АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗВУЧАНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H04S5/00 

Изобретение относится к области акустических средств и может быть применено при воспроизведении киноэффектов, музыки и речи. При использовании данной системы создается эффект объемного звучания, активно воздействующий на психофизиологическое состояние человека.

Известно устройство для формирования стереофонического звукового поля, содержащее 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, определяемом 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 не затрагивают такой важный аспект, как компоновка акустических блоков относительно слушателя, интерьера помещения, где осуществляется прослушивание, и соединение акустических блоков и усилителя между собой в пространстве помещения. 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. Для функционирования данной системы ее узлы соединяют между собой кабелями, прокладываемыми по помещению, что порой вызывает неудобства из-за необходимости решения ряда проблем сохранения интерьера и девизуализации соединительных кабелей. Во многих случаях в помещении отсутствует место для размещения тыловых акустических блоков по отношению к тому месту, на котором обычно привык располагаться слушатель.

Для многих людей на первом месте стоят удобство монтажа, отсутствие большого количества длинных кабелей, идущих к тыловым колонкам, а также простота настройки и эстетическая привлекательность. Предлагаемая система обеспечивает эффект окружающего звука как при работе в составе домашнего кинотеатра, так и при прослушивании музыкальных записей.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по формированию домашним кинотеатром эффекта пространственного окружающего звука, похожего на объемное звучание 5.1, и уменьшению количества проводных связей путем обеспечения двух инноваций:

- расположением динамиков тыловых каналов перед слушателем;

- наличием системы аналоговой фазовой обработки сигнала тыловых каналов.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении удобства пользования, упрощении системы и повышении ее компактности при сохранении качественного пространственного звучания, похожего на объемный звук акустических систем, работающих при принципу 5.1.

Указанный технический результат достигается тем, что акустическая система пространственного звучания содержит многоканальный усилитель, выходы которого подключены к центральному и фронтальным акустическим блокам, располагаемым перед слушателем, и к тыловым акустическим блокам, которые также расположены перед слушателем. Данный многоканальный усилитель имеет блок аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов, поступающих на входы тыловых акустических блоков. Выходной сигнал левого канала блока аналоговой обработки сигнала представляет собой сумму сигналов: входного сигнала левого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала правого тылового канала. Соответственно, выходной сигнал правого канала блока аналоговой обработки сигнала представляет собой сумму сигналов: входного сигнала правого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала левого тылового канала.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Предлагаемая система приведена на чертеже, где представлена блок-схема домашней акустической системы пространственного звучания.

Компактные домашние кинотеатральные системы пользуются большим спросом, обусловленным популяризацией больших по размеру экрана телевизоров и введением цифровой видеозаписи со звуковым сопровождением 5.1 на DVD-носителях.

Основой заявляемой системы является горизонтально расположенная узкая акустическая система 1, в которую встроены излучатели пяти каналов домашнего кинотеатра. На передней стенке расположены динамики фронтальных (Фл и Фп) и центрального (Ц) каналов, а динамики тыловых каналов (Тл и Тп) находятся на торцах. В дополнение к этому в многоканальный усилитель 2, к которому подключается данная акустика, встроен специальный блок 3 фазовой обработки сигнала. Для воспроизведения низкочастотных эффектов применяется активный или пассивный сабвуфер 4 (Саб).

Эффект окружающего звука, создаваемый данной системой, обеспечивается применением двух инноваций:

- расположением динамиков тыловых каналов на торцевых сторонах акустической системы;

- наличием системы аналоговой фазовой обработки сигнала тыловых каналов.

Простейшая система домашнего кинотеатра состоит из одной пассивной колонки, имеющей пять динамиков - по одному для каждого канала, и активного сабвуфера со встроенным в него усилителем 5.1. При этом фазовая обработка сигнала производится в усилительном блоке сабвуфера.

В качестве источника сигнала используется DVD-плеер. В настоящее время практически все выпускаемые плееры имеют встроенный декодер Dolby Digital.

