АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 2016 года по МПК H04R3/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к акустической системе и способу работы для нее и, в частности, но не исключительно, к акустической системе для заднего канала системы объемного звучания.

Уровень техники изобретения

В последние годы, обеспечение пространственного звука становится все более и более популярным, о чем свидетельствует, например, большая популярность различных систем объемного звучания. Например, возросшая популярность систем домашних кинотеатров привела к тому, что системы объемного звучания стали обычны во многих частных домах. Однако проблема с обычными системами объемного звучания состоит в том, что они требуют большое число отдельных динамиков, расположенных в конкретных местах.

Например, обычная система объемного звучания Dolby 5.1 требует правого и левого задних динамиков, а также переднего центрального, правого и левого динамиков. Кроме того, может использоваться низкочастотный сабвуфер.

Большое число динамиков не только увеличивает стоимость, но также приводит к уменьшению практичности и повышенному неудобству для пользователей. В частности, как правило, считается недостатком, что громкоговорители необходимы в конкретных местах впереди, также как и позади слушателей. Задние громкоговорители особенно проблематичны из-за необходимости элекропроводки и физического воздействия, которое они оказывают на интерьер помещения.

Для уменьшения этой проблемы было предпринято исследование с целью получения наборов динамиков, пригодных для репродукции или эмуляции систем объемного звучания, но с использованием меньшего числа положений динамиков. Такие наборы динамиков используют направленное звуковое излучение для направления звука в направлениях, в результате чего оно будет достигать пользователя через отражения от объектов в звуковой среде. Например, аудиосигналы могут быть направлены так, чтобы они достигли слушателя через отражения от боковых стен, таким образом, обеспечивая впечатление для пользователя, что звук возникает в стороне (или даже сзади) от слушателя.

Однако, такие подходы обеспечения виртуальных источников звука, как правило, менее надежны, чем реальные источники, расположенные позади слушателя и, как правило, обеспечивают пониженное качество звука и ухудшенные пространственные ощущения. Действительно, часто бывает трудно точно направить аудиосигналы для обеспечения необходимого отражения, при котором достигается необходимое виртуальное положение источника звука. Кроме того, аудиосигналы, предназначенные для получения из-за спины пользователя также, как правило, достигают пользователя через прямые пути или альтернативные непредусмотренные пути, таким образом, ухудшая пространственные ощущения.

Действительно, было установлено, что одно из самых больших предпочтений потребителей, например, систем домашнего кинотеатра и объемного звучания является получение убедительных объемных ощущений с помощью как можно меньшего количества и размера блоков громкоговорителей. Предпочтительно, потребители хотели бы иметь сильные ощущения погружения, используя только одну компактную систему. Для учета таких предпочтений были разработаны размещения громкоговорителя, в которых множество пространственных каналов может генерироваться из одного блока громкоговорителя. Это обычно достигается тем, что блок громкоговорителя содержит множество возбудителей динамиков, которые индивидуально возбуждаются с различными весовыми коэффициентами для каждого возбудителя динамика. Это позволяет сформировать направленные аудио лучи и может, например, использоваться для направления каналов объемного звука в сторону так, чтобы они достигали положения для прослушивания сбоку или сзади из-за отражения от стен.

Однако, хотя такие подходы зачастую способны создать приятное широкое пространственное звучание, они имеют тенденцию быть недостаточно оптимальными в обеспечении пространственного объемного звучания. Например, они, как правило, зависят от конкретной аудиосреды и, например, присутствия подходящих стен для отражения звука. Как следствие, такие системы могут в некоторых случаях иметь тенденцию не обеспечивать точное и высоко реалистичное впечатление от звука, достигающего слушателя сзади.

Поэтому, как правило, имеет место то, что для получения оптимальных пространственных ощущений пользователя, обычно необходимо использование громкоговорителей, расположенных сбоку или позади пользователя. Однако тогда как улучшенные результаты работы зачастую могут быть достигнуты путем расположения акустических колонок объемного звучания, например, сбоку или позади положения для прослушивания, такие динамики считаются, как правило, нежелательными. Поэтому желательно, чтобы динамики, например системы объемного звучания, были как можно меньше, и это, например, привело к типичному расположению относительно небольших, пространственных (сателлитных) динамиков в сочетании с одним сабвуфером. Однако, такой подход, как правило, не обеспечивает оптимальное качество звука. Кроме того, пространственные ощущения имеет тенденцию к ухудшению, так как присутствие сабвуфера имеет тенденцию затенять или путать пространственные сигналы-вставки, воспринимаемые слушателем. Кроме того, чтобы обеспечить приемлемое качество звука и пространственные ощущения, переходная частота между сабвуфером и пространственными динамиками должна быть относительно низкой. Это приводит к тому, что пространственные динамики должны быть определенного размера для обеспечения приемлемого качества звука и звукового давления на более низких частотах.

Следовательно, была бы полезна улучшенная акустическая система и, в частности, была бы полезна система, которая позволит облегченную реализацию, облегченную установку, уменьшенное количество и/или размер динамиков, улучшенные пространственные ощущения, улучшенное качество звука и/или улучшенные результаты работы.

Сущность изобретения

Соответственно, изобретение стремится предпочтительно смягчить, улучшить или исключить один или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.

Согласно аспекту изобретения предлагается акустическая система, содержащая: первый динамик, выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на первый сигнал возбуждения, причем первый динамик выполнен с возможностью воспроизводить звук, который должен достигнуть положения для прослушивания; второй динамик, выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на второй сигнал возбуждения; возбуждающую схему, содержащую: приемник для приема аудиосигнала для воспроизведения, первую схему возбуждения для генерации первого сигнала возбуждения в ответ на первую фильтрацию аудиосигнала, причем первая фильтрация имеет первую полосу пропускания, вторую схему возбуждения для генерации второго сигнала возбуждения в ответ на вторую фильтрацию аудиосигнала, причем вторая фильтрация имеет вторую полосу пропускания, при этом вторая полоса пропускания содержит полосу частот ниже первой полосы частот; задержку для задержки второго сигнала возбуждения относительно первого сигнала возбуждения; и при этом акустическая система выполнена с возможностью направленно излучать звук от второго динамика с направленной диаграммой излучения, имеющей провал по направлению к положению для прослушивания.

Изобретатели поняли конкретные характеристики человеческого восприятия направления аудиосигналов, которые могут использоваться для обеспечения акустической системы, позволяющей улучшенную аудио производительность с использованием динамиков меньшего размера и/или меньшего их числа. В частности, точная пространственная локализация источника звука может быть достигнута с использованием очень маленького динамика, при этом одновременно обеспечивая качество звука, которое не ограничено характеристиками очень маленького динамика.

В частности, во многих вариантах воплощения направленные сигналы-вставки, обеспеченные для пользователя, могут зависеть от пространственного положения первого динамика, при этом позволяя обеспечивать значительную часть качества звука с помощью второго динамика. Система стремится сконцентрировать значительные пространственные сигналы-вставки для человека в первом динамике, при этом обеспечивая сигналы-вставки значительного качества звука от второго динамика.

В частности, система может использовать психоакустическое явление, известное как так называемый "эффект предшествования" (или эффект Хааса) в сочетании с увеличенным рассеянным аудио восприятием звука от второго динамика для концентрации пространственных сигналов-вставок в первом динамике.

Эффект предшествования представляет собой явление, что когда тот же самый звуковой сигнал принимается из двух источников в различных положениях и с достаточно малой задержкой, то звук воспринимается как приходящий только с направления источника звука, который является опережающим, то есть первого поступающего сигнала. Таким образом, психоакустическое явление использует тот факт, что человеческий мозг получает большинство пространственных сигналов-вставок из первых принятых компонентов сигнала. Изобретатели поняли, что эффект предшествования может также использоваться для случаев, когда различные динамики не излучают один и тот же сигнал, но излучают различные полосы (диапазоны) частот того же самого сигнала.

Использование направленного низкочастотного звука увеличивает силу эффекта предшествования и позволяет значительно увеличить относительный вес второго динамика, сохраняя желаемое пространственное восприятие. Например, это может позволить второму динамику покрывать больший частотный диапазон и/или использоваться на более высоких относительных уровнях громкости, таким образом, обеспечивая улучшенное качество звука. Уменьшенный частотный диапазон, который должен быть покрыт первым динамиком, может позволить существенное уменьшение размера и мощности. Первый динамик может, например, быть очень маленьким высокочастотным громкоговорителем.

