СПОСОБ КОРРЕКЦИИ АУДИОСИГНАЛА Российский патент 2020 года по МПК H04R3/04 

[0001] Настоящее изобретение относится к коррекции аудиосигнала для улучшения звуковой точности акустического сигнала, воспроизводимого на основе этого аудиосигнала с использованием электроакустического преобразователя. Настоящее изобретение, в частности, относится к записи акустического сигнала в форме аудиосигнала и воспроизведения акустического сигнала из аудиосигнала посредством электромагнитных и магнитоэлектрических динамических электроакустических преобразователей.

[0002] Системы записи и воспроизведения звука до сих пор разрабатываются в результате научно-исследовательской деятельности, выполняемой в лабораториях крупными компаниями, а также маленькими фирмами из одного человека. Многие специалисты в данной области техники ведут постоянные исследования для разработки еще более улучшенных решений аудиосистем, дающих возможность все более точно сначала записывать первоначальный акустический сигнал (например, звук, происходящий из естественного источника звука, например, человеческий голос, звук классических музыкальных инструментов и т.п.) в виде аудиосигнала и затем воспроизводить из такого аудиосигнала акустический сигнал, который как только возможно точно отражает первоначальный акустический сигнал (в частности, также отражает естественный характер первоначального акустического сигнала, например, характер человеческого голоса или классических музыкальных инструментов и т.п.).

[0003] Для преобразования акустического давления (звука) в электрический сигнал (генерируемый, например, в микрофоне, звукоснимателе электрогитары и т.п.) и для преобразования электрического сигнала в акустический сигнал (генерируемый, например, в громкоговорителе, наушнике, гидрофоне и т.п.) используются электроакустические преобразователи.

[0004] Работа значительного большинства используемых в настоящее время электроакустических преобразователей основана на взаимодействии между проводником электричества (в значительной степени в форме катушки) и магнитным полем, окружающим проводник.

[0005] Что касается конструкции, такие электроакустические преобразователи могут быть разделены на электромагнитные преобразователи и магнитоэлектрические динамические преобразователи.

[0006] Амплитудно-частотная характеристика электроакустических преобразователей зависит от большого количества параметров, таких как, например, механическая конструкция, материалы, использованные для производства мембраны, геометрия размещения преобразователя в целом, дополнительно введенные резонансы или ослабления и т.п. Все эти параметры целенаправленно используются производителями электроакустических преобразователей и имеют критическое влияние на звук воспроизводимого акустического сигнала.

[0007] Обычно считается, что самым слабым (т.е., вносящим самые большие искажения) элементом аудиосистем является динамик (наушник). Таким образом, одно из главных направлений разработки аудиосистем относится к попыткам разработки такой модификации формы записанного акустического сигнала, которая компенсирует отрицательные, но неизбежные признаки электроакустического преобразователя (громкоговорителя), такие как, например, нелинейность, внутренние резонансы, собственные частоты, изменчивость параметров во времени и т.п.

[0008] Одним из таких решений является алгоритм, раскрытый в заявке на патент US2014064502.

[0009] Модификации формы аудиосигнала перед его передачей на усилитель, приводящий в действие громкоговоритель, могут быть реализованы в цифровой области посредством изменения содержания исходной записи или в аналоговой области посредством изменения формы аудиосигнала с помощью аналоговых фильтров.

[0010] Настоящее изобретение относится к алгоритму модификации первоначального аудиосигнала источника перед его передачей на усилитель, приводящий в действие электроакустический преобразователь (например, громкоговоритель), который может быть реализован и в цифровой области, и в аналоговой области.

[0011] Все магнитоэлектрические преобразователи и электромагнитные преобразователи, независимо от используемых в них конструктивных решений и материалов, работают на основе одних и тех же элементарных физических принципов.