С выхода DVD-плеера 5, имеющего встроенный декодер 5.1, или с выхода внешнего 5.1 декодера 6, подключенного к выходу DVD-плеера 7 без данного декодера, сигнал подается на вход 5.1 многоканального усилителя 2, в блоке предварительного усиления 8 которого формируются шесть каналов: первый - для центрального акустического блока 9 (Ц), второй - для фронтального левого акустического блока 10 (Фл), третий - для фронтального правого акустического блока 11 (Фп), четвертый - для канала подачи сигнала на вход блока сабвуфера 4 (Саб), пятый - для тылового левого акустического блока 12 (Тл), шестой - для тылового правого акустического блока 13 (Тп). Сигналы по каналам от первого по четвертый напрямую подаются в соответствующие каналы усилителя мощности 14 и оттуда по отдельным проводам к соответствующим акустическим блокам 4, 9-11, которые расположены перед слушателем с направлением звуковой волны излучения непосредственно на слушателя, например по схеме, приведенной в СА 2021816 или СА 2267579.

Что касается каналов, выделенных в предварительном усилителе для тыловых акустических блоков 12, 13, то они поступают на блок 3 аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов. В этом блоке выходной сигнал левого канала представляет собой сумму сигналов: входного сигнала левого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала правого тылового канала. Аналогично для правого канала, где к сигналу правого тылового канала подмешивается инвертированный и измененный по уровню сигнал левого тылового канала.

С выхода блока соответствующие сигналы поступают на вход усилителя мощности 14 и из него - к тыловым акустическим блокам 12 и 13, которые расположены перед слушателем. Излучение звуковой волны тыловыми акустическими блоками 12 и 13 может быть направлено, например, перпендикулярно направлению излучения звуковой волны центральным или фронтальными акустическими блоками.

Введение блока 3 аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов позволяет использовать психоакустические особенности 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 его 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 более продвинутой предлагаемой системе каждый из каналов может иметь более одной полосы (более одного динамика). В состав системы могут входить отдельный усилитель (ресивер), содержащий фазовую систему обработки сигнала, и активный или пассивный сабвуфер (пример не показан).

Принципиальным отличием предлагаемой системы от других похожих систем является:

1. Отсутствие цифровых обработок и разделения сигнала на большое количество каналов воспроизведения звука (как это имеет место в Digital Sound Projector от компании Yamaha).

2. Отсутствие применения излучателя на парных динамиках, расположенных на специально определенном расстоянии друг от друга для тыловых каналов. Это требование накладывает определенные ограничения на габариты изделия (Система SurroundBar от Polk Audio).

3. Количество динамиков для каждого канала в новой системе может меняться. В простейшем варианте в каждом канале установлено по одному широкополосному динамику. В более дорогих системах возможно добавление динамиков, в том числе и ВЧ-динамиков, т.е. создание двухполосных и более сложных систем.

4. Габариты системы (длина колонки) не имеют принципиального значения и могут меняться в зависимости от количества примененных динамиков либо от размеров, продиктованных конструктивной целесообразностью.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как построено на использовании известных отдельных узлов, хорошо освоенных электронной промышленностью.

Изобретение относится к области многоканальных акустических систем. Технический результат заключается в создании пространственного звучания, похожего на объемный звук пятиканальных акустических систем. Для этого тыловые акустические блоки располагают перед слушателем, а многоканальный усилитель дополнительно снабжают блоком аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов, поступающих на входы тыловых акустических блоков, в котором выходной сигнал левого канала блока аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов представляет собой сигнал, являющийся суммой входного сигнала левого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала правого тылового канала, а выходной сигнал правого канала блока аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов представляет собой сигнал, являющийся суммой входного сигнала правого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала левого тылового канала. 1 ил.

Акустическая система пространственного звучания, содержащая многоканальный усилитель, выходы которого подключены к центральному и фронтальным акустическим блокам, располагаемым перед слушателем, и к тыловым акустическим блокам, отличающаяся тем, что тыловые акустические блоки расположены перед слушателем, а многоканальный усилитель имеет блок аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов, поступающих на входы тыловых акустических блоков, в котором выходной сигнал левого канала блока аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов представляет собой сигнал, являющийся суммой входного сигнала левого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала правого тылового канала, а выходной сигнал правого канала блока аналоговой фазовой обработки звуковых сигналов представляет собой сигнал, являющийся суммой входного сигнала правого тылового канала и инвертированного и измененного по уровню входного сигнала левого тылового канала.