многоканальный окружающий звук от фронтально установленных громкоговорителей

Формула изобретения

1. Система воспроизведения звука, включающая

первый входной аудиосигнал, второй входной аудиосигнал, третий входной аудиосигнал и четвертый входной аудиосигнал;

левый главный громкоговоритель и правый главный громкоговоритель, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого главных громкоговорителей на определенном расстоянии друг от друга на оси громкоговорителей, определяемой как линия, проходящая через указанные положения левого и правого главных громкоговорителей, причем область прослушивания включает в общем область перед положениями левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы положение левого главного громкоговорителя находилось слева, а положение правого главного громкоговорителя находилось справа, если смотреть на них из области прослушивания, и указанные левый и правый главные громкоговорители воспроизводят звуки, ассоциированные с сигналами, получаемыми указанными левым и правым главными громкоговорителями;

левый вспомогательный громкоговоритель и правый вспомогательный громкоговоритель, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого вспомогательных громкоговорителей, причем предполагаемые положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей находятся примерно на оси громкоговорителей таким образом, чтобы положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей, если смотреть на них из области прослушивания, находились слева и справа, соответственно, от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей и отстояли на расстояние d от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы расстояние d находилось в интервале от примерно 50% до 150% от среднего расстояния между ушами человека, измеренного по прямой линии через голову, и указанные левый и правый вспомогательные громкоговорители воспроизводят звук, ассоциированный с получаемыми ими сигналами; и средства модификации и суммирования сигнала, где указанные средства модификации и суммирования сигнала включают

средства модификации и суммирования первого входного аудиосигнала со вторым входным аудиосигналом и передачи комбинации указанного модифицированного первого входного аудиосигнала и указанного второго входного аудиосигнала на указанный левый главный громкоговоритель, средства модификации и суммирования четвертого входного аудиосигнала с третьим входным аудиосигналом и передачи комбинации указанного модифицированного четвертого входного аудиосигнала и указанного третьего входного аудиосигнала на указанный правый главный громкоговоритель,

средства вычитания указанного модифицированного четвертого входного аудиосигнала из указанного модифицированного первого входного аудиосигнала и передачи полученного разностного сигнала на указанный левый вспомогательный громкоговоритель, и средства вычитания указанного модифицированного первого входного аудиосигнала из указанного модифицированного четвертого входного аудиосигнала и передачи полученного разностного сигнала на указанный правый вспомогательный громкоговоритель, в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из пространственной области источников звука, расположенной примерно между указанными левым и правым главными громкоговорителями, и

в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей.

2. Система воспроизведения звука по п.1, далее включающая

пятый входной аудиосигнал;

центральный фронтальный громкоговоритель, предназначенный для размещения между положениями левого и правого главных громкоговорителей, причем указанный центральный фронтальный громкоговоритель воспроизводит звук, ассоциированный с получаемыми им сигналами; и

средства передачи указанного пятого входного аудиосигнала на указанный центральный фронтальный громкоговоритель, в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанным пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения указанного центрального фронтального громкоговорителя.

3. Система воспроизведения звука по п.1 или 2, в которой расстояние d между указанными соответствующими главными и вспомогательными громкоговорителями примерно равно среднему расстоянию между ушами.

4. Система воспроизведения звука по п.1, в которой указанные средства модификации и суммирования сигнала далее включают первый разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов для модификации первого входного аудиосигнала и второй разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов для модификации четвертого входного аудиосигнала таким образом, чтобы воспроизводимый звук, ассоциированный с указанными первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимался слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей, включая области пространства позади слушателя.

5. Система воспроизведения звука по п.1 или 2, в которой указанный первый входной аудиосигнал, указанный второй входной аудиосигнал, указанный третий входной аудиосигнал и указанный четвертый входной аудиосигнал соответствуют тыльному левому, фронтальному левому, фронтальному правому и тыльному правому сигналам акустической системы окружающего звука.

6. Система воспроизведения звука по п.4, в которой первый и второй разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов ограничены по частоте полосой ниже примерно 2500 Гц.