[0012] Преобразователи электрического сигнала (электрического тока, текущего через катушку преобразователя) в движение мембраны преобразователя, т.е., в акустическое давление (например, в громкоговорителях и наушниках), работают таким образом, что электрический ток с интенсивностью тока I, изменяющейся таким образом, что она представляет акустический сигнал (то есть, электрический ток представляет собой аудиосигнал), течет через катушку, общая длина проводника которой равна L, причем катушка с фиксированием присоединена к мембране преобразователя и расположена в сильном магнитном поле магнитной индукции B. Поток электрического тока I индуцирует силу F, действующую на катушку (и, таким образом, также на мембрану) и имеющую величину, определяемую формулой: F=I x L x B. При экстремальном условии, если ток I имеет постоянную величину, то сила F также является постоянной, и, следовательно, смещение x мембраны преобразователя также является постоянным.

[0013] Если на электроакустический преобразователь от генератора G подается электрический ток I(t)=A sin(2π f t) с постоянной амплитудой A и переменной частотой f из диапазона 1 Гц - 30 кГц в аудиосистеме 1a, представленной на фиг. 1, то амплитуда смещений x мембраны определяется формулой: x(t,f)=a(f) sin(2π f t+ϕ(f)), в которой коэффициенты a(f) и ϕ(f) изменяются вместе с изменением частоты f.

[0014] Фиг. 2 представляет амплитудно-частотную характеристику x(t,f) (сплошная линия) иллюстративного серийно выпускаемого электроакустического преобразователя BEYERDYNAMIC DT880.

[0015] В диапазоне низких акустических частот характеристика x(t f) параллельна линии, обозначенной как L1 (штриховая линия) - т.е., смещение x мембраны отражает форму электрического тока I, текущего через катушку преобразователя. Линия L1 представляет характеристику постоянной амплитуды во всем диапазоне частот.

[0016] Линия L2 (точечная линия) представляет ход изменчивости амплитуды, необходимой для получения условия постоянства кинетической энергии массы, приводимой в движение силой с постоянной амплитудой, во всем диапазоне частот. Скорость v мембраны, а также кинетическая энергия мембраны, пропорциональная значению v², увеличивается вместе с увеличением частоты. Поскольку энергия, подаваемая на мембрану посредством электрического тока I, является постоянной во всем диапазоне частот, поэтому кинетическая энергия мембраны также должна остаться постоянной, и, таким образом, амплитуда колебаний должна уменьшиться. В диапазоне высоких акустических частот характеристика x(t,f) параллельна относительно линии L2.

[0017] Фиг. 3 представляет аудиосистему 1b, содержащую два идентичных электроакустических преобразователя s и r, размещенных во в значительной степени идеальном носителе, гарантирующем, чтобы мембраны обоих преобразователей s, r вибрируют в значительной степени идеально одинаковым образом. Колебания мембраны преобразователя r индуцируют в катушке этого преобразователя r электромагнитную силу emf=v(t,f) x B x L.

[0018] Фиг. 4 представляет амплитудно-частотную характеристику электрического сигнала emf(t,f) (сплошная линия). Как изображено, даже если преобразователи s и r идентичны и их мембраны вибрируют идентично, амплитудно-частотная характеристика электрического сигнала emf, сгенерированного преобразователем r, имеет форму, которая не отражает движение x(t,f) мембраны (сплошная линия). Это разногласие является результатом того, что электромагнитная сила emf пропорциональна относительно скорости v движения мембраны, но не пропорциональна относительно смещения x катушки (и, таким образом, также смещения мембраны).

[0019] Фиг. 5 представляет аудиосистему 1c, которая представляет собой аудиосистему 1b, показанную на фиг. 3, которая дополнительно содержит третий электроакустический преобразователь u, на который подается сигнал от усилителя AMP, на который подается электрический сигнал emf от второго преобразователя r. Третий электроакустический преобразователь u является идентичным преобразователям s, r, показанным на фиг. 3. Подача сигнала от преобразователя r на преобразователь u в соответствии с элементарными физическими принципами приведет к последующей деформации характеристик воспроизводимого сигнала, что проиллюстрировано на фиг. 6.