Первый и/или второй динамик может содержать множество элементов динамиков или возбудителей.

Система может, например, позволить очень маленькие задние громкоговорители в установке объемного звука, при этом обеспечивая высокое качество звука и точные пространственные ощущения.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, угол между направлением от положения для прослушивания на первый динамик и направлением от положения для прослушивания на второй динамик составляет не менее 60 градусов.

Изобретение может воспроизводить аудио, используя два различных громкоговорителя, при этом требуя, чтобы только один громкоговоритель был размещен для обеспечения требуемых пространственных сигналов-вставок. Таким образом, изобретение во многих вариантах воплощения может позволить высокую степень гибкости в расположении акустических колонок и может, в частности, позволить этим двум динамикам быть расположенными в существенно различных направлениях от положения для прослушивания, при этом позволяя сделать так, чтобы воспринимался один источник звука.

В некоторых вариантах воплощения угол может преимущественно составлять не менее 90 градусов.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, аудиосигнал является сигналом канала объемного звучания многоканального аудиосигнала объемного звука и первый динамик выполнен так, что звук от первого динамика достигает положения для прослушивания с нефронтального направления.

Изобретение может обеспечить выгодную акустическую систему для канала объемного звучания системы объемного звучания и может, в частности, позволить точное пространственное объемное воспроизведение, при этом требуя, чтобы только очень маленькие динамики были расположены для обеспечения необходимых пространственных сигналов-вставок.

Нефронтальное направление может специально быть направлением, которое не менее чем на 60 градусов смещено относительно направления от положения для прослушивания до центрального переднего положения установки системы объемного звучания.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, первый динамик является частью системы объемного звучания и расположен вне интервала угла переднего направления для системы объемного звучания, интервал переднего направления включает в себя углы, смещенные менее чем на 60 градусов относительно направления от положения для прослушивания до звукового источника центрального канала объемного звука.

Изобретение может обеспечить выгодную акустическую систему для канала объемного звучания системы объемного звучания и может, в частности, позволить точное пространственное объемное воспроизведение и высокое качество звука, при этом требуя, чтобы только очень маленькие динамики были расположены для обеспечения необходимых пространственных сигналов-вставок.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, интенсивность звука от второго динамика в направлении положения для прослушивания не менее чем на 10 дБ меньше максимальной интенсивности звука от второго динамика.

Это может обеспечить выгодный эффект и может, в частности, обеспечить подходящее затухание прямого пути для второго динамика, чтобы соответственно улучшить эффект предшествования. В некоторых вариантах воплощения интенсивность может преимущественно быть не менее чем на 20 дБ ниже максимальной интенсивности.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, первая полоса пропускания имеет нижнюю 3 дБ частоту среза, которая находится в частотном диапазоне от 400 Гц до 1 кГц.

Это может во многих вариантах воплощения обеспечить улучшенные результаты работы. В частности, может быть достигнут выгодный компромисс между качеством звука и пространственным восприятием. В некоторых вариантах воплощения нижняя 3 дБ частота среза может полезно составлять не менее чем 600 Гц, 700 Гц или 800 Гц.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, первая полоса пропускания имеет нижнюю 3 дБ частоту среза не более 1000 Гц. Это может позволить улучшенный эффект предшествования и снизить риск, что первый динамик не обеспечит достаточно сигнала для обеспечения необходимых пространственных сигналов-вставок.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, вторая полоса пропускания имеет верхнюю 3 дБ частоту среза не менее 500 Гц.

Это может во многих вариантах воплощения обеспечить улучшенные результаты работы. В частности, может быть достигнут выгодный компромисс между качеством звука и пространственным восприятием. В некоторых вариантах воплощения верхняя 3 дБ частота среза может полезно составлять не менее чем 600 Гц, 700 Гц или 800 Гц.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, вторая полоса пропускания имеет верхнюю 3 дБ частоту среза не более 1000 Гц. Это может позволить улучшенный эффект предшествования и снизить риск, что первый динамик не обеспечит достаточно сигнала для обеспечения необходимых пространственных сигналов-вставок.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, частота равного усиления для первой полосы пропускания и второй полосы пропускания принадлежит частотному диапазону от 400 Гц до 1 кГц.

Это может во многих вариантах воплощения обеспечить улучшенные результаты работы. В частности, может быть достигнут выгодный компромисс между качеством звука и пространственным восприятием. В некоторых вариантах воплощения особенно выгодные результаты работы найдены для частоты равного усиления, находящейся в диапазоне от 700 Гц до 900 Гц.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, первая фильтрация является фильтрацией высоких частот, и вторая фильтрация является фильтрацией низких частот.

Это может обеспечить особенно выгодную производительность и/или может облегчить реализацию.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, задержка предназначена для задержки второго сигнала возбуждения относительно первого сигнала возбуждения на не более чем 40 мс больше, чем разность задержки пути передачи между путем передачи от первого динамика к положению для прослушивания и прямым путем от второго динамика к положению для прослушивания.

Это может обеспечить улучшенные результаты работы и может, в частности, обеспечить воспроизведенный аудиосигнал, который в значительной степени воспринимается как один источник в направлении первого динамика. Таким образом, это может позволить первому и второму динамикам выступать в качестве одного громкоговорителя, расположенного в направлении, с которого принят звук от первого динамика. Эта особенность может позволить достичь особенно устойчивый эффект предшествования. В некоторых вариантах воплощения улучшенные результаты работы могут быть достигнуты для соответствующей относительной задержки менее 16 мс или даже менее 5 мс.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, первый динамик содержит параметрический динамик.

Это может обеспечить особенно сильные пространственные ощущения во многих вариантах воплощения и может позволить реализацию очень миниатюрного форм-фактора первого динамика.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, второй динамик содержит множество возбудителей звука, и вторая возбуждающая схема устроена для генерации второго сигнала возбуждения как сигналов с индивидуальным смещением фазы для множества возбудителей звука для обеспечения направленной диаграммы излучения.

Это может обеспечить особенно выгодную реализацию и работу. В частности, это может позволить низкую сложность и очень эффективный подход к ослаблению прямого пути для низких частот, таким образом, усиливая эффект предшествования. Фазовые смещения могут быть фиксированными и статичными или могут быть динамически обновляемыми. Таким образом, множество возбудителей звука может обеспечить фиксированный направленный луч или может обеспечить динамически управляемый луч.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, первый динамик интегрирован в аудиовизуальное устройство воспроизведения, тогда как второй динамик находится на удалении от аудиовизуального устройства воспроизведения.

Это может обеспечить особенно желаемый опыт пользователя во многих условиях. Это может, например, позволить систему, в которой ограниченное форм-фактором устройство может обеспечить аудио, которое пространственно воспринимается как исходящее от устройства, не требуя, чтобы качество звука было ограничено физическими размерами устройства.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, акустическая система дополнительно содержит: оценщик для динамической генерации оценки направления для направления от второго динамика к положению для прослушивания; и контроллер для модификации направленной диаграммы излучения для обеспечения провала в предполагаемом направлении.

Это может обеспечить улучшенные результаты работы во многих случаях и может обеспечить увеличенную гибкость и адаптацию системы к конкретной среде.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения, акустическая система дополнительно содержит: пользовательский ввод для приема указания направления от пользователя; и контроллер для модификации направленной диаграммы излучения для обеспечения провала в направлении, указанном с помощью указания направления.

Это может обеспечить улучшенные результаты работы во многих случаях и может обеспечить увеличенную гибкость и настройку системы к конкретной среде.

Согласно аспекту изобретения обеспечен способ работы акустической системы, включающий в себя первый динамик, выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на первый сигнал возбуждения, причем первый динамик выполнен с возможностью воспроизведения звука, который должен достигать положения для прослушивания; второй динамик, выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на второй сигнал возбуждения; при этом способ содержит: прием аудиосигнала для воспроизведения, генерацию первого сигнала возбуждения в ответ на первую фильтрацию аудиосигнала, причем первая фильтрация имеет первую полосу пропускания, генерацию второго сигнала возбуждения в ответ на вторую фильтрацию аудиосигнала, причем вторая фильтрация имеет вторую полосу пропускания, при этом вторая полоса пропускания содержит полосу частот ниже первой полосы частот; задержку второго сигнала возбуждения относительно первого сигнала возбуждения; и при этом звук от второго динамика направленно излучают с направленной диаграммой излучения, имеющей провал по направлению к положению для прослушивания.