7. Система воспроизведения звука по п.4, в которой первый и второй разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов включают полосовое предыскажение примерно 12 кГц.

8. Система воспроизведения звука по п.1 или 2, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают первый низкочастотный фильтр для модификации части модифицированного первого входного аудиосигнала, передаваемого на левый вспомогательный громкоговоритель, и второй низкочастотный фильтр для модификации части модифицированного четвертого входного аудиосигнала, передаваемого на правый вспомогательный громкоговоритель, в которой кажущиеся местонахождения источников воспроизводимых системой звуков, ассоциированных с указанными первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

9. Система воспроизведения звука по п.8, в которой указанные первый и второй низкочастотные фильтры ограничивают частотную характеристику полосой ниже примерно 5 кГц.

10. Система воспроизведения звука по п.8, в которой указанные первый и второй низкочастотные фильтры ограничивают частотную характеристику полосой ниже примерно 1,8 кГц.

11. Система воспроизведения звука по п.8, в которой указанные первый и второй низкочастотные фильтры ограничивают частотную характеристику полосой ниже примерно 1 кГц.

12. Система воспроизведения звука по п.8, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают третий низкочастотный фильтр для модификации части модифицированного первого входного аудиосигнала, которая вычитается из модифицированного четвертого входного аудиосигнала, и четвертый низкочастотный фильтр для модификации части модифицированного четвертого входного аудиосигнала, которая вычитается из модифицированного первого входного аудиосигнала, в которой кажущиеся местонахождения источников воспроизводимых системой звуков, ассоциированных с указанными первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

13. Система воспроизведения звука по п.1 или 2, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают

первый высокочастотный фильтр для модификации части модифицированного первого входного аудиосигнала, которая вычитается из модифицированного четвертого входного аудиосигнала перед передачей на правый вспомогательный громкоговоритель; и

второй высокочастотный фильтр для модификации части модифицированного четвертого входного аудиосигнала, которая вычитается из модифицированного первого входного аудиосигнала перед передачей на левый вспомогательный громкоговоритель,

причем полученные сигналы, поступающие на левый и правый вспомогательные громкоговорители, имеют низкочастотный спектр, состоящий преимущественно только из информации первого и четвертого входных аудиосигналов, соответственно.

14. Система воспроизведения звука по п.1, далее включающая пятый входной аудиосигнал,

в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают средства суммирования указанного пятого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители, и

в которой в дополнение к сигналам, указанным в п.1, левый и правый главные громкоговорители также принимают примерно равные количества указанного пятого входного аудиосигнала, и

в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанным пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, как исходящий примерно из положения, находящегося между левым и правым главными громкоговорителями и равноудаленного от них.

15. Система воспроизведения звука по п.14, далее включающая шестой входной аудиосигнал,

в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов для модификации шестого входного аудиосигнала, и средства суммирования модифицированного шестого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители,

где в дополнение к сигналам, указанным в п.14, левый и правый главные громкоговорители также принимают примерно равные количества указанного модифицированного шестого входного аудиосигнала, и

где воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанным шестым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, как исходящий из положения в общем позади слушателя.

16. Система воспроизведения звука по п.4, в которой указанные средства модификации и суммирования сигнала далее включают

средства суммирования второго входного аудиосигнала с первым входным аудиосигналом после модификации указанного первого входного аудиосигнала первым разностным фильтром фронтального и тыльного сигналов;

средства суммирования третьего входного аудиосигнала с четвертым входным аудиосигналом после модификации указанного четвертого входного аудиосигнала вторым разностным фильтром фронтального и тыльного сигналов;

средства вычитания комбинации модифицированного четвертого входного аудиосигнала и третьего входного аудиосигнала из указанной комбинации модифицированного первого входного аудиосигнала и второго входного аудиосигнала и для передачи полученного разностного сигнала на указанный левый вспомогательный громкоговоритель; и

средства вычитания комбинации модифицированного первого входного аудиосигнала и второго входного аудиосигнала из указанной комбинации модифицированного четвертого входного аудиосигнала и третьего входного аудиосигнала и для передачи полученного разностного сигнала на указанный правый вспомогательный громкоговоритель,

где воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкой пространственной области положений источников звука, находящейся в общем впереди положения слушателя и выходящей за пределы размещения указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей, и

где воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей и включающего область позади слушателя.