[0020] Фиг. 6, демонстрирует, что во всех аудиосистемах, известных на предшествующем уровне техники (как схематично проиллюстрировано на фиг. 5), используемых для воспроизведения звука, амплитудно-частотная передаточная характеристика trans. u->v(t,f) (штрих-пунктирная линия) скорости движения мембраны преобразователя u воспроизведения звука (такого как громкоговоритель или наушник) в значительной степени отличается от амплитудно-частотной передаточной характеристики trans. r->v(t,f) (штриховая линия) скорости движения мембраны преобразователя r записи звука (преобразователя, формирующего аудиосигнал из акустического сигнала, такого как микрофон).

[0021] Вследствие этого амплитудно-частотная передаточная характеристика trans. u->x(t,f) (точечная линия) движения мембраны (позиция мембраны в функции времени) преобразователя u воспроизведения звука в значительной степени отличается от передаточной характеристики trans. s->x(t,f) (сплошная линия) движения мембраны преобразователя s, который генерирует первоначальный акустический сигнал источника.

[0022] На основе указанных выше наблюдений задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы обеспечить способ коррекции (модификации) аудиосигнала, поданного преобразователем r на преобразователь u, с учетом того, что катушка электроакустического преобразователя, на которую подается электрический ток I(t), преобразовывает форму этого тока I(t) в позицию x(t,f) катушки, тогда как сама эта катушка при смещении под влиянием механического возбуждения (полученного, например, с использованием мембраны и акустического давления) преобразовывает электромагнитную силу emf в скорость v(t,f) этой катушки.

Такая коррекция или модификация должна быть реализована между преобразователем r записи звука и преобразователем u воспроизведения звука (предпочтительно перед усилителем AMP) и проиллюстрирована в аудиосистеме 1d, показанной на фиг. 7 как символический функциональный блок MOD.

[0023] Такая коррекция или модификация должна обеспечить, чтобы передаточная характеристика движения trans. u->x(t,f) (точечная линия) катушки (мембраны) преобразователя u воспроизведения звука имела форму, которая насколько возможно подобна (в идеальном случае идентична) форме передаточной характеристики движения trans. s->x(t,f) (сплошная линия) катушки (мембраны) преобразователя s, представляющего собой источника звука, и в идеальном случае должна позволять достигать коррекции характеристик, как изображено на фиг. 8.

Как видно на фиг. 8, при этом передаточная характеристика trans. u->v(t,f) (штрихпунктирная линия) скорости катушки (мембраны) преобразователя u воспроизведения звука (громкоговорителя, наушника) должна иметь форму, которая насколько возможно подобна (в идеальном случае идентична) форме передаточной характеристики trans. r->v(t,f) (штриховая линия) катушки (мембраны) преобразователя r акустического давления (микрофона).

[0024] Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что описанные выше и проиллюстрированные на фиг. 8 желаемые коррекции характеристик могут быть достигнуты посредством коррекции аудиосигнала (AS), записанного с использованием электроакустического преобразователя, и получения скорректированного аудиосигнала (CAS) в соответствии со следующей формулой I:

(I),

в которой

коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01.

[0025] Относительно упомянутого выше в соответствии с настоящим изобретением обеспечен способ коррекции аудиосигнала AS, сформированного с использованием электроакустического преобразователя, в частности, электромагнитного или магнитоэлектрического динамического электроакустического преобразователя, способ отличается тем, что содержит производство скорректированного аудиосигнала CAS, применимого для воспроизведения звука с высокой точностью посредством электроакустического преобразователя, на основе аудиосигнала AS в соответствии со следующей формулой I:

(I),

в которой

коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01.

[0026] Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350.