Эти и другие аспекты, особенности и преимущества изобретения будут очевидны из и объяснены со ссылкой на вариант(ы) воплощения, описанные ниже.

Краткое описание чертежей

Варианты воплощения изобретения будут описаны только в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых

фиг. 1 изображает акустическую систему в обычной пятиканальной системе объемного звучания;

фиг. 2 изображает пример элементов акустической системы в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения;

фиг. 3 изображает пример элементов направленного громкоговорителя;

фиг. 4 изображает пример диаграммы звукового излучения для направленного громкоговорителя;

фиг. 5 изображает пример элементов акустической системы в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения;

фиг. 6 изображает пример элементов акустической системы в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения; и

фиг. 7 изображает пример элементов акустической системы в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.

Подробное описание некоторых вариантов воплощения изобретения

Следующее описание фокусируется на вариантах воплощения изобретения, применимых к системе объемного звучания и, в частности, к системе с пятью пространственными каналами. Однако следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается этим применением, а может быть применено ко многим другим системам аудио воспроизведения, в том числе, например, к одноканальной аудио системе.

Фиг. 1 изображает акустическую систему в обычной пятиканальной системе объемного звучания, такой как система домашнего кинотеатра. Система состоит из центрального динамика 101, обеспечивающим центральный передний канал, левого переднего динамика 103, обеспечивающий левый передний канал, правого переднего динамика 105, обеспечивающего правый передний канал, левого заднего динамика 107, обеспечивающего левый задний канал, и правого заднего динамика 109, обеспечивающего правый задний канал. Эти пять акустических колонок 101-109 вместе обеспечивают пространственное звучание в положении 111 для прослушивания и позволяют слушателю в этом местоположении испытывать ощущения объемности и погружения. Во многих системах домашнего кинотеатра система может дополнительно включать в себя сабвуфер для канала низкочастотных эффектов (LFE).

Потребность в большом количестве громкоговорителей и в том, чтобы они были расположены сбоку или позади положения для прослушивания, как правило, считается потребителями неудобной.

Это особенно невыгодно для таких продуктов, как системы домашнего кинотеатра, которые должны иметь широкую популярность и применение в окружении, которое не оптимизировано или специально предназначено для обеспечения звучания.

Это дополнительно усугубляется компромиссными решениями между качеством звука и размером и т.д. акустических колонок. Действительно, желательно, чтобы динамики объемного звучания были маленькими, так чтобы они могли быть раздельными и незаметными. Однако чтобы обеспечить подходящее качество звука и уровень звукового давления, особенно на более низких частотах, обычные динамики объемного звучания, как правило, ограничены в том, насколько маленькими они могут быть.

Ниже будут описаны подходы, которые позволяют обеспечить звуковое воспроизведение для аудиосигнала по меньшей мере двумя динамиками, где один динамик имеет важное значение в обеспечении пространственных сигналов-вставок, тогда как другой динамик имеет важное значение в обеспечении качества низкочастотного звука. Во многих вариантах воплощения очень маленький динамик высокой частоты может доминировать в пространственном восприятии, тогда как большой динамик низкой частоты может доминировать в качестве низкочастотного звука. Таким образом, система может позволить расположение только очень маленького динамика, определяющего пространственное положение, без ограничения качества звука тем, что может быть достигнуто от такого маленького громкоговорителя. Такой подход может, например, быть полезным для каналов объемного звучания системы объемного звучания, таких как каналы объемного звучания фиг. 1.

Фиг. 2 изображает пример акустической системы в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения.

Акустическая система содержит схему 201 возбуждения, которая принимает (моно) аудиосигнал и воспроизводит его с помощью двух акустических колонок 203, 205. Аудиосигнал может, например, представлять собой канал многоканального сигнала, такой как задний канал объемного звучания системы объемного звучания.

В данном примере первый динамик 203 является небольшим высокочастотным громкоговорителем, таким как, например, высокочастотный динамик, и будет впредь называться высокочастотным громкоговорителем 203. Второй динамик 205 является большим динамиком низкой частоты, который будет впредь называться низкочастотным динамиком 205. Высокочастотный громкоговоритель 203 предназначен для воспроизведения звука так, что он достигает положения для прослушивания преимущественно с данного направления. Таким образом, высокочастотный громкоговоритель 203 предназначен для обеспечения сигнала, который имеет пространственные сигналы-вставки, соответствующие звуку, поступающему с данного направления.

Следует иметь в виду, что каждая из акустических колонок 203, 205 может быть реализована с помощью множества блоков динамиков и может, например, включать в себя пассивные излучатели звука, такие как порт фазоинвертора или пассивный блок динамика.

Схема 201 возбуждения содержит приемник 207, который принимает аудиосигнал от соответствующего внутреннего или внешнего источника. Например, аудиосигнал может приниматься от декодера объемного звука. Аудиосигнал является электрическим сигналом, и он может быть предоставлен как аналоговый или цифровой, непрерывный во времени или дискретный во времени (дискретизированный) сигнал.

Приемник 207 соединен с первой возбуждающей схемой, впредь называемой высокочастотной схемой 209 возбуждения, которая далее соединяется с высокочастотным громкоговорителем 203. Высокочастотная схема 209 возбуждения предназначена для генерирования первого сигнала возбуждения для высокочастотного громкоговорителя 203 из аудиосигнала. Высокочастотная схема 209 возбуждения может включать в себя фильтрацию как часть процесса, так что только часть спектра частот аудиосигнала подается на высокочастотный громкоговоритель 203. Во многих вариантах воплощения фильтрация является фильтрацией высоких частот, имеющей полосу пропускания, покрывающую частоты выше данной частоты среза, такой как, например, 3 дБ частота среза. Однако следует иметь в виду, что в других вариантах воплощения высокочастотная схема 209 возбуждения может эффективно обеспечить полосовую фильтрацию, например, путем ослабления очень высоких частот (например, частот выше диапазона звуковых частот).

Таким образом, высокочастотная схема 201 возбуждения возбуждает высокочастотный громкоговоритель 203 для воспроизведения высоких частот аудиосигнала. Генерируемый сигнал содержит сильные пространственные сигналы-вставки, и, таким образом, очень маленький динамик может обеспечить сильные пространственные ощущения.

Следует иметь в виду, что высокочастотная схема 209 возбуждения может дополнительно содержать другие функции обработки сигналов, такие как, например, усиление, цифро-аналоговое преобразование и т.д. Высокочастотная схема 209 возбуждения может быть реализована в любой подходящей форме, в том числе, например, в форме цифровых сигнальных процессоров, аналоговых схем усиления и т.д. Как правило, высокочастотная схема 209 возбуждения будет содержать комбинацию функций цифровой обработки сигналов (например, исполняемый код, выполняемый на подходящей платформе обработки, такой как, например, цифровой сигнальный процессор) и функций аналоговой обработки (например, аналоговый аудио усилитель мощности). Однако следует иметь в виду, что высокочастотная схема 209 возбуждения может быть целиком реализована как исполняемый код (например, использующий цифровой интерфейс для первого динамика 203) или как аналоговая схема.

Приемник 207 дополнительно соединен со второй схемой 211 возбуждения через задержку 213. Вторая схема 211 возбуждения далее называется низкочастотной схемой 211 возбуждения, она предназначена для генерирования второго сигнала возбуждения для низкочастотного громкоговорителя 205 из аудиосигнала. Низкочастотная схема 211 возбуждения может включать в себя фильтрацию как часть процесса, так что только часть спектра частот аудиосигнала подается на низкочастотный громкоговоритель 205. Во многих вариантах воплощения фильтрация является фильтрацией низких частот, имеющей полосу пропускания, покрывающую частоты ниже данной частоты среза, такой как, например, 3 дБ частота среза. Однако следует иметь в виду, что в других вариантах воплощения низкочастотная схема 211 возбуждения может эффективно обеспечить полосовую фильтрацию, например, путем ослабления очень низких частот (например, частот ниже диапазона звуковых частот).