17. Система воспроизведения звука по п.16, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают

первый низкочастотный фильтр для модификации части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, передаваемых на левый вспомогательный громкоговоритель; и

второй низкочастотный фильтр для модификации части комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, передаваемых на правый вспомогательный громкоговоритель,

где кажущиеся местонахождения источников воспроизводимых системой звуков, ассоциированных с указанными первым, вторым, третьим и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

18. Система воспроизведения звука по п.17, в которой указанные первый и второй низкочастотные фильтры ограничивают частотную характеристику полосой ниже примерно 5 кГц.

19. Система воспроизведения звука по п.17, в которой указанные первый и второй низкочастотные фильтры ограничивают частотную характеристику полосой ниже примерно 1,8 кГц.

20. Система воспроизведения звука по п.17, в которой указанные первый и второй низкочастотные фильтры ограничивают частотную характеристику полосой ниже примерно 1 кГц.

21. Система воспроизведения звука по п.17, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают

третий низкочастотный фильтр для модификации части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов; и

четвертый низкочастотный фильтр для модификации части комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов,

где кажущиеся местонахождения источников воспроизводимых системой звуков, ассоциированных с указанными первым, вторым, третьим и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

22. Система воспроизведения звука по п.16, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают первый высокочастотный фильтр для модификации части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов перед воспроизведением правым вспомогательным громкоговорителем; и

второй высокочастотный фильтр для модификации части комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов перед воспроизведением левым вспомогательным громкоговорителем,

где полученный сигнал, поступающий на левый вспомогательный громкоговоритель, имеет низкочастотный спектр, состоящий преимущественно только из информации, содержащейся в комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, и

где полученный сигнал, поступающий на правый вспомогательный громкоговоритель, имеет низкочастотный спектр, состоящий преимущественно только из информации, содержащейся в комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов.

23. Система воспроизведения звука по п.16, далее включающая пятый входной аудиосигнал, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают средства суммирования указанного пятого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители,

где в дополнение к сигналам, указанным в п.16, левый и правый главные громкоговорители также принимают примерно равные количества указанного пятого входного аудиосигнала, и

где воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанным пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения, находящегося между левым и правым главными громкоговорителями и равноудаленного от них.

24. Система воспроизведения звука по п.23, далее включающая шестой входной аудиосигнал, в которой средства модификации и суммирования сигнала включают

разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов для модификации шестого входного аудиосигнала; и средства суммирования модифицированного шестого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители,

где в дополнение к сигналам, указанным в п.23, левый и правый главные громкоговорители также принимают примерно равные количества указанного модифицированного шестого входного аудиосигнала, и

где воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанным шестым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, чья голова находится в общем в положении прослушивания, как исходящий из положения в общем позади слушателя.

25. Система воспроизведения звука, включающая

первый входной аудиосигнал, второй входной аудиосигнал, третий входной аудиосигнал, и четвертый входной аудиосигнал;

левый главный громкоговоритель и правый главный громкоговоритель, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого главных громкоговорителей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга по оси громкоговорителей, определяемой как линия, проходящая через указанные положения левого и правого главных громкоговорителей, причем область прослушивания включает в общем область перед положениями левого и правого главных громкоговорителей, таким образом, чтобы положение левого главного громкоговорителя находилось слева, а положение правого главного громкоговорителя находилось справа, если смотреть из области прослушивания, и указанные левый и правый главные громкоговорители воспроизводят звук, ассоциированный с получаемыми ими сигналами;

левый фронтальный громкоговоритель и правый фронтальный громкоговоритель, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого фронтальных громкоговорителей, в общем, впереди слушателя, находящегося в области прослушивания, причем указанные левый и правый фронтальные громкоговорители воспроизводят звук, ассоциированный с получаемыми ими сигналами;