[0027] В соответствии с настоящим изобретением также обеспечен способ воспроизведения акустического сигнала Sout с использованием электроакустического преобразователя на основе аудиосигнала AS, сформированного с использованием электроакустического преобразователя, способ отличается тем, что содержит следующие этапы:

a) производство скорректированного аудиосигнала CAS на основе аудиосигнала AS в соответствии со следующей формулой I:

(I),

в которой

коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01;

b) производство электрического управляющего сигнала (ECS), соответствующего скорректированному аудиосигналу CAS, предпочтительно посредством усиления скорректированного аудиосигнала CAS;

c) подача на электроакустический преобразователь электрического управляющего сигнала ECS.

[0028] Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350.

[0029] В предпочтительной реализации этого способа воспроизведения акустического сигнала электрический управляющий сигнал ECS является управляющим сигналом ECSi с формой изменения тока во времени, соответствующей форме изменения во времени скорректированного аудиосигнала CAS.

[0030] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением также обеспечен способ преобразования акустического сигнала (Sin) в аудиосигнал посредством электроакустического преобразователя, способ отличается тем что, содержит производство скорректированного аудиосигнала CAS, применимого для воспроизведения звука с высокой точностью посредством электроакустического преобразователя, на основе аудиосигнала AS, сгенерированного электроакустическим преобразователем в ответ на заданный акустический сигнал Sin, принятый преобразователем, в соответствии со следующей формулой I:

(I),

в которой

коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01.

[0031] В этом способе отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до-1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350.

[0032] Наконец? в соответствии с настоящим изобретением обеспечен способ записи акустического сигнала Sin в форме аудиосигнала с использованием электроакустического преобразователя, способ отличается тем, что содержит следующие этапы:

a) производство скорректированного аудиосигнала CAS, применимого для воспроизведения звука с высокой точностью посредством электроакустического преобразователя, на основе аудиосигнала AS, сгенерированного электроакустическим преобразователем в ответ на заданный акустический сигнал Sin, принятый преобразователем, в соответствии со следующей формулой I:

(I),

в которой

коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01; и

b) сохранение скорректированного аудиосигнала (CAS) на запоминающем носителе.

[0033] Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350.

[0034] Аудиосигнал в соответствии с настоящим изобретением должен пониматься как любой сигнал, у которого изменение во времени некоторого параметра (параметров) является представлением изменения во времени акустического сигнала (акустического давления), и который был получен на основе выходного сигнала (например, обычно выходного напряжения преобразователя), генерируемого электроакустическим преобразователем во время приема этого заданного акустического сигнала (акустического давления), т.е., во время влияния сигнала акустического давления на мембрану преобразователя (и, таким образом, также на катушку преобразователя).

В типичном случае аудиосигнал должен быть сигналом, соответствующим изменению во времени выходного напряжения электроакустического преобразователя, сгенерированного в ответ на акустический сигнал, принятый преобразователем.

[0035] Предложенная в соответствии с настоящим изобретением коррекция первоначального аудиосигнала является относительно простой и удивительно эффективно работоспособной для всех типов электроакустических преобразователей, независимо от конкретной модели преобразователя, используемого для записи аудиосигнала. Неожиданно настоящее изобретение в огромной степени увеличивает точность воспроизведенного акустического сигнала и записанного аудиосигнала с использованием электромагнитных преобразователей, магнитоэлектрических динамических преобразователей, пьезоэлектрических преобразователей, а также емкостных преобразователей. Таким образом, решения в соответствии с настоящим изобретением являются чрезвычайно универсальными.

[0036] Для электромагнитных и магнитоэлектрических динамических преобразователей с учетом физических принципов, на которых основана их работа, положительное влияние коррекции аудиосигнала в соответствии с настоящим изобретением является особенно значительным в случае, когда для управления выходным электроакустическим преобразователем используется управляющий сигнал тока. Подходящий управляющий сигнал тока может быть сгенерирован с использованием источника тока, такого как, например, аналоговый источник тока, усилитель тока для аудио или источник напряжения, скорректированный для получения выходного сигнала тока, которым управляет скорректированный аудиосигнал в соответствии с настоящим изобретением.

