоритель 610. Громкоговоритель 620 напрямую подключен к сетевому интерфейсу с помощью одного из средств соединения, раскрытых далее в настоящем документе.
[0046] Результирующая частотная характеристика звуковой системы 600 может быть получена с помощью способов, согласующихся со способами, представленными в изобретении, а именно - с использованием измерительного микрофона и измерения частотной характеристики на основании тестового сигнала от 10 Гц до 21 кГц, или наоборот. В процессе измерения будет измеряться по меньшей мере одно из следующего: результирующая частотная характеристика звуковой системы, отдельные частотные характеристики громкоговорителей.
[0047] В пятом примерном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением звуковая система 700, представленная на фиг. 7, включает в себя блок 708 управления, содержащий источник звука, сетевой интерфейс и микрофонный предусилитель; микрофон 703 и громкоговоритель 710, содержащий DSP 711, три усилителя 712, 714 и 716 и три головки 713, 715 и 717 громкоговорителя. В предпочтительном варианте осуществления головки 713 и 717 имеют лишь минимальное перекрытие частот рабочего диапазона относительно друг друга или, альтернативно, нулевое перекрытие с положительным результатом наличия широкого частотного диапазона громкоговорителя 710. Головка 715 громкоговорителя может иметь перекрытие с обеими головками 712 и 716 с тем положительным результатом, что способы в соответствии с настоящим изобретением могут эффективно применяться во всем частотном диапазоне головки 715. Перекрытие между головкой 715 и головкой 717 может составлять от 1% до 90% диапазона головки 717, причем то же самое применяется в равной степени для головок 715 и 713. Например, в дополнительном примерном варианте осуществления головка 713 может иметь диапазон частот от 20 Гц до 250 кГц, головка 715 может иметь диапазон частот от 50 кГц до 500 кГц, а головка 717 может иметь диапазон частот 300 Гц до 20 кГц. Головки могут быть разных типов; например, головка 717 может быть высокочастотной головкой, а головка 713 может быть низкочастотной головкой. Головки могут быть расположены по-разному в корпусе громкоговорителя, то есть первая головка может быть расположена на передней стороне громкоговорителя, а вторая головка может быть расположена на задней стороне. Это имеет положительный результат, заключающийся в обеспечении различных частотных характеристик помещения для каждой головки громкоговорителя, что при применении раскрытых в настоящем документе способов может привести к плоской частотной характеристике.
[0048] В предпочтительном примерном варианте осуществления изобретения головки громкоговорителя идентичны, что означает, что они имеют 100% перекрытие частотного диапазона. Также возможно, что головки подгруппы из общего числа головок громкоговорителя являются идентичными, например, громкоговоритель с тремя головками может иметь две идентичных головки и одну неидентичную головку. Несколько таких громкоговорителей, например пара трехполосных громкоговорителей также является очень подходящей звуковой системой для применения в соответствии с изобретением, представленным в настоящем документе. Перекрытие между головками громкоговорителя обеспечивает гибкость общей частотной характеристики, когда головки громкоговорителя расположены в разных местах корпуса. Применение различных типов головок громкоговорителя обеспечивает увеличенный частотный диапазон, особенно на очень высоких частотах и/или на очень низких частотах
[0049] Примерный способ в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 8. Способ начинается с шага 801, на котором измеряют частотные характеристики отдельных блоков. Для измерения можно использовать микрофонные средства в соответствии с любыми подходящими методами, включая те, которые рассматривались применительно к представленным в настоящем документе вариантам осуществления. Измерение можно выполнять несколько раз, как и сам способ. В другом примерном способе измерение выполняется путем измерения отдельной частотной характеристики каждого громкоговорителя по очереди. В альтернативном примерном способе частотные характеристики можно измерять одновременно.
[0050] На шаге 802 анализируют измеренные частотные характеристики. Измеренные частотные характеристики сохраняют и на основании ряда показателей, рассмотренных в рамках настоящего изобретения, проводят анализ для определения амплитудно-частотного графика каждого громкоговорителя. Анализ может выполняться с помощью сетевого интерфейса 502, по отдельности или совместно посредством любого из DSP в звуковой системе, например 611 или 612, или в альтернативном примерном способе путем загрузки файлов на удаленно расположенный сервер, который выполняет анализ.
