Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной патентной заявке США №60/622294 "Искусственная реверберация", поданной 26 октября 2004 г.
Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к аудиосистемам, более точно усовершенствованному способу и устройству для создания реверберации.
Слушатель, находящийся в помещении, слышит сочетание звука, исходящего непосредственно от источника звука, и последовательности отражений звука от поверхности помещения, которые происходят в различное время. В результате фильтрации гребенчатым фильтром частотная характеристика в месте нахождения слушателя включает множество точек максимума и минимума, поскольку все отражения звука и прямой звук суммируются друг с другом векторно. При первых попытках создания электронной реверберации использовался громкоговоритель и микрофон в помещении, поверхности которого не поглощали звук. Позднее для экономии пространства вместо помещения использовалась металлическая пластина или пружина. С появлением электронных аналоговых линий задержки появилась возможность создавать затухающую последовательность импульсов путем возврата выходных импульсов на вход с незначительным уменьшением усиления. Развитие вычислительной техники и аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей сделало возможным представлять в цифровом представлении такую же затухающую последовательность аналоговых импульсов.
Реверберация может быть охарактеризована ее импульсной характеристикой. Путем математической свертки музыкального сигнала при помощи данной импульсной характеристики получают реверберирующий сигнал. Таким образом, разработки в области реверберации были сосредоточены на получении желательной импульсной характеристики. Становящийся в настоящее время популярным новейший способ получения электронной реверберации заключается в использовании дискретизации. Импульсную характеристику концертного зала записывают и вводят ее в устройство свертки, в результате чего нереверберирующий источник музыки звучит примерно так же, как если бы он был получен в таком концертном зале.
Из-за больших размеров концертных залов поглощения звука аудиторией и поверхностями и распространения звука со скоростью примерно 1090 футов в секунду слушатели даже в лучших концертных залах слышат прямой звук, по меньшей мере, за 15 миллисекунд до поступления первых значимых отражений от поверхностей. Высокочастотное содержание отраженного звука значительно ослаблено по сравнению с прямым звуком. На низких частотах в зависимости от местонахождения слушателя громкость реверберирующего звука обычно выше, чем громкость прямого звука. Некоторым людям нравится петь в душевых кабинах, стены которых покрыты керамической плиткой, где отраженный звук поступает значительно быстрее и имеет большее высокочастотное содержание.
Системы электронной реверберации, используемые в современных технологиях записи, имеют сходные характеристики и обеспечивают свыше 15 миллисекунд первоначальной задержки и ослабление высоких частот. Из-за задержки и отсутствия высокочастотного содержания в акустической или искусственной реверберации явственно слышны любые шумы или недостатки прямого звука, улавливаемого микрофонами.
Большинство людей не осознают, что они слышат частоту биений, возникающую, когда множество инструментов или голосов берут одинаковую ноту. В зависимости от частоты, фазы и гармонического дифференциала слушатель может воспринимать эффект мерцания или высокочастотный шум. Кроме того, смычковые инструменты создают механические шумы, а духовые инструменты создают шумы встречного потока воздуха и периодически раздражающие высшие гармоники. Ударные инструменты могут создавать грохот, а голоса на некоторых нотах могут дребезжать. Близкорасположенные микрофоны часто преувеличивают данные недостатки.
Записывающее, передающее и воспроизводящее оборудование может вносить собственные недостатки или преувеличивать уже существующие. Например, некоторые инженеры звукозаписи не любят обычную технологию записи с импульсно-кодовой модуляцией из-за раздражающих высокочастотных составляющих, которые, как они думают, отсутствуют в живом микрофонном сигнале. По мнению некоторых инженеров звукозаписи, качество звука также искажают системы битового сжатия с потерями, такие как MPEG-3. Обычно они предпочитают такие технологии, как старомодная аналоговая запись на магнитную ленту и прямая потоковая цифровая запись (DSD), которую используют в супераудиокомпакт-дисках (SACD). Вместо 16-битовой импульсно-кодовой модуляции на частоте 44,1 кГц, используемой в компакт-дисках, в DSD осуществляют 1-битовую импульсно-кодовую модуляцию на частоте 2,7 МГц.
Независимо от источников высокочастотных недостатков совокупный результат заключается в том, что при прослушивании почти всех существующих записей возникают моменты, когда высокие частоты звучат настолько раздражающе, что слушатель уменьшает громкость до уровня ниже уровня максимального удовольствия при прослушивании остальной записи и иногда просто выключает ее. Вызывающие раздражение высокие частоты могут быть ослаблены при помощи эквалайзера. Тем не менее, в результате достаточного ослабления высоких частот происходит неудовлетворительная потеря высокочастотной составляющей.
В связи с этим желательно создать систему и способ уменьшения недостатков, искажений и/или раздражающих эффектов, характерных для звукозаписи.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предложен способ и устройство уменьшения недостатков звукозаписи при помощи усовершенствованной искусственной реверберации. Предложенная в изобретении система обеспечивает мягкое, не раздражающее звучание высоких частот без ухудшения высокочастотной составляющей или глухого звучания.
Более точно, в предложенную систему поступает последовательность оцифрованных выборок входной волны (известной как жесткий или прямой сигнал), которая временно сохраняет каждую выборку входного сигнала в кольцевой линии задержки с заданным числом положений задержки. По своему характеру линия задержки является буфером обратного магазинного типа (FIFO). Линия задержки может быть реализована в виде кольцевой линии задержки памяти вычислительной машины или FIFO в случае аппаратной реализации. Предусмотрен вычислительный элемент, в котором используется список пар значений усиления для создания сигнала реверберации, включающего последовательность выборок формы сигнала реверберации, при этом каждая выборка имеет соответствующую амплитуду. Каждая пара значений усиления включает первое значение, определяющее положение в линии задержки относительно положения текущей выборки, и второе значение, определяющее коэффициент усиления.
Каждую выборку сигнала реверберации рассчитывают в реальном времени при помощи вычислительного элемента. Для расчета текущей выборки сигнала реверберации вычислительный элемент обращается к каждой паре значений усиления из списка пар значений усиления. Вычислительный элемент вычисляет промежуточное значение для каждой пары значений усиления путем обращения к амплитуде предыдущей выборки входного сигнала, исходя из относительного положения в линии задержки, которое задано первым значением из соответствующей пары значений усиления, и путем умножения такой амплитуды на второе значение или коэффициент усиления из соответствующей пары значений усиления. Вычислительный элемент рассчитывает промежуточное значение, осуществляя данное умножение для каждого положения в линии задержки, заданного в списке пар значений усиления, и суммирует все промежуточные значения для получения текущей выборки формы сигнала реверберации. Сигнал реверберации представляет собой последовательность выборок формы сигнала реверберации (известного как отраженная волна).
Полный цифровой аудиосигнал сложной формы, состоящий из последовательности выборок формы полного сигнала сложной формы, с соответствующими амплитудами получают путем ослабления каждой текущей выборки формы сигнала реверберации и суммирования ослабленной выборки формы сигнала реверберации и текущей выборки формы входного сигнала.
Списки пар значений. усиления могут быть созданы несколькими способами. В одном из вариантов осуществления оператор устанавливает число настроек, задающих определенные параметры, используемые для создания списка пар значений усиления. Вычислительный элемент обращается к параметрам и рассчитывает пары значений усиления на основании настроек управления, установленных оператором. В случае изменения настроек управления вычислительный элемент создает новый список пар значений усиления на основании новых настроек управления. Поскольку корректировка настроек управления приводит к изменению списка пар значений усиления, используемых для создания сигнала реверберации, оператор может корректировать характеристики сигнала реверберации путем корректировки настроек управления.
В другом варианте осуществления генератор сигнала реверберации генерирует сигнал реверберации, используя предварительно созданный список пар значений усиления. Может быть предусмотрен один или несколько предварительно созданных списков пар значений усиления для генерирования сигналов реверберации с различными характеристиками. Если существует множество предварительно созданных списков пар значений усиления, оператор имеет возможность выбирать через интерфейс один из множества предварительно созданных списков пар значений усиления, используемый для генерирования сигнала реверберации.
Первое и второе значения в списке пар значений усиления описывают кривую затухания, которая имеет участок переднего фронта, плоский участок и участок затухания, при этом первые значения отложены по оси X, а вторые значения - по оси Y. При помощи органов управления, если такие органы управления применяются, оператор может корректировать параметры, которые соответствуют данным участкам кривой затухания.
В отличие от обычных систем реверберации в некоторых вариантах осуществления список пар значений усиления включает пару исходных значений усиления, состоящую из первого значения, определяющего положение в линии задержки с задержкой менее 15 миллисекунд относительно текущего момента. Первые значения дополнительных пар значений усиления из списка пар значений усиления также могут определять положения в линии задержки с задержкой менее или равной 15 миллисекундам относительно текущего момента времени.
У многих полезных сигналов энергия реверберации меньше, чем у прямого звука на низких и средних частотах, при этом она постепенно растет до уровня, превышающего ее уровень у прямого звука на сверхвысоких частотах. Энергия реверберации на высоких частотах необязательно растет сама по себе. Она может превышать энергию прямого звука при затухании прямого звука с повышением частоты.
Другие признаки, особенности и преимущества системы и способа, которые раскрыты в настоящем изобретении, явствуют из следующего далее подробного описания изобретения.
Краткое описание чертежей
Более полному пониманию изобретения способствует его подробное описание со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг.1 показана блок-схема предложенной в настоящем изобретении системы с одной линией задержки с отводами и вычислительным элементом,
на фиг.2 схематически показан способ вычисления амплитуд текущих выборок формы сигнала реверберации согласно настоящему изобретению,
на фиг.3 показана блок-схема системы, в которой первый вычислительный элемент, соединенный с первой линией задержки, используется для получения первого сигнала реверберации, поступающего во вторую линию задержки, соединенную со вторым вычислительным элементом, для получения второго сигнала реверберации,
на фиг.4 представлены органы управления пользователя, служащие для установки параметров, используемых при создании списка пар значений усиления,
на фиг.5а и 5b показаны блок-схемы, иллюстрирующие обработку сигнала с целью получения генерированной процессором реверберации согласно настоящему изобретению,
на фиг.6 показана диаграмма, иллюстрирующая примерную кривую затухания реверберации, полученную в элементах, показанных на фиг.2 а и 2b,
на фиг.7 показана примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем для настройки управления системой, действующей согласно настоящему изобретению,
на фиг.8 показана другая примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем для настройки управления системой, действующей согласно настоящему изобретению,
на фиг.9 показана примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем на выходе второй из двух линий задержки системы реверберации с использованием каскадных линий задержки,
на фиг.10 показана примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем на выходе первой из двух линий задержки системы реверберации с использованием каскадных линий задержки.
Подробное описание изобретения
В настоящую заявку в порядке ссылки полностью включено содержание предварительной патентной заявки США №60/622294 "Искусственная реверберация", поданной 26 октября 2004 г.
Предложена усовершенствованная система и способ создания реверберации. В описанную систему поступает входной сигнал, состоящий из периодических последовательностей цифровых выборок формы входного сигнала. Каждая выборка имеет соответствующую амплитуду. Система рассчитана на входной аудиосигнал, выборку которого осуществляют с обычной для аудиосигналов частотой дискретизации 44100, 48000, 88200 или 96000 выборок в секунду, при этом в одном из вариантов осуществления каждая выборка для каждого канала представляет собой 32-разрядное число с плавающей запятой, отображающее мгновенную амплитуду сигнала.