левый вспомогательный громкоговоритель и правый вспомогательный громкоговоритель, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого вспомогательных громкоговорителей, где предполагаемые положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей должны находиться примерно на оси громкоговорителей таким образом, чтобы положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей, если смотреть из области прослушивания, находились слева и справа, соответственно, от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей и отстояли на расстояние d от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы расстояние d находилось в интервале от примерно 50% до 150% от среднего расстояния между ушами человека, измеренного по прямой линии через голову, и указанные левый и правый вспомогательные громкоговорители воспроизводят звук, ассоциированный с получаемыми ими сигналами; и

средства модификации и суммирования сигнала, причем указанные средства модификации и суммирования сигнала включают

средства передачи второго входного аудиосигнала на левый

фронтальный громкоговоритель и третьего входного аудиосигнала на правый фронтальный громкоговоритель;

средства модификации первого входного аудиосигнала и передачи модифицированного первого входного аудиосигнала на указанный левый главный громкоговоритель,

средства модификации четвертого входного аудиосигнала и передачи модифицированного четвертого входного аудиосигнала на указанный правый главный громкоговоритель,

средства вычитания модифицированного четвертого входного аудиосигнала из модифицированного первого входного аудиосигнала и передачи полученного разностного сигнала на указанный левый вспомогательный громкоговоритель, и

средства вычитания модифицированного первого входного аудиосигнала из модифицированного четвертого входного аудиосигнала и передачи полученного разностного сигнала на указанный правый вспомогательный громкоговоритель,

в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из пространственной области источников звука примерно между указанным левым фронтальным громкоговорителем и указанным правым фронтальным громкоговорителем, и

в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей.

26. Система воспроизведения звука по п.25, далее включающая пятый входной аудиосигнал,

в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают средства суммирования указанного пятого входного аудиосигнала с сигналами, получаемыми указанным левым фронтальным громкоговорителем и указанным правым фронтальным громкоговорителем,

в которой в дополнение к сигналам, указанным в п.25, левый и правый фронтальный громкоговорители также получают и воспроизводят примерно равные количества указанного пятого входного аудиосигнала, и в которой воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанным пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения, находящегося между левым и правым фронтальными громкоговорителями и равноудаленного от них.

27. Система воспроизведения звука по п.26, далее включающая шестой входной аудиосигнал, в которой средства модификации и суммирования сигнала далее включают

разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов для модификации шестого входного аудиосигнала; и

средства суммирования модифицированного шестого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый фронтальный громкоговорители,

таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.26, левый и правый фронтальный громкоговорители также принимали примерно равные количества указанного модифицированного шестого входного аудиосигнала, и

таким образом, чтобы воспроизводимый звук, ассоциированный с указанным шестым входным аудиосигналом, воспринимался слушателем, чья голова находится в общем в положении прослушивания, как исходящий из положения в общем позади слушателя.

28. Система воспроизведения звука по п.1 или 16, далее включающая

средства приема двухканального входного аудиосигнала; и

средства преобразования двухканального сигнала в многоканальный для превращения указанного двухканального входного аудиосигнала в многоканальный выходной аудиосигнал, включающий по меньшей мере четыре выходных аудиосигнала; и

средства передачи указанных по меньшей мере четырех выходных аудиосигналов на по меньшей мере четыре входа средства модификации и суммирования сигнала.

29. Система воспроизведения звука по п.1 или 16, далее включающая

средства приема двухканального входного аудиосигнала;

конвертер двухканального сигнала в многоканальный для преобразования указанного двухканального входного аудиосигнала в многоканальный выходной аудиосигнал, включающий пять выходных аудиосигналов;

средства передачи четырех выходных аудиосигналов на четыре входа средства модификации и суммирования сигнала по п.1; и центральный фронтальный громкоговоритель, расположенный впереди от положения прослушивания,

в которой указанный пятый выходной аудиосигнал передается на и воспроизводится указанным центральным фронтальным громкоговорителем таким образом, чтобы воспроизводимый звук, ассоциированный с указанным пятым выходным аудиосигналом, воспринимался слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения указанного центрального фронтального громкоговорителя.