[0051] На шаге 803 определяют рабочие полосы частот, как раскрыто в другом месте настоящего описания. Этот шаг может быть выполнен вместе с шагом 802, либо посредством сетевого интерфейса 502, либо посредством удаленного сервера. На шаге 804 определяют целевые частотные характеристики посредством моделирования расчетной целевой частотной характеристики. Шаг 804 может выполняться отдельно для каждой головки громкоговорителя или для системы в целом, либо глобально, либо для одной рабочей полосы частот в каждый отдельно взятый момент времени. На шаге 805 выполняют оптимизацию амплитуды определенных отдельных полос частот. Наконец, на шаге 806 выполняют оптимизацию фазы для окончательной частотной характеристики системы. Затем генерируют фильтры для громкоговорителей и снабжают ими громкоговорители, как раскрыто в другом месте настоящего документа.
[0052] На фиг. 9 показан второй примерный способ в соответствии с настоящим изобретением. Способ содержит шаги 901, 902, 903, 904, 905, 906 и 907.
[0053] На шаге 901 измеряют частотные характеристики громкоговорителей в звуковой системе согласно каким-либо подходящим измерительным методам, в том числе раскрытым в настоящем документе. Частотные характеристики сохраняют для анализа. На шаге 902 анализируют частотные характеристики в соответствии с методами, раскрытыми в настоящем документе. На шаге 903 частотный диапазон звуковой системы, который определяется либо заданной, либо минимальной и максимальной частотой измеренных частотных характеристик, делят на рабочие полосы частот в соответствии со способами разделения, раскрытыми в настоящем документе. На шаге 904 определяют оптимальные частотные характеристики для каждой полосы частот в соответствии со способами определения, раскрытыми в настоящем документе. На шаге 905 каждой рабочей полосе частот назначают ее оптимальную частотную характеристику, то есть выбирают частотную характеристику одного или более громкоговорителей, обеспечивая наиболее плоскую частотную характеристику в пределах рабочей полосы частот. На шаге 906 генерируют соответствующие назначениям фильтры отдельно для каждого громкоговорителя в соответствии с процедурами генерирования, раскрытыми в настоящем документе. Как часть процесса генерирования фильтра может быть выполнена эквализация, как раскрыто в настоящем документе. На шаге 907 каждый громкоговоритель снабжают фильтрами в соответствии с процедурами снабжения, раскрытыми в настоящем документе.
[0054] В соответствии с вариантами осуществления, представленными в настоящем документе, результирующая частотная характеристика звуковой системы в первом местоположении состоит из частотных характеристик в пределах рабочих полос частот, при этом для использования в рабочей полосе частот можно выбрать одну или более частотных характеристик, при этом рабочие полосы частот могут частично перекрываться. В дополнительном примерном варианте осуществления некоторые из громкоговорителей в звуковой системе используют с полосами частот, а по меньшей мере один громкоговоритель используют в исходном виде, то есть используют естественную частотную характеристику громкоговорителя. Это имеет положительный результат, заключающийся в минимизации объема обработки, требующейся в системе.
[0055] В одном из примерных вариантов осуществления результирующая частотная характеристика может состоять из частотных характеристик в пределах рабочих полос частот, при этом для использования в пределах рабочей полосы частот можно выбрать одну или более частотных характеристик. Это имеет положительный результат дальнейшего улучшения плоскостности частотной характеристики.
[0056] Преимущества настоящего изобретения включают в себя то, что в одной или более позициях слушателя получают более плоскую результирующую характеристику. Кроме того, поскольку можно учитывать условия, минимизируется влияние разных помещений на выходной сигнал звуковой системы. Громкоговорители также можно более гибко размещать в помещениях, поскольку можно минимизировать любое неблагоприятное воздействие на общую частотную характеристику.
[0057] Что касается цифровой обработки звука, выполняемой локально или удаленно, то обработка звука может выполняться с использованием, например, по меньшей мере одного вычислительного устройства, такого как по меньшей мере одно из следующего: вычислительное устройство, мобильное устройство, сервер, узел, устройство облачных вычислений. Вычислительное устройство может быть расположено в громкоговорителе и содержать DSP, или, альтернативно или дополнительно, вычислительное устройство может быть расположено в сетевом интерфейсе. Вычислительное устройство содержит по меньшей мере один процессор, который может включать в себя, например, одно- или многоядерный процессор, при этом одноядерный процессор содержит одно процессорное ядро, а многоядерный процессор содержит более одного процессорного ядра. Процессор может включать в себя более одного процессора. Процессорное ядро может содержать, например, процессорное ядро Cortex-A8 от ARM Holdings или процессорное ядро Steamroller, производимое компанией Advanced Micro Devices Corporation. Процессор может содержать, например, по меньшей мере один процессор Qualcomm Snapdragon и/или Intel Core. Процессор может содержать по меньшей мере одну специализированную интегральную схему (ASIC). Процессор может содержать по меньшей мере одну программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA). Процессор может быть средством для выполнения шагов способа в вычислительном устройстве. Процессор может быть выполнен с возможностью, по меньшей мере частично с помощью компьютерных инструкций, выполнения действий. В контексте настоящего изобретения следует понимать, что обработка звука может выполняться несколькими устройствами во взаимодействии.