Работа системы
На фиг.1 показана система создания искусственной реверберации согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.1, система включает первый эквалайзер 102, на вход которого поступает цифровой источник звука. Выход первого эквалайзера 102 соединен с входом второго эквалайзера 104, выход которого соединен с входом линии 106 задержки с отводами. Как показано на фиг.1, из первого эквалайзера 102 во второй эквалайзер 104 и суммирующее устройство 110 поступает сигнал, называемый прямым входным сигналом. Вычислительный элемент 108, соединенный с линией 106 задержки с отводами, генерирует сигнал реверберации, как это более подробно описано далее.
В процессе обычной работы второй эквалайзер 104 настраивают на подъем частот выше 2 кГц и ослабление частот ниже 200 Гц у сигнала реверберации. Первый эквалайзер 102 ослабляет высокие частоты как у сигнала реверберации, так и прямого сигнала на основании входящего сигнала. Суммарное воздействие на частотную характеристику полного выходного сигнала сложной формы выражено в виде довольно равномерной или плоской характеристики с пульсацией вследствие фильтрации гребенчатым фильтром.
Диапазон подъема верхних частот на частоте 20 кГц и ослабления на частоте 15 Гц за счет эквалайзера 104 может быть довольно резким, например, от +40 дБ на частоте 20 кГц до -40 дБ на частоте 15 Гц. Соответствующее ослабление высоких частот заново сбалансированного звука, которое осуществляет первый эквалайзер 102, может достигать 30 дБ на частоте 20 кГц. В данном примере у полного сигнала составляющая реверберации примерно на 30 дБ превышает составляющую прямого сигнала на частоте 20 кГц. На частоте 15 Гц составляющая прямого сигнала превышает составляющую реверберацию примерно на 40 дБ (процесс реверберации может сам вызывать подъем на частоте 10 дБ или в ее области). Слушатель слышит высокие частоты чистого тона и отчетливые низкие частоты.
Более точно, форма выходного сигнала первого эквалайзера представляет собой форму сигнала, который считается входным сигналом, включающим последовательность цифровых выборок формы сигнала. Каждая выборка формы входного сигнала имеет соответствующую амплитуду. Второй эквалайзер 104 обрабатывает выборки формы входного сигнала, и они поступают в линию 106 задержки с отводами, которая концептуально представляет собой буфер обратного магазинного типа. В зависимости от реализации линия 106 задержки с отводами может представлять собой аппаратный буфер обратного магазинного типа. Линия 106 задержки с отводами также может быть реализована в виде кольцевого буфера в памяти заданной емкости.
В одном из вариантов осуществления линия 106 задержки с отводами представляет собой непрерывную область памяти, в которой хранятся 529 200 24-разрядных или 32-разрядных чисел с плавающей запятой, отображающих амплитуды выборок шести секунд звука с частотой выборки 88 200 Гц. В одном из примерных вариантов осуществления выборки, поступающие из второго эквалайзера 804, синхронизируют на входе или сохраняют в первом положении линии 106 задержки с отводами каждые 11,337868 микросекунд. Для специалистов в данной области техники ясно, что точные данные частоты выборки, размеров буфера, тактовой частоты и т.д. могут быть изменены в соответствии с конкретными конструктивными требованиями.
Каждая выборка, поступающая после заполнения линии 106 задержки с отводами, заменяет выборку, которая была сохранена раньше других. Так, в проиллюстрированном варианте осуществления линия 106 задержки с отводами имеет вход для непрерывной выборки на частоте 88 200 Гц и в зависимости от текущего (последнего по времени) положения выборки всегда хранит 6 секунд выборок. Если линия 106 задержки с отводами реализована в памяти в виде кольцевого буфера, для доступа к выборкам, которые были сохранены ранее, осуществляют обратный отсчет от положения текущей выборки, как это будет проиллюстрировано в дальнейшем.
Вычислительный элемент 108 генерирует сигнал реверберации, представляющий собой последовательность выборок формы сигнала реверберации. Каждая выборка формы сигнала реверберации имеет соответствующую амплитуду. Сигнал реверберации подают в суммирующее устройство 110. Суммирующее устройство 110 суммирует ослабленную или масштабированную версию выборок формы сигнала реверберации, поступающих из вычислительного элемента 108, и выборки формы входного сигнала, которые также могут быть необязательно масштабированы. Выходной сигнал суммирующего устройства представляет собой полный сигнал, включающий последовательность выборок формы полного сигнала. Каждая выборка формы полного сигнала имеет соответствующую амплитуду. В результате масштабирования, осуществляемого для суммирующего устройства 110, сигнал реверберации в приятном для слуха соотношении смешивается с прямым сигналом, поступающим из первого эквалайзера 102.
Каждую выборку сигнала реверберации, которую генерирует вычислительный элемент 108, вычисляют в реальном времени. Для вычисления амплитуды каждой текущей выборки формы сигнала реверберации вычислительный элемент использует список пар значений усиления. Каждая пара значений усиления включает первое значение, определяющее положение в линии 106 задержки с отводами, и второе значение, определяющее коэффициент усиления.
Способ работы линии задержки или кругового буфера 106, способ, которым вычислительный элемент 108 генерирует амплитуду каждой текущей выборки формы сигнала реверберации во взаимодействии с линией 106 задержки с отводами, и список пар значений усиления более подробно представлены на фиг.2 в виде упрощенной иллюстрации. На фиг.2 показана линия 106 задержки с отводами (фиг.1), которая реализована в виде кольцевого буфера в памяти. В качестве примера показан кольцевой буфер, имеющий 15 последовательных ячеек памяти с адресами 0-14. Следует признать, что на практике круговой буфер мог бы занимать тысячи ячеек памяти и что размер кольцевого буфера зависит от проектного решения. Работа кольцевого буфера в том, что касается хранения вновь поступивших выборок входного сигнала, описана далее.
После поступления каждой новой выборки входного сигнала вычислительный элемент 108 (фиг.1) использует указатель 150 текущей выборки и сохраняет новую выборку в следующей по порядку ячейке в кольцевом буфере. Затем вычислительный элемент 108 изменяет значение указателя текущей выборки для указания на новую выборку. Например, предположим, что последовательность выборок входного сигнала 1-17 имеет амплитуды a1-a17, при этом выборка 1 входного сигнала с амплитудой a1 поступает первой, а выборка 17 с амплитудой a17 поступает последней, вычислительный элемент 108 сохраняет a1 в адресе 0 ячейки памяти, а2 - в адресе 1 и т.д. и сохраняет a15 в адресе 14. При поступлении следующей выборки входного сигнала, а именно выборки 16 с амплитудой а16, вычислительный элемент 108 сохраняет данную выборку в следующей логической ячейке памяти в кольцевом буфере, т.е. адресе 0, содержащем выборку входного сигнала, которая на тот момент была сохранена в буфере раньше других (т.е. выборку 1 с амплитудой a1). При сохранении выборки 16 с амплитудой a16 в адресе 0 происходит стирание выборки 1 с амплитудой a1 и выборка 1 выводится из кольцевого буфера, как это показано на фиг.2. Аналогичным образом при поступлении выборки 17 входного сигнала с амплитудой a17 выборка 17 сохраняется в адресе ячейки памяти, в которой хранилась выборка, которая на тот момент являлась сохраненной в буфере раньше других, а именно в адресе 1. При сохранении выборки 17 в адресе 1 выборка 2 с амплитудой а2 стирается и выводится из линии задержки или буфера 106. После сохранения выборки 17 с амплитудой a17 в адресе 1 указатель 150 текущей выборки указывает на выборку, которая является последней поступившей выборкой, как это показано на фиг.2. С целью дальнейшего пояснения того, как вычисляются текущие выборки сигнала реверберации, предположим, что кольцевой буфер содержит амплитуды выборок, показанные на фиг.2, и что указатель текущей выборки указывает на текущую выборку входного сигнала, хранящуюся в адресе 1.
Как указано ранее, вычислительный элемент 108 во взаимодействии с кольцевым буфером и списком пар значений усиления генерирует каждую текущую выборку формы сигнала реверберации за период, соответствующий одному интервалу выборки. На фиг.2 также показано, как вычисляется каждая текущая выборка Rc формы сигнала реверберации.
Для вычисления текущей выборки формы сигнала реверберации вычислительный элемент 108 генерирует множество промежуточных значений. Затем вычислительный элемент 108 суммирует все промежуточные значения, чтобы получить амплитуду текущей выборки Rc формы сигнала реверберации. Число промежуточных значений соответствует числу записей в списке пар значений усиления. Каждое промежуточное значение вычисляют путем поиска выбранной амплитуды в кольцевом буфере с использованием идентификатора выборки в одной из пар значений усиления и умножения найденной амплитуды на коэффициент усиления, содержащийся в паре значений усиления, связанной с идентификатором выборки.
Например, первой парой значений усиления из проиллюстрированного списка пар значений усиления является 3 и 1,2. Значение 3 является числом, используемым при обратном отсчете в кольцевом буфере для определения положения содержимого кольцевого буфера с целью использования при непосредственном вычислении. Второе значение из пары значений усиления является коэффициентом усиления. Так, для вычисления первого промежуточного значения вычислительный элемент 108 определяет адрес указателя текущей выборки (адрес 1 в рассматриваемом примере) и осуществляет обратный отсчет в буфере, чтобы определить положение буфера для использования при генерировании соответствующего промежуточного значения. Путем обратного отсчета трех логических положений в буфере от указателя 150 текущей выборки значения вычислительный элемент 108 определяет адрес 13, содержащий амплитуду a14. Чтобы получить первое промежуточное значение, соответствующее первой паре значений усиления из списка пар значений усиления, вычислительный элемент 108 умножает амплитуду a14 на коэффициент усиления 1,2 из первой пары значений усиления. Вычислительный элемент 108 сохраняет первое промежуточное значение и затем вычисляет второе промежуточное значение. Более точно, для вычисления второго промежуточного значения вычислительный элемент 108 осуществляет обратный отсчет четырех логических положений от адреса указателя 150 текущей выборки, используя значение 4 из идентификатора выборок во второй паре значений усиления. Данным способом вычислительный элемент 108 устанавливает, что содержимым адреса 12 является амплитуда a13, используемая для вычисления второго промежуточного значения. Чтобы получить второе промежуточное значение, вычислительный элемент 108 осуществляет поиск амплитуды a13 и умножает ее на коэффициент усиления 1,0, найденный во второй паре значений усиления. Данную операцию повторяют для каждой пары значений усиления до тех пор, пока не будут вычислены все промежуточные значения, как это показано на фиг.2. Затем все промежуточные значения суммируют, чтобы получить значение Rс амплитуды, т.е. текущую выборку формы сигнала реверберации.
В одном из вариантов осуществления вычислительный элемент 108 вычисляет новую составляющую выборки формы сигнала реверберации каждые 11,337868 микросекунд и за данный временной интервал осуществляет все операции умножения и сложения, необходимые для генерирования значения Rc, как это описано выше.
В проиллюстрированном на фиг.3 варианте осуществления (описанном далее) вычислительные элементы 108.1 и 108.2 каждые 11,337868 микросекунд дополнительно вычисляют новые первые и вторые текущие выборки формы сигнала реверберации способом, описанным выше применительно к вычислительному элементу 108, и осуществляют все необходимые операции умножения и сложения.
Вычислительный элемент 108 может представлять собой процессор, выполняющий предварительно запрограммированные команды, хранящиеся в памяти, цифровой процессор сигналов (ЦПС) и заказную или полузаказную интегральную схему или любое сочетание описанных выше устройств, рассчитанных на выполнение описанных здесь функций.