Следует иметь в виду, что низкочастотная схема 211 возбуждения может дополнительно содержать другие функции обработки сигналов, такие как, например, усиление, цифро-аналоговое преобразование и т.д. Низкочастотная схема 211 возбуждения может быть реализована в любой подходящей форме, в том числе, например, в форме цифровых сигнальных процессоров, аналоговых схем усиления и т.д. Как правило, низкочастотная схема 211 возбуждения будет содержать комбинацию функций цифровой обработки сигналов (например, исполняемый код, выполняемый на подходящей платформе обработки, такой как, например, цифровой сигнальный процессор) и функций аналоговой обработки (например, аналоговый аудио усилитель мощности). Однако следует иметь в виду, что низкочастотная схема 211 возбуждения может быть целиком реализована как исполняемый код (например, использующий цифровой интерфейс для второго динамика 205) или как аналоговая схема.

Полоса пропускания для низкочастотной схемы 211 возбуждения будет включать в себя по меньшей мере один интервал частот, который находится ниже полосы пропускания высокочастотной схемы 209 возбуждения. Во многих вариантах воплощения полосы пропускания могут дополнять друг друга, с низкочастотной схемой 211 возбуждения, покрывающей низкие частоты, и полосой пропускания высокочастотной схемы 209 возбуждения, покрывающей высокие частоты. Например, фильтрация схем 209, 211 возбуждения может быть такой, что низкочастотная схема 211 возбуждения имеет более высокое усиление для частот ниже данной частоты среза, тогда как высокочастотная схема 209 возбуждения имеет более высокое усиление для частот выше частоты среза (усиление может, например, быть скомпенсировано для различий в эффективности первого и второго громкоговорителей 203, 205).

В некоторых вариантах воплощения полоса пропускания низкочастотной схемы 211 возбуждения может перекрывать полосу пропускания для высокочастотной схемы 209 возбуждения, но она все равно будет включать в себя по меньшей мере один частотный диапазон, который не включен в эту более высокую полосу пропускания.

Таким образом, акустическая система использует два громкоговорителя, сконструированные воспроизводить звук, обеспечиваемый маленьким высокочастотным громкоговорителем 203 и большим низкочастотным громкоговорителем 205. Однако подход дополнительно использует технические приемы, чтобы гарантировать, что высокочастотный громкоговоритель 203 обеспечивает намного более сильные и обычно доминирующие направленные сигналы-вставки, чем низкочастотный громкоговоритель 205.

В частности, задержка 213 вводится для задержки низкочастотного сигнала возбуждения относительно высокочастотного сигнала возбуждения. Задержка устанавливается равным значению, для которого достигается эффект предшествования так, чтобы высокочастотный громкоговоритель 203 доминировал в обеспечении пространственного восприятия. Этот эффект предшествования (или Хааза) возникает, когда два громкоговорителя излучают один и тот же сигнал, но при этом один сигнал принимается с небольшой задержкой относительно другого. Эффект, как правило, возникает для относительной задержки в диапазоне приблизительно от 1 мс до верхнего предела в, как правило, 5-40 мс. В такой ситуации звук воспринимается приходящим с направления громкоговорителя без задержки. Изобретатели поняли, что этот эффект не ограничивается только ситуациями, где один и тот же сигнал излучается этими двумя громкоговорителями, но также может быть достигнут для систем, в которых различные громкоговорители излучают различные частотные диапазоны одного и того же аудиосигнала. Например, когда один громкоговоритель воспроизводит все частоты ниже некоторой разделяющей частоты, а другой громкоговоритель воспроизводит все частоты выше разделяющей частоты.

Излучение звука от низкочастотного громкоговорителя 205 является, кроме того, направленным звуковым излучением с направленной диаграммой излучения, имеющей провал в направлении положения для прослушивания 111. Положение для прослушивания может быть номинальным, виртуальным или предполагаемым положением для прослушивания. Провал соответствует уменьшенной интенсивности звука, излучаемого по направлению к положению 111 для прослушивания, и, таким образом, низкочастотный звук будет, как правило, достигать положения для прослушивания через непрямые пути (такие как отражения от стен и потолков) и, соответственно, обеспечивать более рассеянный звук для слушателя.

Такой рассеянный звук приводит к уменьшению сигналов-вставок пространственного восприятия и, соответственно, работает с эффектом предшествования на уменьшение пространственного восприятия низкочастотного громкоговорителя 205 относительно высокочастотного громкоговорителя 203. В частности, было обнаружено, что эти два эффекта комбинируются и обеспечивают пространственное восприятие, в котором доминирует звук от высокочастотного громкоговорителя 203, даже если относительно большие доли звука в целом производятся низкочастотным громкоговорителем 205. Таким образом, достигается система, в которой небольшая высокочастотный динамик доминирует в пространственном восприятии, при этом позволяя обеспечить улучшенное качество звука при низких частотах из-за использования большой низкочастотного динамика, который может быть расположен относительно свободно.

Изобретатели, в частности, установили, что устойчивость психоакустического восприятия предшествования (то есть степень, до которой кажется, что весь звук исходит от местоположения высокочастотного звука) зависит от нескольких параметров системы, наиболее сильно от баланса уровня громкости между этими двумя громкоговорителями и разделяющей частоты между ними. Например, если уровень громкости низкочастотного громкоговорителя установлен слишком большим, становится заметно, что нижние средние частоты исходят от этого динамика. Таким образом, в этом случае воспринимаются два отдельных источника, что является нежелательным. Точно так же, когда разделяющая частота установлена слишком высоко, происходит тот же самый эффект.

В текущем подходе вместо использования одного обычного громкоговорителя (который является существенно всенаправленным) для низких частот, используется громкоговоритель с направленной диаграммой излучения, имеющей провал (и, в частности, 'нуль') в направлении положения (111) для прослушивания. Как следствие, минимизируется количество прямого звука от низкочастотного громкоговорителя 205, достигающее слушателя. Большая часть низкочастотного звука достигает слушателя косвенно, через отражения от стен. Это приводит к более рассеянному низкочастотному звуку, и, таким образом, направленное восприятие в значительной степени уменьшается. В частности, звук намного меньше воспринимается как исходящий из положения низкочастотного громкоговорителя 205. Это может быть достигнуто при сохранении такого же общего количества излучаемого низкочастотного звука.

По сути это означает, что с данным балансом уровня громкости между высокочастотным громкоговорителем 203 и низкочастотным громкоговорителем 205 устойчивость эффекта предшествования будет значительно выше. Это, например, позволяет для данной степени устойчивости эффекта увеличить уровень громкости низкочастотного звука, что приводит к более "полному" звучанию. Таким образом, пространственное восприятие, качество звука или и то и другое могут быть значительно улучшены путем взаимодействия эффекта предшествования и направленного низкочастотного звукового излучения.

Следует иметь в виду, что может использоваться любой подходящий способ обеспечения выхода направленного звука из низкочастотного громкоговорителя 205, без преуменьшения изобретения. Например, низкочастотный громкоговоритель 205 может использовать один блок динамика, сконструированный или смонтированный так, что он обладает характеристикой направленности.

В конкретном примере низкочастотный громкоговоритель 205 создан с использованием двух блоков возбудителей, которые возбуждаются с противоположными фазами, как изображено на фиг. 3. В области техники известно, что такая компоновка приводит к направленной диаграмме излучения, соответствующей диполю, как изображено на фиг. 4. Таким образом, эта компоновка обеспечивает нуль вдоль центральной оси 301 низкочастотного громкоговорителя 205. Низкочастотный громкоговоритель 205 может, соответственно, быть расположен так, что эта ось указывает в направлении положения 111 для прослушивания.

Следует иметь в виду, что провал может действительно быть нулем в направленной диаграмме излучения, обеспеченной низкочастотным громкоговорителем 205, но не обязан им быть. Следует также иметь в виду, что направление провала не обязательно должно строго совпадать с направлением на положение для прослушивания, а может быть просто в достаточной мере близко, чтобы провал обеспечивал подходящее затухание звука, излучаемого вдоль прямого пути от низкочастотного громкоговорителя 205 к положению 111 для прослушивания.

Действительно, провал может обеспечить подходящее затухание в направлении положения 111 для прослушивания относительно максимального усиления/интенсивности луча так, что звук от низкочастотного громкоговорителя 205 преимущественно принимается косвенно. Во многих вариантах воплощения компоновка может быть такой, что провал обеспечивает затухание излучаемого звука не менее чем на 10 дБ в направлении положения для прослушивания относительно направления максимальной интенсивности. В некоторых вариантах воплощения выгодные результаты работы могут быть достигнуты с помощью провала, обеспечивающего затухание по меньшей мере на 20 дБ.

