СПОСОБ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ АУДИОХАРАКТЕРИСТИК ДАННОГО ОКРУЖАЮЩЕГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2005 года по МПК G10K15/08 

Изобретение относится к области обработки аудиоинформации, а именно к способам воспроизведения аудиохарактеристик данного окружающего пространства. Автор считает возможным именовать данную разработку "Duran-1".

С развитием конкуренции на рынке аудио- и аудиовизуальной продукции, с увеличением разнообразия технологии домашних кинотеатров все больше возрастает интерес и потребность в создании и передаче качественного объемного натурального звучания в зависимости от характеристик окружающего пространства, имитируя при этом ощущение реального аудиоприсутствия в данном пространстве.

Известно, что звуковые волны способны распространяться в жидкости, газах и твердых телах посредством передачи механических колебаний между частицами среды. При этом звуковые волны обладают свойствами огибания препятствий, затухания во времени и пространстве. Все перечисленные свойства звуковых волн, в том числе скорость распространения, направленность распространения, мощность, звуковое давление в среде и т.п., могут быть описаны при помощи физико-математических уравнений и воссозданы при помощи цифровых устройств. Известно также, что все материалы обладают звукопоглощающими и звукоотражающими свойствами, которые тоже могут быть описаны при помощи физико-математических уравнений и воссозданы при помощи цифровых устройств.

При наличии в окружающем пространстве поверхностей с разными аудиохарактеристиками, например, окно, деревянный пол, зеркальный потолок, металлический стеллаж, хрустальная ваза, картина, стены помещения с орнаментом и т.п., звуковые волны будут дополнительно промодулированы этими поверхностями. Модуляция звуковых волн будет зависеть и от расположения поверхностей друг относительно друга в пространстве. Каждое пространство обладает акустической индивидуальностью, звуковая мелодия или голос будут звучать по-разному в концертном зале, в жилой комнате, в переулке, на стадионе или на крыше дома. Видеоизображение может передать только визуальные характеристики данного окружающего пространства, но полнота ощущения присутствия в нем может передаться только воссозданием аудиохарактеристик данного окружающего пространства.

Учитывая максимальное число возможных параметров, влияющих на аудиохарактеристики данного окружающего пространства, можно максимально точно имитировать аудиохарактеристики этого пространства и их влияние на распространение звуковых волн.

Из уровня техники известны способы симулирования аудиохарактеристик окружающего пространства. Например, в патенте США №5467401, опубликованном 14.11.1995, H 03 G 3/00, предложена компьютерная симуляция с использованием метода анализа звукового пространства. В заявке РСТ №9921164, опубликованной 29.04.1999, G 10 K 15/08, предложены способ и система для передачи виртуальной акустической среды.

Однако все известные способы обладают недостаточной точностью и низкой реалистичностью воспроизводимых аудиохарактеристик заданного окружающего пространства, поскольку не имеют задачу максимального учета параметров, влияющих на аудиохарактеристики имитируемого реального окружающего пространства.

Таким образом, в основу предложенного изобретения положено решение задачи повышения реалистичности воспроизводимых аудиохарактеристик данного окружающего пространства при имитации его звуковой картины с использованием звуковоспроизводящей аппаратуры.

Для этого предложен способ воспроизведения аудиохарактеристик данного окружающего пространства, условно названный "Duran-1", заключающийся в том, что, по крайней мере, часть звукоотражающих и звукопоглощающих поверхностей данного окружающего пространства представляют в виде виртуального двойника данного окружающего пространства, посредством описывания их параметризованными фильтрами. Для каждой поверхности создают банк параметризованных фильтров, учитывая при этом их звукоотражающие и звукопоглощающие характеристики, а также аудиорасположение поверхностей друг относительно друга, т.е. учитывают скорость распространения звуковой волны, промодулированной поверхностями пространства, в зависимости от ее характеристик (частота, мощность, скорость и т.п.). Таким образом, производят акустическое сканирование данного окружающего пространства. Банки параметризованных фильтров сохраняют, например, в памяти компьютера. При воспроизведении аудиохарактеристик данного окружающего пространства восстанавливают банки параметризованных фильтров, обеспечивая создание виртуального двойника данного окружающего пространства. Для этого используют дискретное матричное восстановление информации в единый модуль по заданному при записи алгоритму. Все параметризованные фильтры объединены в единую сканирующую систему, подключенную к блоку обработки информации, который может быть выполнен на базе компьютера. Блок обработки информации может содержать различные акустические фильтры, цифровые схемы задержки, цифровые процессоры, блоки памяти, блоки записи и воспроизведения, приемные и передающие устройства, управляющие устройства, средства ввода/вывода, пользовательский интерфейс и т.п. Для воспроизведения также необходима звуковоспроизводящая аппаратура в виде системы громкоговорителей.