Суммирующее устройство 110 может быть реализовано в вычислительном элементе 108 в виде программного модуля или, в качестве альтернативы, в виде любого компонента на базе аппаратного средства или процессора, способного осуществлять описанную здесь функцию суммирования. Более точно, как показано на фиг.1, для получения выборки формы полного выходного сигнала суммирующее устройство 110 88200 раз в секунду суммирует умноженную на К1 амплитуду Y текущей выборки сигнала реверберации с умноженной на К2 амплитудой Х выборки входного сигнала.
При использовании высокоскоростного процессора Pentium, такого как вычислительный элемент 108, все описанные операции от осуществления выборки входного сигнала до получения соответствующего полного сигнала могут быть осуществлены за один период выборки в 11,337868 микросекунд. Могут быть сконструированы другие системы, в которых для обработки используются дополнительные периоды выборки.
Поскольку описанная в настоящем изобретении система является линейной системой, порядок следования блоков является гибким. Например, второй эквалайзер 104 может располагаться после вычислительного элемента 807, а не до линии 106 задержки. Второй эквалайзер 104 также может быть настроен иначе, и в него может непосредственно поступать входной сигнал, а не выходной сигнал первого эквалайзера 802. Проиллюстрированная компоновка выбрана с тем, чтобы регуляторы тембра первого эквалайзера 102 действовали как на прямой сигнал, так и сигнал реверберации и обеспечивали оптимальное отношение сигнал-шум.
В одном из вариантов осуществления линия 106 задержки обеспечивает сохранение одной выборки каждые 11,337868 микросекунд и рассчитана на 529 200 выборок. Это соответствует 6 секундам звука с частотой выборки 88 200 Гц. При данной частоте выборки вычислительный элемент 108 генерирует последовательность выборок формы сигнала реверберации, амплитуда и полярность которых меняется во времени. Полярность соответствующей выборки формы сигнала реверберации зависит от знака коэффициента усиления в соответствующей паре значений усиления. Способ, которым может быть задана полярность, описан далее.
Список пар значений усиления отображает импульсную характеристику генератора реверберации. Вычислительный элемент 108 генерирует однократную выборку сигнала реверберации, обращаясь ко всему списку выборок в линии 106 задержки, указанных в списке пар значений усиления. Когда линия 106 задержки представляет собой кольцевой буфер в памяти, вычислительный элемент 108 вычитает первое значение пары значений усиления из текущего положения выборки памяти для каждого времени выборки в паре значений усиления, чтобы вызвать амплитуду соответствующей более ранней выборки. Если искомое положение предшествует началу линии 106 задержки, отсчет возобновляется с другого конца. Каждую вызванную амплитуду умножают на ее соответствующий коэффициент усиления из списка и суммируют все результаты, чтобы получить однократную выборку сигнала реверберации, как это описано выше. При частоте выборки 88 200 Гц для вычисления реверберации осуществляют 19 668 600 (223×88 200) операций умножения с накоплением и других операций для каждого звукового канала.
Энергетическое соотношение между сигналом реверберации и прямым сигналом обеспечивается путем выравнивания прямого сигнала и сигнала реверберации по отдельности до их суммирования. Для обеспечения естественности звука первоначальную задержку делают очень короткой, меньшей или равной примерно 15 миллисекундам, в отличие от вещественной или существующей искусственной реверберации. Более точно, интервал между текущим моментов времени и моментом приема последней сохраненной выборки, используемой для вычисления текущей выборки формы сигнала реверберации, меньше или равен примерно 15 миллисекундам. Короткая первоначальная задержка помогает сделать воспроизведение высоких частот ударных инструментов, таких как цимбал, треугольник или бубен, чистым и спокойным. Она также помогает при воспроизведении голоса и фильмов на DVD. Многие полезные сигналы реверберации, создаваемые описанной здесь системой, имеют первоначальную задержку не более 40 микросекунд.
Другой особенностью наиболее эффективных сигналов реверберации является очень высокая плотность задержек, следующих непосредственно за первоначальной задержкой, в отличие от вещественной или ранее известной искусственной реверберации. Задержки с интервалом не более 30 микросекунд и чередующейся полярностью с постепенно увеличивающимся интервалом создают эффект фильтрации гребенчатым фильтром с большим числом точек максимума и минимума, колеблющихся в диапазоне до 16,7 кГц. Именно данные точки максимума и минимума частотной характеристики придают высоким частотам блеск и мелодичность.
Однократная задержка в импульсной характеристике соответствует отражению от поверхности звукопоглощающего помещения. В отличие от условий помещения каждая задержка является совершенной широкополосной копией входного сигнала с задержкой по времени, имеющей такую же или обратную полярность.
Генерирование сигнала каскадной реверберации
На фиг.3 показана система, в целом проиллюстрированная на фиг.1. Ее отличием является применение генераторов сигнала каскадной реверберации. Более точно, как показано на фиг.3, система включает первый генератор для генерирования первого сигнала реверберации, включающий первую линию 106.1 задержки и первый вычислительный элемент 108.1. Система также включает второй генератор для генерирования второго сигнала реверберации, включающий вторую линию 106.2 задержки и второй вычислительный элемент 108.2. В процессе работы выходной сигнал первого генератора сигнала реверберации поступает на вход второго генератора сигнала реверберации, а выходной сигнал второго генератора сигнала реверберации поступает в суммирующее устройство 110. Первый и второй генераторы 107.1 и 107.2 сигнала реверберации могут использовать один список пар значений усиления с поправками на полярность коэффициентов усиления в одном из списков. В качестве альтернативы, первый и второй генераторы 107.1 и 107.2 сигнала реверберации могут использовать различные списки пар значений усиления, которые могут необязательно содержать одинаковые пары значений усиления. Кроме того, в случае использования двумя генераторами 107.1 и 107.2 сигнала реверберации различных списков пар значений усиления для управления созданием каждого из списков пар значений усиления могут быть предусмотрены раздельные органы управления пользователя, которые описаны далее.
Каждый из вычислительных элементов 108.1 и 108.2 может создавать собственный список пар значений усиления. Следует отметить, что вычислительные элементы 108.1 и 108.2 могут включать многократно используемые программные модули и/или программы системы программного обеспечения.
Кроме того, первый вычислительный элемент 108.1 может представлять собой процессор, выполняющий один или несколько программных модулей и/или программ систем программного обеспечения с использованием списка пар значений усиления для генерирования первых выборок формы сигнала реверберации. Второй вычислительный элемент 108.2 может представлять собой такой же процессор, выполняющий такие же программные модули и/или программы систем программного обеспечения с использованием второго списка пар значений усиления для генерирования вторых выборок формы сигнала реверберации. Списки пар значений усиления, используемые двумя генераторами выборок формы сигнала реверберации, могут представлять собой одинаковые списки с поправками на полярность коэффициентов усиления.
Если первый генератор 107.1 сигнала реверберации использует список пар значений усиления с числом р пар значений усиления, а второй генератор 107.2 сигнала реверберации использует список пар значений усиления с числом q пар значений усиления, число задержек реверберации увеличивается до р*q. Система может необязательно работать в режиме малой загрузки, когда используется лишь одна подсистема реверберации, или режиме высокой загрузки, когда выходной сигнал первой подсистемы поступает во вторую подсистему для увеличения числа задержек во второй выборке формы сигнала реверберации.
Особенности реверберации, создаваемой описанными выше подсистемами генерирования сигнала каскадной реверберации, заданы различными комплектами органов управления, которые определяют параметры, используемые для вычисления списков пар значений усиления для каждого из генераторов сигнала реверберации. В качестве альтернативы, для создания двух одинаковых списков пар значений усиления, за исключением различий в полярности их вторых значений, может использоваться общий комплект органов управления.
Органы управления
Органы управления реверберацией позволяют пользователю изменять параметры, используемые для генерирования списка пар значений усиления.
Списки пар значений усиления могут быть созданы предварительно и сохранены или, в качестве альтернативы, созданы непосредственно перед работой системы реверберации. Если список(ки) пар значений усиления созданы предварительно, большинство описанных далее органов управления пользователя не являются необходимыми для системы поддержки исполнения программ.
Кроме того, если списки пар значений усиления созданы предварительно, может быть предусмотрен один или несколько списков пар значений усиления. Каждый список пар значений усиления содержит определенные характеристики реверберации. При наличии множества списков пар значений усиления конкретный список для использования может быть выбран пользователем посредством графического интерфейса пользователя или любого другого применимого средства выбора. Следует отметить, что при использовании предварительно созданных списков пар значений усиления описанные выше органы управления реверберацией не используются.
Описанные далее органы управления предусмотрены в основном для того, чтобы пользователь мог корректировать характеристики реверберации у системы поддержки исполнения программ путем изменения списка пар значений усиления.
Далее рассмотрена примерная методика создания списка пар значений усиления на основании пользовательских настроек управления.
Органы управления системы реверберации представлены графическим интерфейсом 8 пользователя, реализованным в персональном компьютере, как это в целом показано на фиг.4. Настройка органов 10а-10h управления служит для определения характеристик кривой затухания реверберации. Кривая затухания реверберации определяет амплитуду коэффициентов усиления в списке пар значений усиления в зависимости от периода задержки.
Органы 12a-12h управления регулируют частотную характеристику сигнала, поступающего в органы управления реверберацией. Органы 14а и 14Ь управления уровнем отраженного или прямого сигнала в дБ соответственно управляют смешиванием выходного сигнала реверберации (отраженного сигнала) и выходного прямого сигнала. Более точно, графический интерфейс 8 пользователя включает органы управления, такие как регулятор 10а длительности фронта, регулятор 10b длительности плоского участка, регулятор 10с минимального времени задержки, регулятор 10d максимального времени задержки, регулятор 10е числа задержек, регулятор 10f уровня фронта в дБ, регулятор 10g максимального затухания и регулятор 10h линейности затухания. Как показано на фиг.5а, система использует таблицу 202 шкалы времени, в которой для каждой задержки (в данном примере для 1793 точек задержки) указано время задержки от нулевого момента времени до соответствующей точки задержки. Описание отдельных органов управления приведено далее. Значения времени задержки, получаемые при помощи различных органов управления, относятся к импульсной характеристике реверберации и соответствующим положениям предыдущих выборок в кольцевой линии задержки относительно текущей выборки.
Длительность фронта (мсек.) - регулятор 10а длительности фронта определяет временной интервал между нулевой задержкой и временем, когда кривая затухания реверберации доходит до уровня 0 дБ или плоского участка (фиг.6). Как показано в качестве примера на фиг.5а, регулятор 10а длительности фронта установлен в положение 9,376 (считывание показаний округлено до 9,38) миллисекунд.
Длительность плоского участка (мсек.) - кривая затухания задержки, применяемая к входному сигналу, может включать плоский участок с затуханием 0 дБ или заданным постоянным эталонным затуханием, отличающимся от 0 дБ (фиг.6). Длительность плоского участка регулируется пользователем посредством регулятора 10b длительности плоского участка. Плоский участок затухания начинается в конце периода, установленного при помощи регулятора 10а длительности фронта, и заканчивается в момент, соответствующий времени задержки, которое равно сумме времени, заданного при помощи регулятора 10а длительности фронта, и времени (в мсек.), заданного при помощи регулятора 10b длительности плоского участка.
Минимальная задержка (мсек.) - регулятор 10с минимального времени задержки устанавливает период задержки в миллисекундах, который суммируется со всеми значениями времени задержки таблицы 202 шкалы времени (фиг.5а).