30. Система воспроизведения звука по п.1, далее включающая

средства детектирования формата сигнала для определения формата по меньшей мере четырех входных аудиосигналов; и

средства переключения для отключения первого и четвертого входных аудиосигналов и для изменения пути прохождения второго и третьего входных аудиосигналов,

таким образом, чтобы после определения, что активными являются только второй и третий входные аудиосигналы, указанные средства переключения осуществляли отключение первого и четвертого аудиосигналов от средства модификации и суммирования сигналов и снова подсоединяли второй и третий входные аудиосигналы к средствам модификации и суммирования сигналов в положениях, ранее занимаемых первым и четвертым входными аудиосигналами, соответственно, для обхода любых разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов в новом пути прохождения второго и третьего входных аудиосигналов,

таким образом, чтобы указанные второй и третий входные аудиосигналы заменяли указанные первый и четвертый аудиосигналы, соответственно, в разностных сигналах, передаваемых и воспроизводимых левым и правым вспомогательными громкоговорителями,

таким образом, чтобы воспроизводимый системой звук, ассоциированный с указанными вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимался слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей.

31. Способ создания фантомного эффекта окружающего звука от акустической системы, расположенной впереди слушателя, включающий стадии

использования левого главного громкоговорителя и правого главного громкоговорителя, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого главных громкоговорителей на некотором расстоянии друг от друга по оси громкоговорителей, определяемой как линия, проходящая через указанные положения левого и правого главных громкоговорителей, с областью прослушивания, включающей в общем область перед положениями левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы положение левого главного громкоговорителя находилось слева, а положение правого главного громкоговорителя находилось справа, если смотреть на них из области прослушивания;

использования левого вспомогательного громкоговорителя и правого вспомогательного громкоговорителя, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого вспомогательных громкоговорителей, где предполагаемые положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей должны находиться примерно на оси громкоговорителей таким образом, чтобы положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей, если смотреть из области прослушивания, были расположены слева и справа, соответственно, от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей и отстояли на расстояние d от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы расстояние d находилось в интервале от примерно 50% до 150% от среднего расстояния между ушами человека при измерении по прямой линии через голову;

модификации первого входного аудиосигнала и суммирования модифицированного первого входного аудиосигнала со вторым входным аудиосигналом, передачи комбинации модифицированного первого входного аудиосигнала и второго входного аудиосигнала на левый главный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с комбинацией модифицированного первого входного аудиосигнала и второго входного аудиосигнала в левом главном громкоговорителе;

модификации четвертого входного аудиосигнала и суммирования модифицированного четвертого входного аудиосигнала с третьим входным аудиосигналом, передачи комбинации модифицированного четвертого входного аудиосигнала и третьего входного аудиосигнала на правый главный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с комбинацией модифицированного четвертого входного аудиосигнала и третьего входного аудиосигнала, в правом главном громкоговорителе;

вычитания модифицированного четвертого входного аудиосигнала из модифицированного первого входного аудиосигнала, передачи полученного разностного сигнала на левый вспомогательный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с разностным сигналом, в левом вспомогательном громкоговорителе; и вычитания модифицированного первого входного аудиосигнала из модифицированного четвертого входного аудиосигнала, передачи полученного разностного сигнала на правый вспомогательный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с разностным сигналом, в правом вспомогательном громкоговорителе;

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный со вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из пространственной области источников звука, расположенной примерно между указанными левым и правым главными громкоговорителями, и в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей.

32. Способ по п.31, далее включающий стадии

использования центрального фронтального громкоговорителя, предназначенного для размещения между положениями левого и правого главных громкоговорителей; и

передачи пятого входного аудиосигнала на центральный фронтальный громкоговоритель и воспроизведения звука, ассоциированного с пятым входным аудиосигналом, в центральном фронтальном громкоговорителе, в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения указанного центрального фронтального громкоговорителя.

33. Способ по п.31 или 32, в котором расстояние d между соответствующими главными и вспомогательными громкоговорителями примерно равно среднему расстоянию между ушами.