В некоторых вариантах воплощения, используя множество возбудителей, как проиллюстрировано на фиг. 3, низкочастотный громкоговоритель 205 может быть повернут под углом к области 111 прослушивания, чтобы обеспечить повышенное затухание прямого пути. Однако в других вариантах воплощения фиксированное смещение фазы может быть применено к одному из возбудителей. Такие смещения фазы приводят к изменению угла нуля, и громкоговоритель может быть соответственно изменен для обеспечения повышенного затухания вдоль подходящего угла, который не перпендикулярен оси, вдоль которой расположены возбудители.

В зависимости от конкретных характеристик аудиосреды и конкретной ситуации, может быть выгодно иметь относительно узкий провал или относительно широкий провал. Однако во многих вариантах воплощения ширина провала может выгодно быть между 5 градусами и 90 градусами, измеренными для затухания в 10 дБ относительно максимальной интенсивности. Это может во многих случаях обеспечить выгодный компромисс между стремлением рассеять низкочастотный звук в аудиосреде и стремлением в достаточной мере ослабить прямой путь, не требуя точного совмещения между низкочастотным громкоговорителем 205 и положением 111 для прослушивания. Во многих вариантах воплощения угол может даже к большей выгоде быть между 20 градусами и 70 градусами.

Во многих вариантах воплощения передаточная функция низкочастотной схемы 211 возбуждения имеет характеристику передачи низких частот, и, таким образом, фильтрация низкочастотной схемы 211 возбуждения может соответствовать фильтрации низких частот. Аналогично, передаточная функция высокочастотной схемы 209 возбуждения может иметь характеристику передачи высоких частот, и, таким образом, фильтрация высокочастотной схемы 209 возбуждения может соответствовать фильтрации высоких частот.

Полоса пропускания низкочастотной схемы 211 возбуждения может, соответственно, быть полосой низких частот, а полоса пропускания высокочастотной схемы 209 возбуждения может быть полосой высоких частот. Эти две схемы 209, 211 возбуждения могут, таким образом, вместе представлять сигнал с низкочастотным громкоговорителем 205, воспроизводящим низкие частоты, и высокочастотным громкоговорителем 203, воспроизводящим высокие частоты. Эти две полосы пропускания могут иметь разделяющую частоту, которая может быть измерена как частота, для которой эти два пути (например, схем 209, 211 возбуждения, включая эффективность громкоговорителей 203, 205) идентичны. Эта разделяющая частота может, таким образом, рассматриваться как частота, при которой доминирующий динамик меняется между низкочастотным громкоговорителем 205 и высокочастотным громкоговорителем 203.

Во многих вариантах воплощения разделяющая частота выгодно находится в диапазоне частот между 400 Гц и 1 кГц. Как правило, это обеспечивает очень выгодный компромисс между требуемым размером высокочастотного громкоговорителя 203, качеством звука и пространственными ощущениями. В частности, для большинства сигналов это гарантирует, что достаточная часть сигнала воспроизводится высокочастотным громкоговорителем 203, таким образом, обеспечивая достаточные пространственные сигналы-вставки для эффекта предшествования, одновременно гарантируя, что достаточная часть сигнала воспроизводится низкочастотным громкоговорителем 205 так, что достигается высокое общее качество звука даже для очень маленького высокочастотного громкоговорителя 203.

Во многих случаях особенно выгодные компромиссы найдены для разделяющей частоты в частотном диапазоне 700 Гц-900 Гц и, в частности, особенно при 800 Гц. Было установлено, что во многих случаях это обеспечивает самое высокое соотношение звука, воспроизводимого низкочастотным громкоговорителем 205, не приводя к недопустимому ухудшению пространственных ощущений. Это может, таким образом, во многих случаях позволить особенно маленький высокочастотный громкоговоритель 203.

Следует иметь в виду, что в некоторых вариантах воплощения эти две полосы пропускания могут накладываться, и в таких случаях разделяющая частота может рассматриваться как любая частота в пределах перекрывающегося диапазона частот.

Кроме того, полосы пропускания могут характеризоваться их частотами среза. В частности, может быть определена верхняя (самая высокая частота) 3 дБ частота среза полосы пропускания для низкочастотной схемы 211 возбуждения. Аналогично, может быть определена нижняя (самая нижняя частота) 3 дБ частота среза полосы пропускания для высокочастотной схемы 209 возбуждения. Таким образом, верхняя 3 дБ частота среза может считаться самой высокой частотой, воспроизводимой низкочастотным громкоговорителем 205, а нижняя 3 дБ частота среза можно считать самой нижней частотой, воспроизводимой высокочастотным громкоговорителем 203. Следует иметь в виду, что эти две частоты среза не обязательно должны совпадать, и действительно верхняя 3 дБ частота среза для низкочастотного громкоговорителя 205 может быть выше или ниже, чем нижняя 3 дБ частота среза для высокочастотного громкоговорителя 203, в зависимости от параметров отдельного варианта воплощения (например, позволяющих перекрытие или промежуток между полосами пропускания).

Частоты среза находятся, к выгоде, в частотном диапазоне от 400 до 1 кГц, и даже более выгодно в частотном диапазоне 700-900 Гц. Как описано для диапазона разделяющей частоты, это может обеспечить особенно выгодный компромисс во многих вариантах воплощения.

В этом подходе задержка 213 устанавливается такой, что сигнал от высокочастотного громкоговорителя 203 принимается немного раньше, чем сигнал от низкочастотного громкоговорителя 205, таким образом, создавая эффект предшествования.

Чтобы достигнуть оптимального эффекта предшествования, задержка 213 может быть установлена с учетом конкретных свойств аудиосреды. В частности, может применяться задержка τ, которая включает в себя два компонента. Первый компонент τt₁ компенсирует разницу времени в пути из-за различных длин пути до ушей слушателя для звуковых волн, исходящих от высокочастотного громкоговорителя 203 и низкочастотного громкоговорителя 205, соответственно.

Применение этой задержки приводит к тому, что звук от высокочастотного громкоговорителя 203 и низкочастотного громкоговорителя 205 прибывает одновременно к ушам слушателя. В дополнение к этой компенсационной задержке, необходим дополнительный компонент τt₂ задержки для достижения эффекта предшествования. Полная задержка, применяемая с помощью задержки 213, таким образом, равна τ=τt₁+τt₂.

Значение τt₂ не очень критично, пока оно находится между, как правило, приблизительно 1 мс и верхним пределом эффекта предшествования, который зависит от типа сигнала.

Для самого критичного типа сигнала, коротких щелчков, верхний предел для τt₂ составляет 5 мс, и поэтому в некоторых случаях может быть выгодно выбирать задержку τt₂ в диапазоне 1-5 мс. Такая задержка может, например, использоваться в случаях, когда возможна тщательная настройка конфигурации, в которой задержка пути передачи хорошо известна и статична.

Однако нужное значение для компенсационной задержки τt₂ (задержка пути передачи) очень сильно зависит от геометрической планировки комнаты, размещения громкоговорителя и положения для прослушивания, и находится для типичных конфигураций в диапазоне от нескольких миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд (скажем, 3-30 мс). Это означает, что с малым значением τt₂ между 1-5 мс, полная необходимая задержка τ в значительной степени определяется точным значением τt₁, и необходимо тщательно установить значение τt₁ так, чтобы оно соответствовало фактической геометрической конфигурации.

В некоторых вариантах воплощения задержка 213 может, соответственно, быть задержкой, которая может быть изменена в зависимости от значения задержки пути передачи для пути передачи от высокочастотного громкоговорителя 203 к положению 111 для прослушивания. Значение задержки пути передачи для высокочастотного громкоговорителя 203 может быть сокращено на значение задержки пути передачи для пути передачи от низкочастотного громкоговорителя 205 к положению 111 для прослушивания, таким образом, образуя значение разности задержки пути передачи, которое используется для установки смещения для вариации пути.

Компенсация задержки пути передачи может быть выполнена пользователем вручную, например, путем ручной настройки относительной задержки пути передачи τt₁. Эта настройка может, например, быть основана на измерении пользователем двух физических длин пути, или путем ручного регулирования пользователем управления задержкой, пока не будет достигнут требуемый эффект.

В качестве другого примера, в положении 111 для прослушивания может быть размещен и соединен со схемой 201 возбуждения микрофон. Измерительный сигнал от микрофона может тогда использоваться для адаптации задержки 213 так, чтобы она компенсировала и разность задержки пути передачи и обеспечивала требуемый эффект предшествования. Например, процесс измерения расстояния может быть выполнен путем излучения калибровочных сигналов высокочастотным громкоговорителем 203 и низкочастотным громкоговорителем 205, соответственно.