Максимальная задержка (мсек.) - регулятор 10d максимального времени задержки устанавливает время задержки до последнего использованного положения в линии задержки. В одном из примерных вариантов осуществления максимальное время задержки до последнего положения в линии задержки составляет 5,1 секунд.
Число задержек - регулятор 10е устанавливает число положений в линии задержки для использования при вычислении текущей выборки формы сигнала реверберации. В проиллюстрированном варианте осуществления число используемых положений в линии задержки может быть выбрано в пределах от 1 до 1611.
Уровень фронта в дБ - регулятор 10f уровня фронта в дБ (фиг.5b) устанавливает максимальное усиление в дБ на протяжении фронта кривой затухания реверберации (фиг.6). В одном из вариантов осуществления регулятор 10f уровня фронта в дБ позволяет регулировать максимальное усиление фронта в пределах от -40 до +40 дБ.
Затухание в дБ - регулятор 10g затухания в дБ устанавливает максимальное затухание сигнала в последнем положении в линии задержки, использованном при вычислении текущей выборки формы сигнала реверберации. Регулятор 10g затухания в дБ позволяет регулировать затухание в последнем положении в линии задержки в пределах от +10 дБ до -90 дБ.
Линейность затухания - регулятор 10h линейности затухания (фиг.5b) изменяет форму кривой затухания реверберации после плоского участка (фиг.6).
Выбор режима малой загрузки/высокой загрузки - система позволяет выбирать режим реверберации с малой или высокой загрузкой. В режиме с малой загрузкой не предусмотрено каскадирование числа задержек, установленных регулятором 10е. В режиме высокой загрузки выход первого генератора сигнала реверберации последовательно соединен со вторым генератором сигнала реверберации, в результате чего получают большее число выборок формы сигнала реверберации, что рассмотрено далее. Выбор режима может быть осуществлен посредством отмечаемой кнопки (фиг.4) или любым иным применимым способом. Например, если регулятор 10е затухания установлен на определение 23 выборок и выбран режим высокой загрузки, каждая из 23 выборок создает дополнительные 23 задержки, в результате чего получают 23*23=529 задержек сигнала реверберации.
Обработка с целью создания списка пар значений усиления
На фиг.5а, 5b проиллюстрирована обработка сигнала в описываемой системе с целью создания списка пар значений усиления с использованием параметров, заданных органами управления пользователя.
Система 200 создания списка пар значений усиления включает таблицу 202 шкалы времени, в которой указана задержка или номера выборок и соответствующий временной интервал между входным сигналом и точкой на кривой затухания сигнала реверберации. Задержка является задержанной по времени копией входного сигнала, генерированного кольцевым буфером, и действует в качестве линии 106 задержки с отводами в памяти (фиг.1). У реверберации с приятным звучанием временные интервалы между задержками монотонно возрастают. При постоянном интервале возникает эффект жужжания или звона, при произвольных интервалах возникает шум, а при слишком больших изменениях интервала и небольшом затухании сигнала реверберации возникает ощущение быстрого падения высоты звука. Если внимательно вслушаться в хлопок в ладоши, станет очевидно, что реверберация в реальном помещении вызывает эффект падения высоты звука по мере поступления отражений от все более отдаленных поверхностей. Избыток такого эффекта часто считается неприятным.
Таблица 202 шкалы времени может быть создана с использованием произвольных чисел, формулы экспоненциально возрастающих интервалов или отдельных формул для различных участков задержек либо путем построения кривой и измерения значений в различных точках кривой. В примерной таблице 202 шкалы времени, показанной на фиг.5а, приведены периоды первых трех и последних двух задержек, из чего следует, что интервал начинается примерно в положении 12 микросекунд и заканчивается в положении 5 микросекунд, а последняя задержка номер 1793 находится в положении 6 секунд, что дает соотношение между интервалами 417/1. Данное соотношение между интервалами отличается от существующей электронной реверберации и реверберации, получаемой в реальных помещениях, когда отраженный сигнал обычно не фиксируется в течение первых 15 миллисекунд после прямого или входного сигнала.
В проиллюстрированном варианте осуществления максимальная задержка реверберации (в описанном далее режиме малой загрузки) составляет 6 секунд. Несмотря на то что в проиллюстрированном варианте осуществления максимальная задержка реверберации (в режиме малой загрузки) составляет 6 секунд, следует отметить, что максимальное время задержки для заданной системы зависит от проектного решения. Фактическую длительность реверберации с использованием лишь части 6-секундной шкалы времени выбирают на дисплее компьютера при помощи управляемого от мыши регулятора 10d максимального времени задержки (фиг.4 и 5а). Данный общий период реверберации делят на четыре отрезка времени, а именно минимальное время, длительность фронта, длительность плоского участка и время затухания. Примерная кривая затухания проиллюстрирована на фиг.6. Как показано, кривая затухания имеет время смещения, устанавливаемое при помощи регулятора 10с минимального времени задержки (фиг.4 и 5а). В одном из вариантов осуществления фронт кривой затухания, обозначенный LE, включает участок синусоидальной формы, в целом расположенный между 90 и 270 градусами. Протяженность фронта кривой затухания устанавливают при помощи регулятора 10а длительности фронта (фиг.4 и 5а). Максимальное усиление фронта кривой затухания устанавливают при помощи регулятора 10f уровня фронта в дБ (фиг.4 и 5b). Максимальное усиление соответствует усилению в начале (или крайней левой части) фронта кривой затухания. За фронтом кривой затухания следует плоский участок (FT), на протяжении которого кривая затухания реверберации имеет постоянное усиление, такое как единичное усиление. Чтобы сигнал реверберации не заменял входной сигнал, усиление на плоском участке кривой затухания может быть меньше единичного усиления. Длительность плоского участка кривой затухания устанавливают при помощи регулятора 10b длительности плоского участка (фиг.4 и 5а). За плоским участком кривой затухания следует участок затухания (DT). Участок затухания проходит от плоского участка кривой затухания до конца сигнала реверберации, а его длительность устанавливают при помощи регулятора 10d максимального времени задержки (фиг.4 и 5а).
В показанной на фиг.5а таблице 204 длительности фронта приведены первые три и последние две задержки длительности фронта, которая в проиллюстрированном примере установлена в положении 9,376 миллисекунд при помощи регулятора 10а длительности фронта. Как показано в проиллюстрированном примере на протяжении фронта (фиг.6), усиление уменьшается от максимального уровня 6,3 дБ до 0 дБ или единичного усиления в положении задержки номер 147 в конце фронта. Таблица 204 длительности фронта может быть реализована в виде таблицы, отличающейся от таблицы 202 шкалы времени, или в виде элементов таблицы 202 шкалы времени, помеченных как элементы таблицы 204 длительности фронта.
В таблице 206 длительности плоского участка приведены первые три и последние две задержки плоского участка, начиная с положения 9,376 миллисекунд и заканчивая положением 59,377 миллисекунд задержки номер 278. Как показано в примере на фиг.5а, длительность плоского участка составляет 50 миллисекунд, и он начинается в положении 9,376 миллисекунд, которое соответствует концу фронта кривой затухания. На протяжении плоского участка кривая затухания имеет постоянное усиление (т.е. 0 дБ в проиллюстрированном примере). Поскольку регулятор 10b длительности плоского участка в проиллюстрированном примере установлен в положение 50 миллисекунд, плоский участок заканчивается примерно в положении 50,377 миллисекунд, что округленно соответствует выборке 278 в положении 59,377 миллисекунд, как это показано в таблице 206 длительности плоского участка. В одном из вариантов осуществления действительная полная длина шкалы регулятора 10а длительности фронта и регулятора 10b длительности плоского участка меняется в зависимости от установки регулятора 10d максимального времени задержки и включает максимальное число установок времени длительностью не более 10 миллисекунд.
Регулятор 10с минимального времени задержки устанавливает время смещения, которое необходимо прибавлять ко всем значениям таблицы 202 шкалы времени. В проиллюстрированном варианте осуществления для всех значений таблицы 202 шкалы времени регулятор 10с минимального времени задержки допускает любое время смещения в пределах от 40 микросекунд до 100 миллисекунд. Как показано на фиг.5а, в результате прибавления к значениям таблицы 202 шкалы времени минимального времени (3 миллисекунды), установленного регулятором 10с минимального времени задержки, получают таблицу 208 сложения минимального времени. В рассматриваемом примере таблицы 208 сложения минимального времени все значения таблицы 202 шкалы времени увеличены на 3 миллисекунды в соответствии с установкой регулятора 10с минимального времени задержки. За плоским участком кривой затухания следует участок, достигающий конца кривой затухания, ограниченного регулятором 10d максимального времени задержки, на протяжении которого усиление сигнала реверберации затухает.
Как указано ранее, регулятор 10е числа задержек устанавливает общее число используемых задержек. В рассматриваемом примере число задержек или выборок может составлять от 21 до 1611 в зависимости от установки регулятора 10d максимального времени задержки.
В примере, проиллюстрированном на фиг.5а, регулятор 10с минимального времени задержки установлен в положение 1003 миллисекунды. При этом таблица 208 сложения минимального времени обрывается в положении задержки 769 и создается таблица 210 максимального времени. Следует отметить, что таблица 210 максимального времени может быть предусмотрена в качестве выборочного элемента или сокращенной версии таблицы 208 сложения минимального времени.
Регулятор 10е числа задержек фактически является регулятором плотности задержек, но считывающим общее число задержек. Полная длина его шкалы зависит от установки регулятора максимального времени задержки, допускающего больше задержек в течение более длительных периодов времени. При настройке регулятора 10d максимального времени задержки на полную шкалу диапазон регулятора 10е числа задержек составляет от 202 до 1611 задержек. 1611 задержек соответствуют 5 секундам таблицы 202 шкалы времени. При установке наименьшего максимального времени и минимального времени, составляющего лишь 10 миллисекунд, диапазон регулятора 10е числа задержек в проиллюстрированном примере составляет от 21 до 138 задержек. Также может быть предусмотрена установка на одиночную задержку.
Регулятор 10е числа задержек пропускает некоторые из строк таблицы 210 максимального времени и создает таблицу 212 уменьшенного числа задержек. В таблице 212 уменьшенного числа задержек приведен результат при установке регулятора 10е числа задержек на 223 задержки в максимальном положении 1003 миллисекунд, заданном регулятором 10d максимального времени задержки. В таблице 212 уменьшенного числа задержек значения времени задержки преобразованы в значения времени выборки при частоте выборки, принятой за 88 200 Гц путем округления до ближайшей выборки. Выборки повторяются каждые 11,338 миллисекунд. Более точно, первая из 223 выборок находится в положении 3,011 миллисекунды. Если разделить 3,011 миллисекунды на время выборки 11,337868 микросекунды, получаем примерно 266, что указывает, что первая выборка задержки соответствует времени 266-й выборки. Аналогичным образом время 223-й задержки соответствует максимальному времени, установленному регулятором 10d максимального времени задержки, которое в данном примере составляет 1003 миллисекунды. 1003 миллисекунды соответствуют выборке номер 88 465 при частоте выборки 88 200 Гц.
Число заданных выборок уменьшают путем использования тех выборок в таблице 210 максимального времени, которые остаются после пропуска 2 или 3 выборок между выборками, включенными в таблицу 210 максимального времени. Последняя задержка в таблице 210 максимального времени имеет номер 769, тогда как в таблицу 212 уменьшенного числа задержек включено лишь 223 задержек, при этом последняя задержка находится в положении, соответствующем задержке номер 769, т.е. 1003 миллисекундам. Соотношение 769/223 дает 3,448. Таким образом, при пропуске каждой 3,448-1=2,448 выборки в таблице 210 максимального времени число выборок сокращается с 769 до 223. Поскольку невозможно пропускать дробное число выборок, необходимо осуществлять округление до ближайшего целого числа, и число пропускаемых выборок становится равным 2 или 3, что в среднем дает число, близкое к 2,448.