[0037] Кроме того, чем лучше качество данного используемого преобразователя (которое среди прочего проявляется посредством относительно малой нелинейности амплитудно-частотной передаточной характеристики), тем лучшие результаты коррекции обеспечиваются настоящим изобретением.

[0038] Коррекция аудиосигнала в соответствии с настоящим изобретением может использоваться во время воспроизведения акустического сигнала из данного аудиосигнала, если во время записи этого данного аудиосигнала такая коррекция не выполнялась, или предпочтительно во время записи или сохранения данного аудиосигнала, посредством чего коррекция выполняется только один раз, и результаты коррекции также доступны для всех звуковых устройств воспроизведения, использующих этот скорректированный аудиосигнал, которые не снабжены реализацией решений в соответствии с настоящим изобретением.

[0039] Аудиосигнал, скорректированный в соответствии с настоящим изобретением, может быть непосредственно воспроизведен локально с использованием электроакустического преобразователя (например, голос оперного певца может быть преобразован в аудиосигнал, который корректируется в соответствии с настоящим изобретением, и в версии, скорректированной с помощью решений настоящего изобретения, может использоваться для локального воспроизведения голоса певца посредством громкоговорителей оперной аудиосистемы; причем качество воспроизведения голоса, обеспечиваемое аудиосистемами, известными на предшествующем уровне техники, не возможно для такого воспроизведения голоса оперного певца в реальном времени) или может быть воспроизведен дистанционно посредством его передачи с помощью линий связи (например, беспроводных линий радиосвязи) многим удаленно расположенным приемникам, снабженным подходящими громкоговорителями для воспроизведения звука.

[0040] Для специалиста в области техники очевидно, что если во время производства данного первоначального аудиосигнала, который должен быть подвергнут способам коррекции настоящего изобретения, были внесены сильные модификации нормальной амплитудно-частотной характеристики входных электроакустических преобразователей (микрофонов) (например, посредством акустической коррекции, такой как, например, выравнивание, содержащее ослабление и/или усиление некоторых частотных компонентов первоначального аудиосигнала), тогда в некоторых случаях также может потребоваться модифицировать коэффициенты B и C в формуле I настоящего изобретения.

Описание чертежей

[0041] Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения представлены ниже с использованием приложенных чертежей, на которых:

Фиг. 9 схематично представляет иллюстративный блок коррекции, реализующий иллюстративный способ коррекции аудиосигнала в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 10-12 схематично представляют аудиосистемы, которые могут использоваться для реализации способов в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 13 схематично представляет иллюстративную аудиосистему для реализации способа преобразования акустического сигнала в аудиосигнал посредством электроакустического преобразователя; и

Фиг. 14 схематично представляет иллюстративную аудиосистему для реализации способа записи акустического сигнала в соответствии с настоящим изобретением в форме аудиосигнала с использованием электроакустического преобразователя.

[0042] Все решения, предложенные в соответствии с настоящим изобретением, основаны на универсальном способе коррекции аудиосигнала, проиллюстрированном на фиг. 9. Суть этого способа коррекции в соответствии с настоящим изобретением представлена блоком 2 коррекции, содержащим блок 3 интегрирования и блок 4 дифференцирования, соединенные со входом блока 2 коррекции, два блока 5, 6 умножения и блок 7 суммирования.

[0043] Блок 7 суммирования имеет два входа, соединенные соответственно со входом блока 2 коррекции и выходами блоков 5, 6 умножения. Блок 3 интегрирования производит на своем выходе сигнал, представляющий собой интеграл входного аудиосигнала AS, поданного на вход блока 2 коррекции. Блок 4 дифференцирования производит на своем выходе сигнал, представляющий собой производную входного аудиосигнала AS, поданного на вход блока 2 коррекции. Один вход блока 5 умножения соединен с выходом блока 3 интегрирования, и один вход блока 6 умножения соединен с выходом блока 4 дифференцирования. Оставшиеся вторые входы блоков 5, 6 умножения соединены соответственно с блоками 8, 9 коэффициентов, обеспечивающими множители B и C для умножения выходных сигналов соответственно из блоков 2, 3. Коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2. Коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01. Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350.