Таким образом, в описанном примере система выполнена с возможностью вводить задержку, которая не более чем на 40 мс больше, чем разность задержки пути передачи между путем передачи от высокочастотного громкоговорителя 203 к положению 111 для прослушивания и путем от низкочастотного громкоговорителя 205 к положению 111 для прослушивания. Действительно, во многих вариантах воплощения задержка выгодно не более чем на 15 мс или даже 5 мс больше, чем эта разность задержки пути передачи. Действительно, это может быть достигнуто путем калибровки и адаптации системы, основанных на определении разности задержки пути передачи, и/или может быть достигнуто путем управления местоположения акустических колонок для конкретных характеристик комнаты.

Чтобы сделать систему менее чувствительной к фактической геометрической конфигурации, в некоторых вариантах воплощения может быть предпочтительно установить значение τt₂ относительно высоким. Преимущество во многих случаях этого подхода состоит в том, что в большинстве случаев тогда будет отсутствовать необходимость устанавливать задержку τt₁ согласно конкретной конфигурации, то есть одна и та же задержка будет пригодна для относительно больших вариаций в разности задержки пути передачи. Однако, так как τt₂ может быть установлено равным более чем 5 мс, эффект предшествования может работать не идеально для очень коротких сигналов, таких как короткие импульсы в ударной музыке.

Система фиг. 2 может специально использоваться для канала объемного звучания многоканального аудиосигнала объемного звука. Канал объемного звучания может специально быть боковым или задним каналом системы объемного звучания и может использоваться для обеспечения пространственных ощущений от бокового или заднего динамика. Таким образом, система может быть выполнена так, что звук от высокочастотного громкоговорителя 203 достигает положения (111) для прослушивания с нефронтального направления, то есть сбоку или сзади. Фронтальные направления могут быть всеми направлениями между передним левым и передним правым динамиками или могут более конкретно быть определены как углы менее 60 градусов относительно направления от положения для прослушивания до номинального положения переднего центрального канала (соответствующего направлению от положения для прослушивания на центральный динамик).

Например, подход на фиг. 2 может полезно использоваться для обеспечения одной из задних акустических колонок 107, 109 на фиг. 1.

Подход может, в частности, использоваться для расположения высокочастотного громкоговорителя 203 в требуемом положении канала объемного звучания, то есть в положении, соответствующем подходящему положению для источника звука канала объемного звучания. Это, к выгоде, может быть в нефронтальном направлении и, в частности, вне углового интервала фронального направления, составляющего менее 60 градусов, относительно направления от положения для прослушивания 111 к номинальному положению для центрального канала объемного звука (обычно соответствующего положению центрального динамика). Таким образом, высокочастотный громкоговоритель 203 располагается сбоку или позади пользователя, как требуется. Например, если система на фиг. 2 используется для замены заднего левого динамика 107 на фиг. 1, то высокочастотный громкоговоритель 203 помещается в месте заднего левого динамика.

Однако низкочастотный громкоговоритель 205 располагается не в том же место, что и высокочастотный громкоговоритель 203, а располагается на удалении от него. В частности, низкочастотный громкоговоритель 205 может быть расположен во фронтальном направлении (например, в пределах 60 градусов центрального направления). Пример такого расположения изображен на фиг. 5.

По сравнению с обычными системами объемного звучания этот подход имеет существенное преимущество, что задний динамик может быть очень маленьким. Малый форм-фактор может, в частности, быть достигнут за счет использования относительно высокой разделяющей частоты, скажем 800 Гц, которая намного выше чем то, что может быть достигнуто в обычных системах, основанных на сабвуфере.

Высокая разделяющая частота позволяет использовать незаметную, маломощную и, возможно, даже беспроводной динамик позади слушателя. Кроме того, использование направленного низкочастотного громкоговорителя 205 для излучения средне/низкочастотной части каналов объемного звучания обеспечивает очень убедительное восприятие полного диапазона заднего источника, а не металлический звук, обычно ассоциируемый с маленькими акустическими сателлитными динамиками.

Кроме того, поскольку положение низкочастотного громкоговорителя 205 не является критичным по отношению к воспринимаемому пространственному источнику канала объемного звучания, он может быть расположен относительно свободно. В частности, он часто может располагаться в том же месте, что и, например, соответствующий динамик передней стороны, например, передний левый динамик 103 в настоящем примере. Действительно, можно объединить низкочастотный громкоговоритель 205 с передним левым динамиком 103 так, что она воспроизводит и передний левый канал и нижне/среднечастотные компоненты заднего левого канала. Это может уменьшить стоимость и сократить количество/размер акустических колонок, необходимых для системы объемного звучания.

В некоторых вариантах воплощения высокочастотный громкоговоритель 203 может также быть расположен во фронтальном направлении. Например, как изображено на фиг. 6, высокочастотный громкоговоритель 203 может быть реализован как направленный динамик, звук от которой достигает положения для прослушивания 111 через отражения от стен. Такие подходы для обеспечения каналов объемного звучания были разработаны для того, чтобы обеспечить пространственные объемные ощущения от одной колонки громкоговорителя. Однако подход обеспечивает особенно подходящее взаимодействие в комбинации с подходом фиг. 2. В частности, подход фиг. 2 позволяет более высокую разделяющая частоту и, таким образом, позволяет более точное отражение сигнала для обеспечения пространственного восприятия. Действительно, отражаемый сигнал может быть ограничен более высокими частотами, которыми можно более точно управлять и отражать. Таким образом, достигаются улучшенные пространственные ощущения. Кроме того, динамики для таких отражательных систем обычно реализуются с использованием множества блоков возбудителей, которые индивидуально смещаются по фазе для обеспечения направленных аудио лучей в требуемом направлении. Тем не менее, эта функциональность может быть использована также для обеспечения необходимой направленности низкочастотного громкоговорителя 205. Таким образом, те же самые блоки возбудителей могут использоваться для обеспечения и направленного низкочастотного воспроизведения звука низкочастотного громкоговорителя 205 и направленного высокочастотного воспроизведения звука высокочастотного громкоговорителя 203.

В некоторых вариантах воплощения высокочастотный громкоговоритель 203 может находится в аудиовизуальном устройстве воспроизведения, тогда как низкочастотный громкоговоритель 205 может находиться вдали от аудиовизуального устройства воспроизведения. Аудиовизуальное устройство воспроизведения может быть любым устройством, способным воспроизводить аудиовизуальный материал и, в частности, материал со связанным аудио и видео.

Этот подход может, например, использоваться для интеграции высокочастотного громкоговорителя 203 с телевизором с плоским экраном, тогда как низкочастотный громкоговоритель 205 обеспечивается как отдельная колонка, которая может быть размещена более свободно, например, на полу сбоку от телевизора. Это может быть весьма полезным, поскольку телевизоры с плоским экраном характеризуется тем, что они очень плоские, и при наличии очень тонкой лицевой панели, таким образом, становится очень трудно интегрировать громкоговорители, которые способны воспроизводить полный спектр звука. В этом варианте использования описанный подход может использоваться для объединения небольшого высокочастотного динамика, интегрированного в телевизор, с отдельным свободно располагаемым нижне/среднечастотным громкоговорителем с диаграммой излучения, имеющей провал в направлении слушателя (например, дипольный динамик), и с подходящей задержкой, примененной к его сигналу. Это дает возможность восприятия звука полного спектра, исходящего от телевизора, в то время как в действительности оттуда исходят только высокие частоты.

В некоторых вариантах воплощения высокочастотный громкоговоритель 203 может содержать параметрический громкоговоритель в форме небольшой, узконаправленного ультразвукового динамика.

В частности, высокочастотный громкоговоритель 203 может содержать направленный ультразвуковой преобразователь, устроенный излучать ультразвук по направлению к поверхности, чтобы достигнуть положения для прослушивания через отражение по меньшей мере от этой поверхности. Например, в случае фиг. 6 высокочастотный громкоговоритель 203 может быть ультразвуковым преобразователем.