Регулятор 10f уровня фронта в дБ, регулятор 10g максимального затухания и регулятор 10h линейности затухания (фиг.5b) регулируют усиление каждой выборки на протяжении фронта и участка затухания. Данные органы управления влияют только на задержки, выбранные в таблице 212 уменьшенного числа задержек (фиг.5а) путем пропуска строк. Более точно, в данном примере они влияют только на 223 выбранные задержки. Регулятор 10f уровня фронта в дБ в рассматриваемом примере установлен в положение +6,3 дБ усиления первой задержки. Далее усиление каждой последующей задержки уменьшается, достигая 0 дБ в положении задержки 43 (что соответствует положению задержки 147 в таблице 204 длительности фронта) в конце фронта кривой затухания реверберации. В таблице 214 уровня фронта в дБ (фиг.5b) приведены значения усиления первых трех и последних двух задержек на протяжении фронта кривой затухания реверберации. Форма данного затухания в зависимости от числа задержек также может быть установлена при проектировании. Может быть использовано линейное затухание. Для придания большего значения нескольким первым задержкам в одном из вариантов осуществления используется сигнал, имеющий форму полусинусоиды. Полный диапазон регулятора 10f уровня фронта в дБ составляет от 40 дБ на фронте импульса до 40 дБ перед фронтом импульса.
На протяжении плоского участка, проходящего в данном примере от задержки 43 до задержки 81, усиление для каждой задержки равно 1,00 (или другой постоянной величине, меньшей единичного усиления, которая может быть установлена). Между задержками 81 и 223 усиление постепенно уменьшается на величину, установленную регулятором 10g максимального затухания в пределах от 0 дБ до -48,6 дБ, как указано в таблице 216 затухания в дБ (фиг.5b). Если усиление уменьшается линейно, иными словами, на -0,34 в положении каждой последующей задержки, срединная задержка номер 152 имеет усиление -24,3 дБ, что соответствует половине максимального затухания.
Для получения желаемого эффекта реверберации прямолинейная форма участка затухания кривой затухания реверберации может быть изменена на выпуклую или вогнутую кривую (или другую желаемую кривую) (фиг.6) при помощи регулятора 10h линейности затухания (фиг.5b). Результаты нелинейного регулирования с целью получения вогнутой кривой затухания приведены в таблице 218 линейности затухания (фиг.5b). Как показано на фиг.5b и 6, изменение затухания в дБ у последовательных задержек увеличено в начале участка затухания и уменьшено в конце участка затухания. Срединная точка задержки 152 теперь имеет уменьшенное усиление -30,4 дБ. Звуковой эффект заключается в увеличении более длительной реверберации и уменьшении менее длительной реверберации.
Зависимость между усилением и числом задержек в примере настройки управления показано в таблице 220 зависимости между дБ и задержкой, а примеры распределения полярности у каждой задержки приведены в таблице 222 полярности (фиг.5b). Выбор полярности у соответствующих задержек более подробно описан далее.
Данные таблицы 220 зависимости между дБ и задержкой представлены в виде набора коэффициентов, поступающих в линию 106 задержки с отводами (фиг.1), и должны быть преобразованы в номер выборки и усиление с заданной полярностью. В списке полярностей в таблице 222 полярности установлена полярность каждой выборки. Как правило, при реверберации малой интенсивности, проиллюстрированной на фиг.5b, первые 25% или около этого задержек имеют чередующуюся полярность, а остальные 75% имеют положительную полярность, как и у прямого сигнала. В определенных случаях для предотвращения резких максимумов частотной характеристики и обеспечения довольно равномерной фильтрации гребенчатым фильтром может потребоваться изменение нескольких полярностей на обратные.
Показанный в одном из вариантов осуществления список примерных пар значений усиления в устройстве 224 вывода (фиг.5b) служит для создания последовательности версий входного сигнала с временной задержкой, имеющих большее усиление на высоких частотах (т.е. >2 килогерц), чем на низких частотах (т.е. <200 герц), по сравнению с усилением входного сигнала, установленным эквалайзерами 802 и 804 (фиг.8). Такая зависимость между частотной характеристикой сигнала реверберации и частотной характеристикой входного сигнала используется для создания в целом желаемых характеристик реверберации у некоторых источников музыки.
Устройство 224 вывода включает идентификатор выборки и коэффициент усиления для каждой пары значений усиления в списке. Для упрощения для каждого участка проиллюстрированы лишь начальные и конечные номера выборок вместе с применимым усилением для каждой пары значений усиления. На участке затухания также показано усиление в положении срединной выборки.
Путем настройки органов управления создают различные таблицы. Элементы соответствующих таблиц используют во время выполнения программы для получения постоянных значений усиления, соответствующих выборкам с определенными номерами.
При суммировании промежуточных значений, как это описано выше, сигнал реверберации может оказаться чрезмерно сильным по сравнению с прямым сигналом. Соответственно, необходимо его ослабление. Необходимое ослабление осуществляют при помощи регулятора 14а усиления отраженного сигнала (фиг.4), соединенного с устройством 224 вывода. Данный регулятор также может служить генератором скалярной величины, используемой в суммирующем устройстве 110 для обеспечения необходимого ослабления. Обычно ее устанавливают путем настройки регулятора в процессе прослушивания. Каждый ползунковый регулятор влияет на громкость реверберации, а также на ее характер. Каждый из 8 ползунковых регуляторов может иметь соответствующую эмпирическую поправку на усиление, за счет чего их настройка оказывает значительно меньшее влияние на усиление. При настройке отдельных ползунковых регуляторов соответствующим образом меняется усиление отраженного сигнала в устройстве 224 вывода. Тем не менее, слушатель должен осуществлять тщательную настройку усиления реверберации для каждого музыкального произведения, поскольку критическое соотношение реверберации и прямого сигнала находится в пределах 0,5 дБ. Необязательно осуществлять регулировку усиления в устройстве 224 вывода. Это можно с таким же успехом сделать, используя входной сигнал, поступающий в систему реверберации.
При работе в режиме высокой загрузки (каскадная конфигурация) предусмотрены два почти идентичных устройства 224 вывода, одно из которых служит для передачи коэффициентов в линию 106.1 задержки, а другое для передачи коэффициентов в линию 106.2 задержки (фиг.3). Как описано далее, в список первого устройства вывода входят коэффициенты усиления с чередующейся полярностью, а в список второго устройства вывода входят коэффициенты только с положительной полярностью. За счет сочетания дифференцирующего воздействия первого устройства вывода и интегрирующего воздействия второго устройства вывода на выходе получают довольно равномерную фильтрацию гребенчатым фильтром с квадратичным числом задержек. Это не исключает необходимости коррекции, но уменьшает объем необходимой коррекции.
Органы управления пользователя могут управлять множеством каналов или отдельными каналами. Например, один набор органов управления может задавать характеристики реверберации в переднем центральном канале, а другой набор органов управления может задавать характеристики реверберации в передних левом и правом каналах. Дополнительно по выбору пользователя для передних левого и правого каналов и переднего центрального канала могут использоваться одни и те же органы управления. Кроме того, для задних левого и правого каналов может быть предусмотрен другой набор органов управления, который по выбору пользователя также может использоваться для боковых левого и правого каналов, либо для них может быть предусмотрен отдельный набор органов управления.
Кривая затухания реверберации
Фильтрация гребенчатым фильтром происходит при суммировании задержанной версии прямого сигнала и прямого сигнала. Для синусоидального входного сигнала фазовый сдвиг задержанного сигнала пропорционален как его задержке, так и частоте. С увеличением частоты его фаза циклически меняется, попеременно совпадая и не совпадая по фазе с прямым сигналом, результатом чего являются чередующиеся точки максимума и минимума частотной характеристики.
При короткой начальной задержке и высокой плотности отражений вначале возникает неприятное звучание, сильные медленные изменения частотной характеристики фильтрации гребенчатым фильтром из-за суммирования вектора прямого сигнала и всех векторов отражений (задержек). Известны три способа эффективной отстройки данных изменений за счет управления полярностью отдельных задержек. В число других факторов, которые влияют на отстройку, входят форма кривой затухания реверберации во времени и общее число задержек.
Если в соответствии с таблицей 222 полярности все полярности задержек являются положительными (то есть совпадают по фазе с прямым сигналом), эффект подобен интегрированию сигнала. Частотная характеристика спадает в направлении высоких частот как в интеграторе. Это придает очень густое звучание низким частотам. Если полярности чередуются и половина задержек имеет положительную полярность, а другая половина отрицательную полярность, эффект подобен дифференцированию сигнала. Частотная характеристика растет в направлении высоких частот как в дифференциаторе, что делает звучание очень слабым. В каждом случае подробная частотная характеристика представляет собой непрямую линию, а включает пульсации из-за фильтрации гребенчатым фильтром.
В результате сочетания данных двух эффектов, когда примерно 25% первых задержек имеют чередующуюся полярность, а все остальные - положительную полярность, получают реверберацию, отличающуюся подъемом как в области низких, так и верхних частот. Такая конфигурация полярностей показана на фиг.7. При ее сочетании в соответствующей пропорции с прямым сигналом получают приятно звучащую реверберацию. За счет внесения в реверберацию и прямой сигнал отдельной коррекции регулирования тембров обеспечивается дополнительное повышение качества звучания.
Второй способ эффективной отстройки основных изменений частотной характеристики фильтрации гребенчатым фильтром заключается в использовании двух генераторов каскадной реверберации, один из которых генерирует сигналы с чередующейся полярностью, а другой с единой полярностью. Генераторы каскадной реверберации известны из техники, а их преимуществом является способность эффективно умножать число задержек во всех генераторах друг на друга, что обеспечивает высокую плотность при длительных задержках. За счет использования одного генератора с возрастающей частотной характеристикой, сигнал которого поступает в другой генератор с убывающей частотной характеристикой, получают систему с высокой загрузкой и довольно равномерной характеристикой фильтрации гребенчатым фильтром. В сочетании с небольшой коррекцией данная система эффективно работает в широком диапазоне реверберации от кратковременной до длительной.
Третий способ отстройки основных изменений частотной характеристики фильтрации гребенчатым фильтром заключается в том, что по отдельности выбирают полярность каждой задержки. Этот процесс может быть облегчен, например, за счет использования экрана компьютера с несколькими сотнями экранных кнопок. В процессе прослушивания "розового" шума (имеющего одинаковую мощность в каждой октаве) можно осуществлять корректировку полярностей и отстраивать слышимые точки максимума. Можно также измерять среднее усиление с использованием полос частот помех в 1/3 октавы или осуществлять спектральный анализ. Выбор большого числа полярностей занимает много времени. Его дополнительным недостатком является то, что из-за произвольного порядка чередования полярностей возникают слышимые помехи при прослушивании чистых низкочастотных тонов, которые становятся модулированными. Таким образом, данный способ наиболее эффективен для точной настройки одного из двух первых способов. Иногда для ослабления второстепенных точек максимума, остающихся после применения любого из способов, требуется изменить полярность лишь один или два раза.