[0044] В способе коррекции аудиосигнала в соответствии с настоящим изобретением первоначальный аудиосигнал AS, происходящий из любого произвольного источника аудиосигнала (такого как, например, проигрыватель компакт-дисков или радиоприемник), подвергается операции интегрирования и операции дифференцирования в блоках 2 и 3. Способ реализации этих операций является абсолютно произвольным и может быть выполнен с использованием любых подходящих аппаратных и/или программных средств. Далее сигнал, представляющий интеграл первоначального аудиосигнала AS, умножается на коэффициент B, и сигнал, представляющий производную первоначального аудиосигнала AS, умножается на коэффициент C. Наконец, в результате суммирования первоначального аудиосигнала AS и его интеграла и производной, умноженных на упомянутые выше заданные коэффициенты B и C, блок 2 коррекции производит на своем выходе окончательный скорректированный аудиосигнал CAS на основе первоначального аудиосигнала AS в соответствии со следующей формулой I:

(I),

в которой

коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01.

Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350.

[0045] Фиг. 10-12 представляют блок-схемы иллюстративных аудиосигналов, которые могут использоваться для реализации способа воспроизведения звука посредством электроакустического преобразователя на основе аудиосигнала.

[0046] Система 10a на фиг. 10 используется для воспроизведения аналогового аудиосигнала ASa и содержит процессор ASP аналогового сигнала, в котором реализован блок 2 коррекции, представленный на фиг. 9, и к выходу которого присоединен усилитель AMP. Усилитель AMP подает энергию на громкоговоритель u, содержащий выходной динамический электроакустический преобразователь. Блок 2 коррекции процессора ASP преобразовывает входной аналоговый аудиосигнал ASa в скорректированный аудиосигнал CASa, имеющий также аналоговую форму, в соответствии с формулой I: , в которой коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1, и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2; и коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01. Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350. Далее аналоговый скорректированный аудиосигнал CASa усиливается в усилителе AMP, производящем на своем выходе электрический управляющий сигнал ECSu напряжения, имеющий форму изменения напряжения во времени, соответствующую форме изменения во времени скорректированного аудиосигнала CASa. Управляющий сигнал ECSu далее подается на преобразователь u, воспроизводящий акустический сигнал, записанный в форме первоначального аудиосигнала AS, посредством испускания акустического сигнала Sout высокого качества.

[0047] Система 10b на фиг. 11 используется для воспроизведения звука на основе цифрового аудиосигнала ASd и содержит процессор DSP цифровых сигналов, в котором реализован блок 2 коррекции, представленный на фиг. 9, цифро-аналоговый преобразователь D/A и усилитель AMP, подающий энергию на выходной динамический громкоговоритель u. Блок 2 коррекции процессора DSP преобразовывает входной цифровой аудиосигнал ASd в скорректированный аудиосигнал CASd, имеющий также цифровую форму, в соответствии с формулой I: (I), в которой коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2; и коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01. Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350. Операции интегрирования и дифференцирования цифрового сигнала ASd очевидным образом реализованы с использованием подходящих алгоритмов интегрирования и дифференцирования, специально разработанных для цифровых дискретных сигналов. Таким образом, общие универсальные математические символы интегрирования и дифференцирования в формуле I должны пониматься только как символический показатель операций интегрирования и дифференцирования независимо от их конкретных алгоритмов реализации. В частности, случай, в котором интегрирование цифрового аудиосигнала реализовано посредством суммирования всех последовательных предыдущих отсчетов этого сигнала, символ должен быть заменен на символ . Скорректированный аудиосигнал CASd затем преобразовывается в конвертере D/A в аналоговый скорректированный аудиосигнал CASa, который затем усиливается в усилителе AMP. На основе сигнала CASa усилитель AMP, содержащий источник тока, производит выходной электрический управляющий сигнал ECSi для громкоговорителя u. Выходной управляющий сигнал ECSi имеет форму сигнала тока с формой изменения тока во времени, соответствующей форме изменения во времени аналогового скорректированного аудиосигнала CASa. Применение управляющего сигнала ECSi, являющегося токовым сигналом, дополнительно увеличивает точность акустического сигнала Sout, воспроизводимого громкоговорителем u.