Результатом этого может быть, например, обеспечение улучшенного виртуального источника объемного звука, поскольку используется очень направленный ультразвуковой сигнал, а не обычный сигнал диапазона звуковых частот, которым невозможно управлять в той же степени. Подход может позволить снизить пространственную деградацию из-за непредусмотренных путей прохождения сигнала от направленного ультразвукового преобразователя до слушателя. Например, направленный ультразвуковой преобразователь может быть расположен спереди слушателя, но повернут от слушателя к стене для отражения. В этом случае существенно уменьшенное и часто незначительное количество звука будет восприниматься как исходящее из фактического положения направленного ультразвукового преобразователя. В частности, может быть достигнут намного более узкий и четко определенный аудио луч для создания виртуального объемного звука, таким образом, позволяя улучшенный контроль и генерацию улучшенных пространственных ощущений.

Действительно, такие ультразвуковые преобразователи имеют узконаправленный звуковой луч. В целом, направленность (узость) громкоговорителя зависит от размера громкоговорителя по сравнению с длинами волн. Слышимый звук имеет длины волны в пределах от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметром, и так как эти длины волн сопоставимы с размером большинства громкоговорителей, звук, как правило, распространяется по всем направлениям. Однако для ультразвукового преобразователя длина волны намного меньше, и, соответственно, можно создать источник звука, который намного больше, чем излучаемые длины волн, таким образом, это приводит к образованием очень узкого и очень направленного луча.

Таким очень направленным лучом можно управлять намного лучше, и в системе на фиг. 6 он может быть направлен к положению 111 для прослушивания через четко определенные отражения от стен комнаты. Отраженный звук достигает ушей, давая слушателю ощущение расположения источников звука в задней части комнаты. Аналогично, направляя луч ультразвука на боковую стену или потолок, можно создавать воспринимаемые источники звука сбоку или над слушателем, соответственно.

Таким образом, система на фиг. 6 использует ультразвуковой преобразователь, который имеет очень направленный звуковой луч как динамик объемного звучания, или его часть, который расположен спереди от положения 111 для прослушивания. Этот луч ультразвука может быть легко направлен на боковую или заднюю стену комнаты так, что отраженный звук будет достигать ушей слушателя для обеспечения ощущения размещения источников звука в задней части комнаты.

Ультразвуковые сигналы специально генерируются с помощью амплитудной модуляции ультразвукового несущего сигнала аудиосигналом канала объемного звучания. Этот модулированный сигнал затем излучается высокочастотным громкоговорителем 203. Ультразвуковой сигнал не воспринимается человеком непосредственно, но модулированный аудиосигнал может автоматически стать слышимым без необходимости в какой-либо специальной функциональности, приемнике или устройстве для прослушивания. В частности, любая нелинейность в пути звука от преобразователя до слушателя может действовать как демодулятор, таким образом, воссоздавая исходный аудиосигнал, который использовался для модуляции ультразвукового несущего сигнала. Такая нелинейность может иметь место автоматически в пути передачи. В частности, воздух как передающая среда изначально обладает нелинейной характеристикой, которая приводит к тому, что ультразвук становится слышимым. Таким образом, в примере нелинейные свойства самого воздуха вызывают аудио демодуляцию ультразвукового сигнала большой интенсивности. Таким образом, ультразвуковой сигнал может автоматически демодулироваться для обеспечения аудио звука для слушателя.

Примеры и дополнительное описание использования ультразвуковых преобразователей для аудио излучения могут, например, быть найдены в диссертации "Звук из ультразвука: параметрическая антенна как источник слышимого звука" Ф. Джозефа Помпеи (F. Joseph Pompei), 2002, Массачусетский технологический институт.

Использование ультразвукового излучения каналов объемного звучания обеспечивает очень узкий луч. Это позволяет лучше определять и управлять отражениями, и может, в частности, обеспечить более точное управление углом прибытия к положению для прослушивания. Таким образом, подход может позволить гораздо лучшее определение и управление виртуальным воспринимаемым положением источников объемного звука. Кроме того, использование ультразвукового сигнала может позволить воспринимать такое положение как более близкое к точечному источнику, то есть как менее размытое. Кроме того, узкий луч ультразвукового преобразователя уменьшает излучение звука вдоль других маршрутов и, в частности, уменьшает уровень любого звука, достигающего положения для прослушивания по прямому пути.

Соответственно, описанный подход, как правило, предусматривает восприятие пользователем в значительной степени лучше определенное виртуальное положение объемного звука. В частности, сигналы-вставки пространственного направления, обеспечиваемые для слушателя, являются существенно более точными и более однородными и непротиворечивыми с положением источника звука позади (или сбоку от слушателя).

В некоторых вариантах воплощения низкочастотный громкоговоритель 205 содержит множество возбудителей звука, и вторая схема 211 возбуждения выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения как сигналы с индивидуальными смещениями фаз для множества возбудителей звука для генерации аудио луча. Таким образом, в этом подходе низкочастотный громкоговоритель 205 может использовать множество возбудителей звука с индивидуальной настройкой фазы для обеспечения направленной диаграммы излучения. Пример малой сложности изображен на фиг. 3, где два возбудителя звука возбуждаются со сдвигом по фазе для обеспечения дипольной диаграммы излучения.

Другой пример изображен на фиг. 7. В этом примере низкочастотный громкоговоритель 205 содержит три блока 701 возбудителей, которые могут управляться индивидуально. Низкочастотная схема 211 возбуждения содержит общую возбуждающую схему, которая включает в себя общие функции, такие как функции фильтрации и усиления. Общий сигнал подается на формирователь 705 луча, который затем генерирует индивидуальные сигналы возбуждения для отдельных возбудителя 701 звука путем применения индивидуальных весовых коэффициентов для каждого возбудителя 701 звука. Весовые коэффициенты позволяют установить фазовое смещение и, возможно, усиление для сигнала возбуждения одного из возбудителей 701 звука независимо от других возбудителей 701 звука. Управляя весовыми коэффициентами для отдельных возбудителей 701 звука, можно управлять результирующей общей диаграммой направленности излучения для массива возбудителей 701 звука, как хорошо известно специалистам в области техники.

В некоторых вариантах воплощения формирователь 705 луча может обеспечивать фиксированное статическое формирование луча, но в примере на фиг. 7 система дополнительно содержит процессор 707, который управляет формированием луча формирователя 705 луча. Например, процессор 707 может обеспечивать необходимый угол нуля направленной диаграммы излучения к формирователю луча 705, который в ответ определяет соответствующие весовые коэффициенты.

В некоторых вариантах воплощения процессор 707 может быть устроен так, чтобы принимать от пользователя пользовательский ввод. Пользовательский ввод может специально указывать нужное направление, и формирователь 705 луча может затем приступить к направлению нуля в нужном направлении.

Таким образом, система может позволять пользователю вручную направлять провал к предпочтительному положению для прослушивания. Например, слушателя могут попросить регулировать ползунок или подобный элемент управления в пользовательском интерфейсе, пока он не почувствует самую сильную иллюзию или 'наилучший звук'. Таким образом, может быть достигнут очень простой подход для настройки системы под конкретную среду.

В некоторых вариантах воплощения процессор 707 может быть устроен так, чтобы динамически оценивать направление от низкочастотного громкоговорителя 205 к положению для прослушивания, и предполагаемое направление может подаваться на формирователь 705 луча для обеспечения провала в соответствующем направлении.

Следует иметь в виду, что специалист в области техники будет знать о различных подходах для оценки направления к точке в пространстве, и что может использоваться любой подходящий подход, не умаляя изобретение.

Такая система может быть особенно эффективной в отслеживании перемещения положения для прослушивания в случаях, когда предполагается, что это соответствует положению слушателя. Действительно, сила пространственной иллюзии зависит от направления провала на слушателя. Если слушатель перемещается из этого провала, иллюзия возникновения звука полного спектра из высокочастотного громкоговорителя 203 будет значительно снижена. Поэтому управление провалом на основании подхода с отслеживанием может позволить системе автоматически подстраиваться под положение пользователя.

В качестве конкретных примеров, определение направления может быть основано на ультразвуковом измерении дальности, инфракрасных датчиках, маркере радиочастотной идентификации (RFID) (когда слушатель будет носить RFID-метку на себе или встроенную в пульт дистанционного управления), или может выполняться на основании видео.

Следует иметь в виду, что вышеупомянутое описание для ясности описывало варианты воплощения изобретения со ссылкой на различные функциональных схемы, блоки и процессоры. Однако, очевидно, что может использоваться любое подходящее распределение функциональности между различными функциональными схемами, блоками или процессорами, не умаляя изобретение. Например, функциональность, которая изображена выполняемой отдельными процессорами или контроллерами, может выполняться одним и тем же процессором или контроллером. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы должны рассматриваться только как ссылки на подходящие средства для обеспечения описанной функциональности, а не свидетельство строгой логической или физической структуры или организации.

Изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратные средства, программное обеспечение, встроенное микропрограммное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение может опционально быть реализовано по меньшей мере частично как компьютерное программное обеспечение, исполняющееся на одном или более процессорах и/или цифровых сигнальных процессорах. Элементы и компоненты варианта воплощения изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. Действительно, функциональность может быть реализована в едином блоке, во множестве блоков или как часть других функциональных блоков. Как таковое, изобретение может быть реализовано в едином блоке или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.

Хотя настоящее изобретение было описано применительно к некоторым вариантам воплощения, оно не должно ограничиваться конкретной формой, изложенной здесь. Скорее объем настоящего изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя может казаться, что функциональная возможность описана применительно к определенным вариантам воплощения, специалисты в области техники поймут, что различные функциональные возможности описанных вариантов воплощения могут комбинироваться в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает присутствие других элементов или этапов.

Кроме того, хотя перечисляются индивидуально, множество средств, элементов, схем или этапов способа может быть реализовано например, одной схемой, блоком или процессором.

Кроме того, хотя отдельные функциональные возможности могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они могут, возможно, выгодно комбинироваться, и включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация функциональных возможностей не возможна и/или не выгодна. Также включение функциональной возможности в одной категории пунктов формулы изобретения не подразумевает ограничение этой категорией, а скорее указывает, что функциональная возможность одинаково применима к другим категориям пунктов формулы изобретения при необходимости.

Кроме того, порядок функциональных возможностей в пунктах формулы изобретения не подразумевает конкретного порядка, в котором должны работать функциональные возможности, и, в частности, порядок отдельных этапов в пунктах способа не подразумевает, что этапы должны выполняться в этом порядке. Скорее этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. Кроме того, упоминания в единственном числе не исключают множественное число. Таким образом, упоминания со словами "один", "первый", "второй" и т.д. не исключают множественное число. Ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения приводятся просто в качестве разъясняющего примера, и не должны толковаться как каким-либо образом ограничивающие объем формулы изобретения.

Группа изобретений относится к акустике, в частности к акустическим системам. Система содержит первый и второй параметрические громкоговорители, схему управления. Управляющая схема принимает аудиосигнал и содержит первую схему возбуждения, генерирующую первый сигнал возбуждения для первого динамика в ответ на первую фильтрацию аудиосигнала с первой полосой пропускания. Вторая схема возбуждения генерирует второй сигнал возбуждения для второго динамика в ответ на вторую фильтрацию, имеющую вторую полосу пропускания. При этом первый фильтр является фильтром высокой частоты, а второй фильтр - фильтром низкой частоты. Схема также содержит элемент задержки второго сигнала возбуждения. Звук от второго динамика направленно излучается с направленной диаграммой излучения, имеющей провал по направлению к положению для прослушивания. Устройство также содержит средство пользовательского ввода величины направления, схему оценки направления и контроллер для коррекции диаграммы направленности. Угол между направлением от положения для прослушивания к первому громкоговорителю и направлением от положения для прослушивания ко второму динамику составляет не менее 60 градусов. Технический результат - точное и высокореалистичное звуковоспроизведение. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Акустическая система, содержащая:
первый динамик (203), выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на первый сигнал возбуждения, причем первый динамик (203), выполненный с возможностью воспроизводить звук, который должен достигать положения (111) для прослушивания;
второй динамик (205), выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на второй сигнал возбуждения; возбуждающую схему (201), содержащую:
приемник (207) для приема аудиосигнала для воспроизведения,
первую схему (209) возбуждения для генерации первого сигнала возбуждения в ответ на первую фильтрацию аудиосигнала, причем первая фильтрация имеет первую полосу пропускания,
вторую схему (211) возбуждения для генерации второго сигнала возбуждения в ответ на вторую фильтрацию аудиосигнала, причем вторая фильтрация имеет вторую полосу пропускания, при этом вторая полоса пропускания содержит полосу частот ниже первой полосы частот;
задержку (213) для задержки второго сигнала возбуждения относительно первого сигнала возбуждения; и
при этом акустическая система выполнена с возможностью направленно излучать звук от второго динамика с направленной диаграммой излучения, имеющей провал в направлении положения (111) для прослушивания, а угол между направлением от положения (111) для прослушивания к первому динамику (201) и направлением от положения (111) для прослушивания ко второму динамику (205) составляет не менее 60 градусов.

2. Акустическая система по п. 1, в которой аудиосигнал является сигналом канала объемного звучания многоканального аудиосигнала объемного звука, и первый динамик (203) выполнен так, что звук от первого динамика (203) достигает положения (111) для прослушивания с нефронтального направления.

3. Акустическая система по п. 1, в которой первый динамик (203) является частью системы объемного звучания, и он расположен вне углового интервала переднего направления для системы объемного звучания, причем интервал переднего направления содержит углы, смещенные менее чем на 60 градусов относительно направления от положения для прослушивания до источника звука центрального канала объемного звука.

4. Акустическая система по п. 1, в которой интенсивность звука от второго динамика (205) в направлении положения для прослушивания не менее чем на 10 дБ меньше максимальной интенсивности звука от второго динамика.

5. Акустическая система по п. 1, в которой первая полоса пропускания имеет более низкую 3 дБ частоту среза, которая принадлежит диапазону частот от 400 Гц до 1 кГц.

6. Акустическая система по п. 1, в которой частота равного усиления для первой полосы пропускания и второй полосы пропускания принадлежит диапазону частот от 400 Гц до 1 кГц.

7. Акустическая система по п. 1, в которой первая фильтрация является фильтрацией высоких частот, и вторая фильтрация является фильтрацией низких частот.

8. Акустическая система по п. 1, в которой задержка (213) выполнена с возможностью задерживать второй сигнал возбуждения относительно первого сигнала возбуждения на не более чем 40 мс больше, чем разность задержки пути передачи между путем передачи от первого динамика (203) к положению (111) для прослушивания и прямым путем от второго динамика (205) к положению (111) для прослушивания.

9. Акустическая система по п. 1, в которой первый динамик (203) содержит параметрический динамик.

10. Акустическая система по п. 1, в которой второй динамик (205) содержит множество возбудителей (701) звука, и вторая схема (211) возбуждения выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения как сигналы с индивидуально смещенными фазами для множества возбудителей (701) звука, чтобы обеспечить направленную диаграмму излучения.

11. Акустическая система по п. 1, в которой первый динамик (203) интегрирован в аудиовизуальное устройство воспроизведения, тогда как второй динамик (205) удален от аудиовизуального устройства воспроизведения.

12. Акустическая система по п. 1, дополнительно содержащая:
оценщик (707) для динамической генерации оценки направления для направления от второго динамика (205) к положению (111) для прослушивания; и
контроллер (705) для модификации направленной диаграммы излучения для обеспечения провала в предполагаемом направлении.

13. Акустическая система по п. 1, дополнительно содержащая:
пользовательский ввод (707) для приема указания направления от пользователя; и
контроллер (705) для модификации направленной диаграммы излучения для обеспечения провала в направлении, указанном с помощью указания направления.

14. Способ работы акустической системы, включающий в себя:
первый динамик (203), выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на первый сигнал возбуждения, причем первый динамик (203) выполнен с возможностью воспроизводить звук, который должен достигать положения (111) для прослушивания;
второй динамик (205), выполненный с возможностью воспроизводить звук в ответ на второй сигнал возбуждения, при этом угол между направлением от положения (111) для прослушивания к первому динамику (201) и направлением от положения (111) для прослушивания ко второму динамику (205) составляет не менее 60 градусов; причем способ, содержит:
прием аудиосигнала для воспроизведения,
генерацию первого сигнала возбуждения в ответ на первую фильтрацию аудиосигнала, причем первая фильтрация имеет первую полосу пропускания,
генерацию второго сигнала возбуждения в ответ на вторую фильтрацию аудиосигнала, причем вторая фильтрация имеет вторую полосу пропускания, при этом вторая полоса пропускания содержит полосу частот ниже первой полосы частот;
задержку второго сигнала возбуждения относительно первого сигнала возбуждения; и при этом звук от второго динамика излучают с направленной диаграммой излучения, имеющей провал в направлении положения (111) для прослушивания.