В известных системах искусственной реверберации двумя причинами предотвращения кратковременных начальных задержек, не считая имитации вещественной реверберации, являлись усредненные частотные характеристики с резко выраженными максимумами и потеря четкости при воспроизведении ударных переходов. Когда высокочастотная реверберация превосходит прямой сигнал, есть возможность усилить ударные переходы путем формирования зависимости между затуханием амплитуды и временем. Если усиление на протяжении первых нескольких миллисекунд задержек на несколько дБ превышает усиление у последующих задержек, возникает эффект, подобный расширению динамического диапазона фронта, который способен придать большую силу воздействия ударным переходам. Кроме того, первые 50 миллисекунд или около того высокочастотной реверберации приводят к увеличению длительности переходов во времени, что улучшает их слышимость.
Другим преимуществом придания формы кривой затухания является возможность получения органичного звучания в сочетании с теплотой длительной реверберации, длящейся 1 секунду или более. Певцы могут петь и в душевых комнатах, и в помещения среднего размера, и в больших концертных залах. За счет создания области постоянной или почти постоянной задержки в течение первых 100 миллисекунд достигается ощущение чистоты звучания, характерной для небольшого помещения.
В принципе, реверберация в трех помещениях различных размеров может быть одновременно обеспечена за счет использования трех различных систем реверберации, на вход которых поступает один сигнал и выходы которых суммированы. Раскрытая в настоящем изобретении система устраняет данную проблему за счет придания формы кривой затухания. Она работает особо эффективно, когда высокочастотная составляющая реверберации заменяет высокочастотную составляющую прямого сигнала за счет коррекции каждого сигнала. За счет выбора правильной формы кривой затухания обеспечивается плавное регулирование размера помещения.
Для пояснения приведенного выше описания на фиг.7, 8, 9 и 10 приведены временные диаграммы сигналов. На фиг.7 на примере системы с одной линией задержки, такой как система, показанная на фиг.5а-5b, проиллюстрирована типичная амплитуда и полярность каждой задержки в зависимости от времени. Следует отметить, что шкала времени подобна, но не является точно логарифмической. За счет выбора шкалы времени отдельные задержки на первый взгляд выглядят равноудаленными друг от друга. Тем не менее, применительно к реальному времени интервал между задержками непрерывно увеличивается в диапазоне 350-1 от 50 микросекунд до 17,5 миллисекунд. Для наглядности число показанных задержек близко к минимальному числу, используемому для сигнала реверберации с задержкой 488,6 миллисекунды.
В проиллюстрированном примере в линии задержки длительностью по меньшей мере 488,6 миллисекунды созданы все положения линии задержки. Высота каждой вертикальной линии отображает положительный или отрицательный коэффициент усиления конкретной задержки. Все выборки формы сигнала с задержкой по времени могут быть суммированы для получения формы сигнала реверберации. Если ширина каждой вертикальной линии была бы близка к нолю, на фиг.7 была бы представлена импульсная характеристика линии задержки с отводами.
В результате сложения векторов всех отводов на выходе линии 806 задержки с отводами осуществляют фильтрацию гребенчатым фильтром и в случае фиг.7 подъем в области низких и верхних частот. Полная частотная характеристика системы дополнительно изменяется за счет сдвигов усиления и фазы, вносимых двумя эквалайзерами, и сложения векторов в суммирующем устройстве 808. При настройке эквалайзеров таким образом, чтобы звучание системы было сбалансированным, на выходе происходит постепенная замена прямого сигнала реверберацией с частотой более 2 кГц. Уровень реверберации на частоте ниже 300 Гц может быть на 12 или более дБ ниже уровня прямого сигнала во избежание нечеткости низких частот. Усредненная частотная характеристика может отклоняться от плоской характеристики лишь на несколько дБ, тогда как подробная характеристика имеет отклонения из-за фильтрации гребенчатым фильтром.
Как показано на фиг.7, первые примерно 25% задержек имеют чередующуюся полярность. Все остальные задержки имеют положительную полярность. Как пояснено ранее, задержки с чередующейся полярностью имеют тенденцию дифференцировать сигнал, вызывая подъем высокочастотной характеристики. Задержки с одинаковой полярностью имеют тенденцию интегрировать сигнал, вызывая подъем низкочастотной характеристики. Суммарным результатом является подъем в области низких и верхних частот и понижение в области средних частот вблизи 500 Гц. На сложение векторов системы и частотную характеристику дополнительно влияет форма кривой затухания длительностью от 2,4 миллисекунды до 488,6 миллисекунды, выбор кратковременной начальной задержки длительностью 2,4 миллисекунды и фазовые сдвиги, вносимые эквалайзерами.
Показанная на фиг.7 кривая затухания имеет три области: область выброса, длящуюся лишь 5 миллисекунд, область постоянного усиления на участке от 5 до 42 миллисекунд и область затухания на участке от 42 до 488,6 миллисекунды. Область выброса усиливает ударные переходы. Область постоянного усиления сглаживает высокие частоты, не создавая глухого звучания. Область затухания создает ощущение нахождения в небольшом помещении.
Следует учесть, что в отличие от вещественной или известной искусственной реверберации в проиллюстрированном примере около 25% задержек с чередующейся полярностью приходится на 7,4 миллисекунды, следующих за начальной задержкой длительностью 2,4 миллисекунды. Как показано на диаграмме, начальный интервал между данными задержками составляет 50 микросекунд, но в реальной системе он обычно составляет 30 микросекунд. Это как раз то, что отсутствует в природе и необходимо для обеспечения по-настоящему чистого мягкого звучания высоких частот без потери глубины.
На фиг.7 представлен первый способ отстройки нежелательных максимумов усредненной частотной характеристики. Сочетание выборок формы сигнала реверберации с чередующейся полярностью, за которыми следуют выборки только с положительной полярностью, создает частотную характеристику фильтрации гребенчатым фильтром, усредненное значение которой может быть соответствующим образом сбалансировано при помощи эквалайзеров в широком диапазоне максимальных и минимальных задержек. Для сочетаний, которые невозможно сбалансировать при помощи эквалайзеров, незначительно меняют форму кривой задержки, число задержек и начальные и максимальные задержки, что в целом приносит желаемый результат. Для небольшого числа сочетаний чистовая настройка может осуществляться путем изменения полярности нескольких задержек.
В случае более длительной реверберации со значительно более высокой плотностью задержек один генератор выборок формы сигнала реверберации, показанный на фиг.1, может быть заменен первым и вторым генераторами 107.1 и 107.2 выборок формы сигнала реверберации (фиг.3).
На фиг.8 показана диаграмма пар значений усиления с чередующейся полярностью, отображающая кривую затухания, которую использует первый генератор реверберации 107.1 (фиг.3).
На фиг.9 показаны пары значений усиления только с положительной полярностью, отображающие примерный список пар значений усиления, который использует второй генератор реверберации 107.2 (фиг.3). По мере того как первый генератор выборок формы сигнала генерирует первые текущие выборки формы сигнала, они поступают во второй генератор 107.2 (фиг.3) выборок формы сигнала. В результате этого получают квадрат числа импульсов у импульсной характеристики второй последовательности выборок формы сигнала реверберации, если для генерирования первых и вторых текущих выборок формы сигнала реверберации используются одинаковые списки пар значений усиления. Дифференцирующее воздействие списка пар значений усиления с чередующейся полярностью, используемого первым генератором 107.1 выборок формы сигнала реверберации, за которым следует интегрирующее воздействие списка пар значений усиления с положительной полярностью, используемого вторым генератором 107.2 выборок формы сигнала реверберации, уменьшает, но не исключает потребность в коррекции. Следует отметить, что при использовании двух генераторов 107.1 и 107.2 каскадной реверберации общее число начальных и максимальных задержек удваивается, если исходить из того, что для создания списков пар значений усиления используются одинаковые органы управления.
На фиг.8 и фиг.9 показано, что затухание амплитуды происходит непрерывно без областей выброса и постоянного усиления. Кривая данного типа способна обеспечить чистое звучание при условии достаточно быстрого затухания в течение первых 100 миллисекунд. В противном случае желателен, по меньшей мере, некоторый выброс.
На фиг.10 показано значительно более медленное затухание на протяжении первых 50 миллисекунд. Кривая данного типа применима для придания намеренно глухого звучания вокалу. Для повышения четкости предпочтительно вводить определенный выброс.
Корреляция
В условиях реального помещения реверберация в левом канале отличается от реверберации в правом канале из-за природной асимметрии отражающих поверхностей. Правая и левая составляющие реверберации являются некоррелированными. Слышимым эффектом декорреляции является расширение акустического изображения. Описанная в настоящем изобретении система создает коррелированную реверберацию, если таблицы шкалы времени являются одинаковыми для всех каналов, результатом чего является согласование акустического изображения с прямым сигналом. При прослушивании определенной музыки более приятной является некоторая степень декорреляции. В одном из вариантов осуществления данной системы предусмотрены дополнительные ползунковые регуляторы (не показанные), которые пропорционально регулируют интервалы всех задержек в таблицах шкалы времени каналов таким образом, что они отличаются друг от друга на регулируемые величины, в результате чего получают регулируемую декорреляцию. Например, для получения незначительной декорреляции, создающей несколько расширенное акустическое изображение, время задержки в левом канале может быть умножено на 1,005, а время задержки в правом канале умножено на 0,995. Для получения декорреляции высокой степени время задержки в левом канале может быть умножено на 1,1, а время задержки в правом канале умножено на 0,90. При помощи аналогичных органов управления можно создать отличающиеся значения времени задержки в переднем, заднем и боковых каналах в различных сочетаниях с целью регулирования формы акустического пространства, воспринимаемого слушателем.
Описанные выше функции цифровой обработки могут осуществляться при помощи компьютера, запрограммированного на выполнение хранящихся в памяти команд, аппаратного контроллера, способного выполнять описанные здесь функции, или за счет сочетания аппаратных и программных средств. Кроме того, операции, выполняемые вычислительными элементами и суммирующим устройством, может выполнять один элемент, такой как программируемый процессор, цифровой процессор сигналов (ЦПС) или любое иное применимое аппаратное или программное средство по отдельности или в сочетании.
Для специалистов в данной области техники очевидно, что в описанную систему и способ создания усовершенствованной реверберации могут быть внесены усовершенствования и изменения, не отступающие от раскрытых идей изобретения. Соответственно, изобретение не следует считать ограниченным чем-либо, помимо объема и сущности прилагаемых патентных притязаний.
Изобретение относится к аудиосистемам, более конкретно к усовершенствованному способу и устройству для создания реверберации. Предложена электронная система реверберации, в которой используют процессор для получения множества выборок задержки, которые добавляют к прямому сигналу для получения реверберирующего звука. Система генерирует или использует список пар значений усиления, которые получают в соответствии с настройками управления или представлены в виде фиксированных коэффициентов. Процессор генерирует выборки реверберации путем наложения этих коэффициентов на выборки задержки и суммирования их амплитуд с получением выборки сигнала реверберации. Выборки сигнала реверберации добавляют к прямому сигналу. 6 н. и 42 з.п ф-лы, 11 ил.