[0048] Аудиосистема 9c на фиг. 12 используется для воспроизведения звука в соответствии со способом настоящего изобретения из цифрового аудиосигнала ASd с использованием процессора ASP аналоговых сигналов. Эта аудиосистема 9c представляет собой аудиосистему 9a, представленную на фиг. 9, которая дополнительно содержит входной цифро-аналоговый преобразователь D/A, преобразовывающий входной цифровой аудиосигнал ASd в его аналоговое представление ASa.

[0049] Аудиосистема 10d, представленная на фиг. 13, используется для преобразования входного аудиосигнала Sin в аудиосигнал, на основе которого должно быть возможно точно воспроизвести этот входной аудиосигнал Sin посредством электроакустического преобразователя u. Аудиосистема 10d содержит входной динамический электроакустический преобразователь r, служащий в качестве микрофона, который при его возбуждении посредством акустического сигнала Sin формирует на своем электрическом выходе первоначальный аналоговый аудиосигнал ASa. Далее этот первоначальный аналоговый аудиосигнал ASa подвергается способу коррекции в соответствии с настоящим изобретением в блоке 2 коррекции процессора ASP аналогового сигнала. Блок 2 коррекции представляет собой блок 2, представленный на фиг. 9, в котором первоначальный аналоговый аудиосигнал ASa преобразовывается в скорректированный аналоговый аудиосигнал CASa в соответствии с формулой I: (I), в которой коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2; и коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01. Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350. Далее такой скорректированный аудиосигнал CASa может быть, например, преобразован посредством передающего блока TU в радиосигнал, передаваемый множеству принимающих блоков RU (например, радиоприемникам). Принимающие блоки RU, снабженные выходными преобразователями u (громкоговорителями), могут непосредственно воспроизвести звук с высоким качеством на основе принятого радиосигнала без дополнительной необходимости коррекции аудиосигнала, которая уже была централизованно и всесторонне реализована на стороне передающего блока TU. Акустический сигнал Sout, сгенерированный выходным преобразователем u, представляет собой очень точное воспроизведение первоначального входного акустического сигнала Sin.

В альтернативных вариантах осуществления вместо передачи скорректированного аудиосигнала CASa в отдаленные местоположения этот сигнал также может быть очевидным образом воспроизведен непосредственно в локальной аудиосистеме. Например, голос оперного певца может записываться как скорректированный аудиосигнал, на основе которого голос оперного певца может воспроизводиться практически в реальном времени с высоким качеством посредством локальной оперной аудиосистемы.

[0050] Аудиосистема 10e на фиг. 14 используется для записи входного аудиосигнала Sin в виде аудиосигнала, на основе которого должно быть насколько возможно точно воспроизвести этот входной аудиосигнал Sin посредством аудиосистемы, снабженной выходным электроакустическим преобразователем. Входной электроакустический преобразователь r (микрофон) преобразовывает входной аудиосигнал Sin в его электрическое представление, представляющее собой аналоговый аудиосигнал ASa напряжения. Далее в аналого-цифровом преобразователе A/D этот первоначальный аналоговый аудиосигнал ASa преобразовывается в его цифровое представление ASd, которое в свою очередь подвергается коррекции в соответствии с настоящим изобретением на основе формулы I: (I), в которой коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2; и коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01. Кроме того, отношение коэффициента B к коэффициенту C предпочтительно составляет от -50 до -1000 и более предпочтительно составляет от -250 до -350. Эта операция выполняется в блоке 2 коррекции, представляющем собой блок 2 на фиг. 9, реализованный в процессоре DSP цифровых сигналов. На выходе процессора DSP получается скорректированный цифровой аудиосигнал CASd, на основе которого должно быть возможно воспроизвести первоначальный акустический сигнал Sin с высоким качеством с использованием электроакустических преобразователей. Наконец, выходной скорректированный аудиосигнал CASd сохраняется на любом произвольном запоминающем носителе, таком как, например, оптический диск.