При этом обеспечивают учет временных задержек звукового сигнала в зависимости от расположения поверхностей в данном окружающем пространстве, а кроме того, их подвижность. Безусловно, предпочтительнее описывать неподвижные поверхности. Кроме того, возможно провести несколько предварительных пробных записей банка фильтров, меняя количество описываемых параметризованными фильтрами поверхностей данного окружающего пространства, начиная с максимального их количества и заканчивая наиболее значимыми для аудиоимитации данного пространства. Далее с учетом амплитудофазочастотных характеристик (АФЧХ) при воспроизведении этих нескольких банков фильтров можно определить наиболее оптимальное количество учитываемых поверхностей по отклонению пиков АФЧХ. Т.е. возможно проведение предварительной выборки поверхностей данного окружающего пространства, имеющих наибольшее влияние на его аудиохарактеристики.

Для создания более точной виртуальной звуковой картины данного окружающего пространства при записи его аудиохарактеристик при помощи параметризованных фильтров предпочтительно использование сферического источника звука, имеющего равные звуковые характеристики во всех направлениях. При этом для устранения помех может быть использована модуляция низкочастотных колебаний высокочастотными путем их наложения. Источник звука предпочтительно перемещать в зависимости от заданного положения слушателя в данном окружающем пространстве, например, в центре, по периметру, по скрученной спирали, в шахматном порядке, учитывая все габариты данного окружающего пространства по отношению к слушателю, т.е., минимум, высоту, длину и ширину. Предпочтительно, чтобы виртуальная аудиокопия данного окружающего пространства была создана при учете заданного виртуального расположения пользователя в данном окружающем пространстве. Или с учетом оптимального положения пользователя в данном окружающем пространстве в зависимости от типа источника звука и его базирования.

Возможно, чтобы все звукоотражающие и звукопоглощающие поверхности данного окружающего пространства были представлены в виде виртуального двойника данного окружающего пространства, либо только активные звукоотражающие и звукопоглощающие поверхности данного окружающего пространства были представлены в виде виртуального двойника данного окружающего пространства.

Для создания временного представления аудиохарактеристик данного окружающего пространства осуществляют многократную запись банков параметризованных фильтров, в течение ряда интервалов определенного промежутка времени. Предпочтительно использование цифровой обработки аудиохарактеристик, при записи и воспроизведении. При воспроизведении аудиохарактеристик возможна коррекция их амплитудофазочастотных характеристик для того, чтобы виртуальный двойник имел усовершенствованные звуковые характеристики по сравнению с исходными.

Окружающим пространством может являться музыкальное помещение или любое другое.

Параметризованные фильтры предпочтительно располагать на поверхностях в данном окружающем пространстве по спирали, охватывая при этом весь его периметр и центральную часть.

В результате полностью передаются при воспроизведении аудиохарактеристики окружающего пространства, которые могут быть усовершенствованы путем коррекции их амплитудофазочастотных характеристик.

При осуществлении способа могут использоваться известные из уровня техники средства и методы, в том числе различные цифровые программы сжатия информации. Не исключено, что с развитием науки и техники будут созданы новые средства и методы, которые также смогут быть использованы при осуществлении предложенного способа.