1. Система электронного генерирования формы сигнала с искусственной реверберацией на основании входной формы сигнала, включающей последовательность цифровых выборок с соответствующими амплитудами входного сигнала, содержащая:
первую цифровую линию задержки, обеспечивающую прием и хранение входных выборок, имеющих соответствующие амплитуды, при этом указанная первая цифровая линия задержки имеет множество положений линии задержки;
по меньшей мере, одну память, в которой хранится первый список пар значений усиления, каждая из которых включает первое значение, связанное с одним из указанных положений линии задержки, и второе значение, соответствующее значению усиления, при этом пары значений усиления включают первую, вторую и третью группы пар значений усиления, первые значения из указанной первой группы меньше первых значений из указанной второй группы, а первые значения из указанной второй группы меньше первых значений из указанной третьей группы, порядок указанных вторых значений из указанной второй группы в целом равен порядку эталонного значения, порядок указанных вторых значений из указанной первой группы превышает порядок указанного эталонного значения и определяется по заранее заданной функции, описывающей кривую затухания реверберации для первой группы, а порядок указанных вторых значений из указанной третьей группы меньше порядка указанного эталонного значения; и
первый вычислительный элемент для создания указанной формы сигнала с искусственной реверберацией, связанный с указанной первой цифровой линией задержки и указанной, по меньшей мере, одной памятью, указанная форма сигнала с искусственной реверберацией содержит первую последовательность первых текущих выборок реверберации, имеющих соответствующие амплитуды, указанный первый вычислительный элемент обеспечивает вычисление амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации, посредством:
установления значений, соответствующих указанным положениям линии задержки, используя указанные первые значения из указанного первого списка пар значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки первого промежуточного значения как функции амплитуды в соответствующем положении линии задержки и второго значения, связанного с первым значением, идентифицирующим соответствующее положение линии задержки; и
суммирования указанных первых промежуточных значений для получения соответствующей первой амплитуды текущей выборки реверберации.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая суммирующее устройство, обеспечивающее суммирование масштабированной амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации с масштабированной амплитудой текущей выборки формы входного сигнала для получения первых выборок сигнала сложной формы, имеющих соответствующие амплитуды.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент обеспечивает вычисление указанных амплитуд первой текущей выборки формы сигнала с реверберацией, периодически и с частотой, равной частоте выборки принимаемого входного сигнала.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что время задержки между текущей выборкой указанной входной формы сигнала и наиболее поздней полученной выборкой входного сигнала из указанной первой цифровой линии задержки, которая обеспечивает генерирование одного из указанных первых промежуточных значений, меньше или равно 15 мс.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент дополнительно обеспечивает прибавление заданного значения смещения к значениям, используемым для генерирования указанных первых значений каждой пары значений усиления.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент обеспечивает генерирование каждого первого промежуточного значения путем умножения амплитуды в соответствующем положении линии задержки на второе значение, связанное с первым значением, используемым для установления соответствующего положения линии задержки.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из последовательных пар значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с одинаковой полярностью, а, по меньшей мере, некоторые из последовательных пар значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с чередующейся полярностью.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент обеспечивает генерирование указанных вторых значений указанных пар значений усиления, по меньшей мере, посредством:
выбора указанных значений, по меньшей мере, из одной таблицы, генерирования указанных значений с использованием, по меньшей мере, одной формулы;
генерирования указанных значений на основе данных, представленных в виде графа; и
генерирования указанных значений по результатам измерения.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент содержит процессор, выполняющий команды, хранящиеся в указанной, по меньшей мере, одной памяти.
10. Система по п.1, дополнительно содержащая:
первый настраиваемый пользователем орган управления, задающий число пар значений усиления;
второй настраиваемый пользователем орган управления, задающий максимальное значение времени задержки для указанной второй группы пар значений усиления; и
третий настраиваемый пользователем орган управления, задающий временной интервал между значениями первой и последней временной задержки для указанной первой группы пар значений усиления.
11. Система по п.1, отличающаяся тем, что в указанной памяти хранится множество доступных списков пар значений усиления, при этом система дополнительно содержит переключатель для выбора пользователем одного из доступных списков для использования в качестве указанного первого списка пар значений усиления.
12. Система по п.1, дополнительно содержащая:
эквалайзер, расположенный между источником указанных выборок формы входного сигнала и указанной первой цифровой линией задержки, указанный эквалайзер служит для подачи в первую цифровую линию задержки входного сигнала с увеличенным коэффициентом усиления на высоких частотах для получения первой формы сигнала с реверберацией с увеличенным коэффициентом усиления на частотах выше 2 кГц, чем на частотах ниже 200 Гц по сравнению с формой входного сигнала.
13. Система по п.1, дополнительно содержащая:
вторую цифровую линию задержки, которая связана с указанным первым вычислительным элементом и в которую поступают указанные первые последовательности выборок формы сигнала с реверберацией, при этом указанная цифровая линия задержки имеет множество положений линии задержки;
указанную, по меньшей мере, одну память, в которой хранится второй список пар значений усиления, каждая из которых включает первое значение, соответствующее одному из указанных положений линии задержки указанной второй цифровой линии задержки, и второе значение, соответствующее значению усиления, при этом пары значений усиления включают первую, вторую и третью группы пар значений усиления, при этом первые значения из указанной первой группы меньше первых значений из указанной второй группы, а первые значения из указанной второй группы меньше первых значений из указанной третьей группы, при этом порядок указанных вторых значений из указанной второй группы в целом равен порядку эталонного значения, порядок указанных вторых значений из указанной первой группы превышает порядок указанного эталонного значения, а порядок указанных вторых значений из указанной третьей группы меньше порядка указанного эталонного значения;
второй вычислительный элемент для создания второй последовательности вторых выборок реверберации с соответствующими амплитудами, указанный второй вычислительный элемент обеспечивает вычисление амплитуды каждой второй текущей выборки реверберации, посредством:
установления значений, соответствующих указанным положениям указанной второй цифровой линии задержки, используя указанные первые значения из указанного второго списка пар значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки второй цифровой линии задержки, второго промежуточного значения как функции амплитуды в соответствующем положении линии задержки второй цифровой линии задержки и второго значения, связанного с первым значением, идентифицирующим соответствующее положение линии задержки второй цифровой линии задержки; и
суммирования указанных вторых промежуточных значений для получения соответствующей амплитуды второй текущей выборки реверберации.
14. Система по п.13, дополнительно содержащая суммирующее устройство для получения последовательности амплитуд выборок формы сложного сигнала, посредством суммирования масштабированной амплитуды текущей выборки входного сигнала с масштабированной второй амплитудой текущей выборки реверберации.
15. Система по п.13, отличающаяся тем, что вторые значения соответствующих элементов первого и второго списков пар значений усиления имеют одинаковые величины.
16. Система по п.13, отличающаяся тем, что указанный первый и второй вычислительные элементы представляют собой одинаковый вычислительный элемент.
17. Система по п.13, отличающаяся тем, что, по крайней мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного второго списка пар значений усиления имеют вторые значения с одинаковой полярностью, а, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с чередующейся полярностью.
18. Система по п.13, отличающаяся тем, что все вторые значения одного из указанных первого и второго списков пар значений усиления имеют одинаковую полярность, а все вторые значения другого из указанных первого и второго списков пар значений усиления имеют чередующуюся полярность.
19. Система электронного генерирования формы сигнала с искусственной реверберацией на основании входной формы сигнала, включающей последовательность цифровых выборок с соответствующими амплитудами входного сигнала, содержащая:
первую цифровую линию задержки для приема и хранения указанных выборок входного сигнала, при этом указанная первая линия задержки имеет множество положений линии задержки;
по меньшей мере, одну память, в которой хранится первый список пар значений усиления, каждая из которых включает первое значение, соответствующее выбранному одному из указанных положений линии задержки и второе значение, соответствующее значению усиления; и
первый вычислительный элемент для создания указанной формы сигнала с искусственной реверберацией, связанный с указанной первой цифровой линией задержки и указанной, по меньшей мере, одной памятью, указанная форма сигнала с искусственной реверберацией содержит первую последовательность первых текущих выборок реверберации с соответствующими амплитудами, указанный первый вычислительный элемент обеспечивает вычисление амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации, посредством:
установления значений, соответствующих указанным положениям линии задержки, используя указанные первые значения из указанного первого списка пар значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки первого промежуточного значения как функции амплитуды в соответствующем положении линии задержки и второго значения, связанного с первым значением, идентифицирующим соответствующее положение линии задержки, при этом время задержки между текущей выборкой указанной входной формы сигнала и наиболее поздней полученной выборкой входного сигнала из указанной первой цифровой линии задержки, которая обеспечивает генерирование одного из указанных первых промежуточных значений, меньше или равно 15 мс;
суммирования указанных первых промежуточных значений выборок для получения соответствующей амплитуды первой текущей выборки сигнала реверберации;
суммирующее устройство для суммирования масштабированной амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации с масштабированной амплитудой каждой текущей выборки формы входного сигнала для получения первых выборок сигнала сложной формы, имеющих соответствующие амплитуды.
20. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент обеспечивает вычисление указанных амплитуд текущей выборки формы сигнала с реверберацией, периодически, с частотой, равной частоте выборки принимаемого входного сигнала.
21. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент дополнительно обеспечивает прибавление заданного значения смещения к значениям, используемым для генерирования указанных первых значений каждой пары значений усиления.
22. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент обеспечивает генерирование первого промежуточного значения путем умножения амплитуды в соответствующем положении линии задержки на второе значение, связанное с первым значением, используемым для установления соответствующего положения линии задержки.
23. Система по п.19, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с одинаковой полярностью, а, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с чередующейся полярностью.
24. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент генерирует указанные вторые значения указанных пар значений усиления, по меньшей мере, посредством:
выбора указанных значений, по меньшей мере, из одной таблицы;
генерирования указанных значений с использованием, по меньшей мере, одной формулы;
генерирования указанных значений на основе данных, представленных в виде графа; и
генерирования указанных значений по результатам измерения.
25. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный первый вычислительный элемент содержит процессор, выполняющий команды, хранящиеся в указанной, по меньшей мере, одной памяти.
26. Система по п.19, отличающаяся тем, что в указанной памяти хранится множество доступных списков пар значений усиления, при этом система дополнительно содержит переключатель для выбора пользователем одного из доступных списков для использования в качестве указанного первого списка пар значений усиления.
27. Система по п.19, дополнительно содержащая:
эквалайзер, расположенный между источником указанных выборок формы входного сигнала и указанной первой цифровой линией задержки, указанный эквалайзер служит для подачи в первую цифровую линию задержки входного сигнала с увеличенным коэффициентом усиления на высоких частотах для получения первой формы сигнала с реверберацией с увеличенным коэффициентом усиления на частотах выше 2 кГц, чем на частотах ниже 200 Гц по сравнению с формой входного сигнала.
28. Система по п.19, дополнительно содержащая:
вторую цифровую линию задержки, связанную с указанным первым вычислительным элементом и в которую поступают указанные первые последовательности выборок формы сигнала с реверберацией, при этом указанная цифровая линия задержки имеет множество положений линии задержки;
указанную, по меньшей мере, одну память, в которой хранится второй список пар значений усиления, каждая из которых включает первое значение, соответствующее одному из указанных положений линии задержки указанной второй цифровой линии задержки, и второе значение, соответствующее значению усиления;
второй вычислительный элемент для создания второй последовательности выборок реверберации с соответствующими амплитудами, указанный второй вычислительный элемент обеспечивает вычисление амплитуды каждой второй текущей выборки реверберации, посредством:
установления значений, соответствующих указанным положениям указанной второй цифровой линии задержки, используя указанные первые значения из указанного второго списка пар значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки второй цифровой линии задержки, второго промежуточного значения как функции амплитуды в соответствующем положении линии задержки второй цифровой линии задержки и второго значения, связанного с первым значением, идентифицирующим соответствующее положение линии задержки второй цифровой линии задержки; и
суммирования указанных вторых промежуточных значений для получения соответствующей амплитуды второй текущей выборки реверберации.