[0051] В альтернативной реализации настоящего изобретения вместо описанных выше процессоров ASP и DSP сигналов также возможно использовать любые другие произвольные электрические и/или электронные системы (активные и/или пассивные средства), и/или аппаратные и/или программные средства, позволяющие реализовать коррекцию аудиосигнала AS и получения скорректированного аудиосигнала CAS в соответствии с формулой I, на которой основано настоящее изобретение.

Группа изобретений относится к акустике, в частности к способам корректировки звукового сигнала. Способ заключается в выполнении коррекции аудиосигнала (AS), сформированного с использованием электроакустического преобразователя. Устройство для коррекции звукового сигнала модифицирует сигнал в соответствии со следующим выражением:

. Здесь коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2, коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01. Технический результат – повышение качества и точности воспроизведения звука. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ коррекции аудиосигнала (AS), сформированного с использованием электроакустического преобразователя, отличающийся тем, что содержит этап, на котором производят скорректированный аудиосигнал (CAS) на основе аудиосигнала (AS) в соответствии со следующей формулой I

(I),

где коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение коэффициента B к коэффициенту C составляет от -50 до -1000, и предпочтительно составляет от -250 до -350.

3. Способ воспроизведения акустического сигнала (Sout) с использованием электроакустического преобразователя (u) на основе аудиосигнала (AS), отличающийся тем, что содержит этапы, на которых

a) производят скорректированный аудиосигнал (CAS) на основе аудиосигнала (AS) в соответствии со следующей формулой I

(I),

где коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01;

b) производят электрический управляющий сигнал (ECS), соответствующий скорректированным аудиосигналам (CAS), предпочтительно посредством усиления скорректированного аудиосигнала (CAS);

c) подают на электроакустический преобразователь (u) электрический управляющий сигнал (ECS).

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что отношение коэффициента B к коэффициенту C составляет от -50 до -1000, и предпочтительно составляет от -250 до -350.

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что электрический управляющий сигнал (ECS) является управляющим сигналом (ECSi) с формой изменения тока во времени, соответствующей форме изменения во времени скорректированного аудиосигнала (CAS).

6. Способ преобразования акустического сигнала (Sin) в аудиосигнал посредством электроакустического преобразователя (r), отличающийся тем, что содержит этап, на котором производят скорректированный аудиосигнал (CAS) на основе аудиосигнала (AS), сформированного электроакустическим преобразователем (r) в ответ на данный акустический сигнал (Sin), принятый преобразователем (r), в соответствии со следующей формулой I

(I),

где коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что отношение коэффициента B к коэффициенту C составляет от -50 до -1000, и предпочтительно составляет от -250 до -350.

8. Способ записи акустического сигнала (Sin) в форме аудиосигнала с использованием электроакустического преобразователя (r), отличающийся тем, что содержит этапы, на которых

a) производят скорректированный аудиосигнал (CAS) на основе аудиосигнала (AS), сформированного электроакустическим преобразователем (r) в ответ на данный акустический сигнал (Sin), принятый преобразователем (r), в соответствии со следующей формулой I

(I),

где коэффициент B составляет от -10 до 0, предпочтительно составляет от -5 до -1 и особенно предпочтительно составляет приблизительно -3,2;

коэффициент C составляет от 0 до 0,04, предпочтительно составляет от 0,005 до 0,020; и особенно предпочтительно составляет приблизительно 0,01; и

b) сохраняют скорректированный аудиосигнал (CAS) на запоминающем носителе.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что отношение коэффициента B к коэффициенту C составляет от -50 до -1000, и предпочтительно составляет от -250 до -350.