Способ может быть реализован в соответствии с вышеописанной его характеристикой при помощи использования хорошо известных параметризованных фильтров, см., например, заявку РСТ №9921164, которые размещают в данном окружающем пространстве, аудиохарактеристики которого подвергают анализу. Параметризованные фильтры соединены между собой либо непосредственно, либо через усилители, либо через амплитудофазочастотные модуляторы сигнала. Характеристики каждого параметризованного фильтра записываются отдельно, при этом дополнительно создают маршрутизатор, учитывающий время прихода сигнала от каждого фильтра. Поверхности пространства при записи их аудиохарактеристик параметризованными фильтрами могут быть дополнительно подвергнуты воздействию направленных звуковых сигналов (как в одном направлении, так и в разных), при этом диапазон частот звуковых сигналов, как правило, дискредитируется на высокочастотный (например, от 3000 до 20000-30000 Гц), среднечастотный (например, от 300-500 до 3000 Гц) и низкочастотный (например, до 300-500 Гц). Т.е. отдельно снимаются аудиохарактеристики поверхности от ВЧ, СЧ и НЧ воздействия. Также снимаются аудиохарактеристики в зависимости от расположения других поверхностей и их взаимного влияния на аудиохарактеристики.

Таким образом, создается реальная звуковая карта данного окружающего пространства, которая записывается, например, на жесткий диск компьютера для последующей ее обработки. При этом учитывается расположение параметризованных фильтров в данном окружающем пространстве и соответственно расположение поверхностей посредством снятия характеристик скорости распространения звуковой волны между каждыми поверхностями в отдельности и всеми вместе. Все данные, полученные от параметризованных фильтров, записывают в последовательности, позволяющей при их восстановлении воспроизвести точную виртуальную имитацию аудиохарактеристик данного окружающего пространства.

При этом появляется возможность моделировать аудиохарактеристики данного окружающего пространства, например, в студии звукозаписи, при озвучивании фильма, при воспроизведении какого-либо музыкального произведения. Имитируемые аудиохарактеристики окружающего пространства будут точно передавать звуковую картину, как если бы звуковое действие происходило непосредственно в данном окружающем пространстве и пользователь в нем находится.

Изобретение относится к области акустики. Способ заключается в том, что, по крайней мере, часть звукоотражающих и звукопоглощающих поверхностей данного окружающего пространства представляют виртуально, путем списывания их параметризованными фильтрами. Для каждой поверхности создают банк параметризованных фильтров, учитывая при этом их звукоотражение и звукопоглощение, а также аудиорасположение поверхностей друг относительно друга. Банки параметризованных фильтров сохраняют, а при воспроизведении аудиохарактеристик данного пространства, восстанавливают банки фильтров, обеспечивая создание виртуального двойника данного пространства. Техническим результатом изобретения является повышение качества воспроизведения аудиохарактеристик пространства. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ воспроизведения аудиохарактеристик данного окружающего пространства, заключающийся в том, что по крайней мере часть звукоотражающих и звукопоглощающих поверхностей данного окружающего пространства представляют в виде виртуального двойника данного окружающего пространства посредством списывания их параметризованными фильтрами, для каждой поверхности создают банк параметризованных фильтров, учитывая при этом их звукоотражающие и звукопоглощающие характеристики, а также аудиорасположение поверхностей относительно друг друга, банки параметризованных фильтров сохраняют, при воспроизведении аудиохарактеристик данного окружающего пространства восстанавливают банки параметризованных фильтров, обеспечивая создание виртуального двойника данного окружающего пространства.2. Способ по п.1, согласно которому все звукоотражающие и звукопоглощающие поверхности данного окружающего пространства представляют в виде виртуального двойника данного окружающего пространства.3. Способ по п.1, согласно которому только активные звукоотражающие и звукопоглощающие поверхности данного окружающего пространства представляют в виде виртуального двойника данного окружающего пространства.4. Способ по любому из пп.1-3, согласно которому осуществляют многократную запись банков параметризованных фильтров в течение ряда интервалов определенного промежутка времени для создания временного представления аудиохарактеристик данного окружающего пространства.5. Способ по п.1, согласно которому используют цифровую обработку аудиохарактеристик при записи и воспроизведении.6. Способ по п.1, согласно которому при воспроизведении аудиохарактеристик осуществляют коррекцию их амплитудо-фазо-частотных характеристик.7. Способ по п.6, согласно которому виртуальный двойник имеет усовершенствованные звуковые характеристики.8. Способ по п.1, согласно которому данным окружающим пространством является музыкальное помещение.9. Способ по п.1, согласно которому параметризованные фильтры расположены в данном окружающем пространстве по спирали, в том числе охватывая весь его периметр и центральную часть.