[0058] Такие устройства, как громкоговорители, микрофоны и сетевые интерфейсы, могут взаимодействовать друг с другом и внешними вычислительными устройствами с использованием по меньшей мере одной из следующих технологий: непосредственное проводное соединение, такое как электропровода, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель, инфракрасная передача, Bluetooth, беспроводная локальная вычислительная сеть (WLAN), Ethernet, универсальная последовательная шина (USB), и/или протокол WiMAX (worldwide interoperability for microwave access, глобальная совместимость микроволнового доступа) и способы спутниковой связи. Альтернативно или дополнительно может использоваться проприетарная структура связи. В некоторых вариантах осуществления отдельные сети могут использоваться для одной или более из следующих целей: связь между громкоговорителями, связь между громкоговорителями и сетевыми интерфейсами, связь между сетевыми интерфейсами и серверами и т.д.
[0059] Следует понимать, что раскрытые варианты осуществления изобретения не ограничиваются конкретными конструкциями, шагами процесса или материалами, раскрытыми в настоящем документе, но распространяются на их эквиваленты, как было бы признано специалистами в соответствующих областях. Также следует понимать, что применяемая в настоящем документе терминология используется только с целью описания конкретных вариантов осуществления и не является ограничивающей.
[0060] Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления» или «один из вариантов осуществления» означает, что конкретный признак, конструкция или параметр, раскрытые в связи сданным вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление фраз «в одном варианте осуществления» или «в одном из вариантов осуществления» в различных местах настоящего описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления. Если ссылка делается на числовое значение с использованием такого термина, как, например, «приблизительно» или «по существу», также раскрывается точное числовое значение.
[0061] Для удобства множество объектов, конструктивных элементов, структурных элементов и/или материалов могут быть представлены в общем перечне, как сделано в настоящем документе. Однако эти перечни следует рассматривать так, как будто каждый элемент перечня индивидуально определен как отдельный и уникальный элемент. Таким образом, ни один отдельный элемент такого перечня не должен рассматриваться как фактический эквивалент какого-либо другого элемента того же перечня исключительно на основании их представления в общей группе без указаний на обратное. Кроме того, в настоящем документе различные варианты осуществления и примеры настоящего изобретения могут быть раскрыты вместе с альтернативами для его различных компонентов. Понятно, что такие варианты осуществления, примеры и альтернативы не должны толковаться как фактические эквиваленты друг друга, а должны рассматриваться как отдельные и автономные представления настоящего изобретения.
[0062] Кроме того, признаки, конструкции или параметры могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления. Чтобы обеспечить полное понимание вариантов осуществления изобретения, в настоящем описании представлены многочисленные конкретные подробности, такие как примеры длины, ширины, формы и т.д. Однако специалист в соответствующей области техники поймет, что изобретение может быть реализовано на практике без одной или более конкретных деталей или с помощью других способов, компонентов, материалов и т.д. В других примерах широко известные конструкции, материалы или операции не показаны и не раскрыты подробно, чтобы не затруднять понимание аспектов изобретения.
[0063] Хотя вышеприведенные примеры иллюстрируют принципы настоящего изобретения для одного или более конкретных применений, специалистам в данной области будет очевидно, что многочисленные модификации формы, применения и деталей реализации могут быть сделаны без применения изобретательской деятельности и без отступления от принципов и концепций настоящего изобретения. Соответственно, подразумевается, что изобретение не ограничивается чем-либо, кроме пунктов нижеприведенной формулы изобретения.
[0064] Глаголы «содержать» и «включать в себя» используются в этом документе как открытые ограничения, которые не исключают и не требуют наличия не указанных дополнительно признаков. Признаки, изложенные в зависимых пунктах формулы изобретения, свободно взаимно комбинируются, если явно не указано иное. Кроме того, следует понимать, что использование формы единственного числа в настоящем документе не исключает множественности.
Промышленная применимость
[0065] По меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящего изобретения находят промышленное применение в аудиотехнике, более конкретно в обеспечении оптимизированных или улучшенных частотных характеристик для звуковых систем.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