29. Система по п.28, дополнительно содержащая суммирующее устройство для суммирования масштабированной амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации с масштабированной амплитудой текущей выборки входной формы сигнала, для получения первых выборок формы сложного сигнала с соответствующими амплитудами.
30. Система по п.28, отличающаяся тем, что вторые значения соответствующих элементов первого и второго списков пар значений усиления имеют одинаковые величины.
31. Система по п.28, отличающаяся тем, что указанный первый и второй вычислительные элементы представляют собой одинаковый вычислительный элемент.
32. Система по п.28, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного второго списка пар значений усиления имеют вторые значения с одинаковой полярностью, а, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с чередующейся полярностью.
33. Система по п.28, отличающаяся тем, что все вторые значения одного из указанных списков пар значений усиления имеют одинаковую полярность, а все вторые значения другого из указанных списков пар значений усиления имеют чередующуюся полярность.
34. Система электронного генерирования формы сигнала с искусственной реверберацией на основании входной формы сигнала, включающей последовательность цифровых выборок с соответствующими амплитудами входного сигнала, содержащая:
первую и вторую цифровые линии задержки, каждая из которых имеет множество положений линии задержки;
по меньшей мере, одну память, в которой хранится первый и второй списки пар значений усиления, каждая из указанных пар значений усиления в указанном первом списке включает первое значение, соответствующее выбранному одному из указанных положений линии задержки указанной первой цифровой линии задержки, и второе значение, соответствующее значению усиления; и каждая из указанных пар значений усиления во втором списке включает первое значение, соответствующее выбранному одному из указанных положений линии задержки указанной второй цифровой линии задержки, и второе значение, соответствующее значению усиления;
указанная первая цифровая линия задержки обеспечивает получение и хранение последовательных входных выборок, имеющих указанные амплитуды выборки входного сигнала; и
первый вычислительный элемент для создания первой последовательности выборок первой текущей реверберации, с соответствующими амплитудами, связанный с указанной первой цифровой линией задержки и указанной, по меньшей мере, одной памятью, для обеспечения доступа к указанному первому списку пар значений усиления, при этом указанный первый вычислительный элемент обеспечивает вычисление амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации, посредством:
установления значений, соответствующих указанным положениям линии задержки указанной первой цифровой линии задержки, используя указанные первые значения из указанного первого списка пар значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки первой цифровой линии задержки первого промежуточного значения как функции амплитуды в соответствующем положении линии задержки указанной первой цифровой линии задержки и второго значения, связанного с первым значением, идентифицирующим соответствующее положение линии задержки первой цифровой линии задержки;
суммирования указанных первых промежуточных значений выборок для получения соответствующей амплитуды каждой первой текущей выборки реверберации;
указанная вторая цифровая линия задержки обеспечивает получение и хранение указанных выборок первой текущей реверберации;
второй вычислительный элемент для создания второй последовательности вторых выборок текущей реверберации с соответствующими амплитудами, связанный с указанной второй цифровой линией задержки и указанной, по меньшей мере, одной памятью для обеспечения доступа к указанному второму списку пар значений усиления, указанный второй вычислительный элемент обеспечивает вычисление амплитуды каждой второй текущей выборки реверберации, посредством:
установления значений, соответствующих указанным положениям указанной второй цифровой линии задержки, используя указанные первые значения из указанного второго списка пар значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки второй цифровой линии задержки, второго промежуточного значения как функции амплитуды в соответствующем положении линии задержки второй цифровой линии задержки и второго значения, связанного с первым значением, идентифицирующим соответствующее положение линии задержки второй цифровой линии задержки;
суммирования указанных вторых промежуточных значений для получения соответствующей амплитуды второй текущей выборки реверберации; и
по меньшей мере, некоторые из последовательных пар значений усиления из указанных первого и второго списков содержат вторые значения с чередующейся полярностью, а, по крайней мере, некоторые из последовательных пар значений усиления из указанного первого и второго списков содержат вторые значения с одинаковой полярностью.
35. Система по п.34, дополнительно содержащая суммирующее устройство для суммирования масштабированной амплитуды каждой второй текущей выборки реверберации с масштабированной амплитудой текущей выборки входной формы сигнала, для получения первых выборок формы сложного сигнала с соответствующими амплитудами.
36. Система по п.34, отличающаяся тем, что указанные первый и второй вычислительные элементы обеспечивают вычисление соответствующих выборок первой и второй текущей реверберации формы сигнала, имеющих соответствующие амплитуды, периодически, с частотой, равной частоте выборки принимаемого входного сигнала.
37. Система по п.34, отличающаяся тем, что указанные первый и второй вычислительные элементы обеспечивают генерирование соответствующих первого и второго промежуточных значений путем умножения амплитуды в соответствующих положениях линии задержки первой и второй цифровых линий задержки на соответствующие вторые значения, связанные с первыми значениями, идентифицирующими соответствующие положения линии задержки первой и второй цифровых линий задержки в соответствующих парах значений усиления.
38. Система по п.34, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с одинаковой полярностью, а, по меньшей мере, некоторые последовательные пары значений усиления из указанного первого списка пар значений усиления имеют вторые значения с чередующейся полярностью.
39. Система по п.34, отличающаяся тем, что указанные первый и второй вычислительные элементы генерируют указанные вторые значения указанных пар значений усиления, по меньшей мере, посредством:
выбора указанных значений, по меньшей мере, из одной таблицы;
генерирования указанных значений с использованием, по меньшей мере, одной формулы;
генерирования указанных значений на основе данных, представленных в виде графа; и
генерирования указанных значений по результатам измерения.
40. Система по п.34, отличающаяся тем, что указанные первый и второй вычислительные элементы содержат, по меньшей мере, один процессор, выполняющий команды, хранящиеся в указанной, по меньшей мере, одной памяти.
41. Система по п.34, отличающаяся тем, что в указанной памяти хранится множество доступных наборов пар значений усиления, каждый набор содержит первый список пар значений усиления и второй список пар значений усиления, при этом система дополнительно содержит переключатель для выбора пользователем одного из указанных наборов пар значений усиления для использования указанной системой.
42. Система по п.34, дополнительно содержащая:
эквалайзер, расположенный между источником указанных выборок формы входного сигнала и указанной первой цифровой линией задержки, указанный эквалайзер служит для подачи в первую цифровую линию задержки, входного сигнала с увеличенным коэффициентом усиления на высоких частотах для получения первой формы сигнала с реверберацией с увеличенным коэффициентом усиления на частотах выше 2 кГц, чем на частотах ниже 200 Гц по сравнению с формой входного сигнала.
43. Система по п.34, отличающаяся тем, что каждый из первого и второго списков имеет одинаковое число пар значений усиления, а значения соответствующих элементов первого и второго списков пар значений усиления имеют одинаковые величины.
44. Система по п.34, отличающаяся тем, что первый и второй вычислительные элементы выполнены в виде единого вычислительного элемента.
45. Система по п.34, отличающаяся тем, что все вторые значения одного из указанных первого и второго списков пар значений усиления имеют одинаковую полярность, а все вторые значения другого из указанных первого и второго списков пар значений усиления имеют чередующуюся полярность.
46. Способ генерирования формы сигнала с искусственной реверберацией на основании входной формы сигнала, включающей последовательность цифровых выборок с соответствующими амплитудами входного сигнала, содержащий стадии, на которых:
последовательно сохраняют входные выборки с соответствующими амплитудами в цифровой линии задержки, имеющей множество положений линии задержки;
создают список значений усиления, каждое из которых связано с одним из указанных множества положений линии задержки, при этом значения усиления включают первую, вторую и третью группы значений усиления, при этом порядок указанных значений усиления из указанной второй группы в целом равен порядку эталонного значения, порядок указанных значений усиления из указанной первой группы превышает порядок указанного эталонного значения, а порядок указанных значений усиления из указанной третьей группы меньше порядка указанного эталонного значения; и
создают форму сигнала с искусственной реверберацией, включающей последовательность текущих выборок реверберации с соответствующими амплитудами, каждая выборка текущей реверберации вычисляется посредством:
установления соответствующих положений линии задержки, связанных с указанными значениями усиления в указанном списке значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки промежуточного значения умножением амплитуды в соответствующем положении линии задержки на значение усиления, связанного с соответствующим положением линии задержки; и
суммирования указанных первых промежуточных значений для получения соответствующей амплитуды текущей выборки сигнала реверберации; и
генерирования выходного сигнала сложной формы посредством суммирования выборок текущей реверберации с текущими входными выборками.
47. Способ генерирования формы сигнала с искусственной реверберацией на основании формы входного сигнала, включающей последовательность цифровых выборок с соответствующими амплитудами, содержащий стадии, на которых:
последовательно сохраняют амплитуды входной выборки в первой цифровой линии задержки, имеющей множество положений линии задержки;
создают список пар значений усиления, каждая из которых включает первое значение, связанное с временем задержки и второе значение, соответствующее значению усиления;
создают форму сигнала с искусственной реверберацией, включающей последовательность текущих выборок реверберации с соответствующими амплитудами, каждая выборка текущей реверберации вычисляется посредством:
установления соответствующих положений линии задержки, связанных с указанными значениями усиления в указанном списке значений усиления;
умножения каждой амплитуды входной выборки, сохраненной в одном из положений указанной линии задержки, на значение усиления, связанного с указанным соответствующим положением линии задержки, для создания множества промежуточных значений, при этом время задержки между текущей выборкой указанной входной формы сигнала и наиболее поздней полученной выборкой входного сигнала из указанной первой цифровой линии задержки, которая обеспечивает генерирование одного из указанных первых промежуточных значений, меньше или равно 15 мс,
суммирования указанных промежуточных значений для получения соответствующей первой амплитуды текущей выборки реверберации; и
генерирования выходного сигнала сложной формы посредством суммирования выборок текущей реверберации с текущими входными выборками, при этом, по меньшей мере, выборки текущей реверберации или текущие входные выборки вычисляют до суммирования каждой текущей входной выборки с соответствующей текущей выборкой реверберации.
48. Способ генерирования формы сигнала с искусственной реверберацией на основании формы входного сигнала, включающей последовательность цифровых выборок с соответствующими амплитудами, содержащий стадии, на которых:
последовательно сохраняют входные выборки с соответствующими амплитудами в цифровой линии задержки, имеющей множество положений линии задержки;
создают список значений усиления, каждое из которых связано с одним из указанных положений линии задержки, по крайней мере, некоторые логически связанные значения усиления в указанном списке, содержащем значения усиления, имеют чередующуюся полярность и, по крайней мере, некоторые логически связанные значения усиления в указанном списке содержат значения усиления с одинаковой полярностью;
генерируют указанную форму сигнала с искусственной реверберацией посредством создания последовательности текущих выборок реверберации с соответствующими амплитудами, каждая выборка текущей реверберации вычисляется посредством:
установления соответствующих положений указанной линии задержки, связанных с указанными значениями усиления в указанном списке значений усиления;
генерирования для каждого установленного положения линии задержки промежуточного значения посредством умножения амплитуды в соответствующем положении линии задержки на значение усиления, связанного с соответствующим положением линии задержки; и
суммирования указанных промежуточных значений для получения соответствующей амплитуды текущей выборки сигнала реверберации; и
генерирования выходного сигнала сложной формы посредством суммирования выборок текущей реверберации с текущими входными выборками.
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| УСТРОЙСТВО РЕВЕРБЕРАЦИИ | 1992 |
|
RU2075910C1 |
| US 6247095 B1, 12.06.2001 | |||
| US 4803731 A, 07.02.1989 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ | 1995 |
|
RU2089624C1 |