34. Способ по п.31, в котором указанная стадия модификации первого входного аудиосигнала включает использование первого разностного фильтра фронтального и тыльного сигналов и указанная стадия модификации четвертого входного аудиосигнала включает использование второго разностного фильтра фронтального и тыльного сигналов, таким образом, чтобы воспроизводимый звук, ассоциированный с первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимался слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей, включая области пространства позади слушателя.

35. Способ по п.31 или 32, в котором первый входной аудиосигнал, второй входной аудиосигнал, третий входной аудиосигнал, и четвертый входной аудиосигнал соответствуют фронтальному левому, фронтальному правому, тыльному левому и тыльному правому сигналам акустической системы окружающего звука.

36. Способ по п.34, далее включающий стадию ограничения по полосе первого и второго разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов до уровня ниже примерно 2500 Гц.

37. Способ по п.34, в котором первый и второй разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов включают полосовое предыскажение на примерно 12 кГц.

38. Способ по п.31 или 32, далее включающий стадии

ограничения частотной характеристики части модифицированного первого входного аудиосигнала, передаваемой на левый вспомогательный громкоговоритель, полосой ниже определенной частоты; и

ограничения частотной характеристики части модифицированного четвертого входного аудиосигнала, передаваемого на правый вспомогательный громкоговоритель, полосой ниже определенной частоты, в котором кажущиеся местонахождения источников воспроизводимых звуков, ассоциированных с первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

39. Способ по п.38, в котором частотная характеристика части модифицированных первого и четвертого входных аудиосигналов ограничена полосой ниже примерно 5 кГц.

40. Способ по п.38, в котором частотная характеристика части модифицированных первого и четвертого входных аудиосигналов ограничена полосой ниже примерно 1,8 кГц.

41. Способ по п.38, в котором частотная характеристика части модифицированных первого и четвертого входных аудиосигналов ограничена полосой ниже примерно 1 кГц.

42. Способ по п.38, далее включающий стадии

ограничения частотной характеристики части модифицированного первого входного аудиосигнала, вычитаемой из модифицированного четвертого входного аудиосигнала, полосой ниже определенной частоты; и ограничения частотной характеристики части модифицированного четвертого входного аудиосигнала, вычитаемой из модифицированного первого входного аудиосигнала, полосой ниже определенной частоты, в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, как более стабильный и более независимый от движений головы слушателя.

43. Способ по п.31 или 32, далее включающий стадии

ограничения частотной характеристики части модифицированного первого входного аудиосигнала, которая вычитается из модифицированного четвертого входного аудиосигнала, полосой выше определенной частоты перед передачей на правый вспомогательный громкоговоритель; и ограничения частотной характеристики части модифицированного четвертого входного аудиосигнала, которая вычитается из модифицированного первого входного аудиосигнала, полосой выше определенной частоты перед передачей на левый вспомогательный громкоговоритель,

в котором полученные сигналы, поступающие на левый и правый вспомогательные громкоговорители, имеют низкочастотный спектр, состоящий преимущественно только из информации, содержащейся в первом и четвертом входных аудиосигналах, соответственно.

44. Способ по п.31, далее включающий стадию

суммирования пятого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.31, примерно равные количества пятого входного аудиосигнала передавались на и воспроизводились левым и правым главными громкоговорителями, в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, как исходящий примерно из положения, находящегося между левым и правым главными громкоговорителями и равноудаленного от них.

45. Способ по п.44, далее включающий стадии

модификации шестого входного аудиосигнала с помощью разностного фильтра фронтального и тыльного сигналов;

суммирования модифицированного шестого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители, таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.44, примерно равные количества модифицированного шестого входного аудиосигнала передавались на и воспроизводились левым и правым главными громкоговорителями,

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с шестым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, как исходящий из положения в общем позади слушателя.

46. Способ по п.34, далее включающий стадии

суммирования второго входного аудиосигнала с первым входным аудиосигналом после модификации указанного первого входного аудиосигнала первым разностным фильтром фронтального и тыльного сигналов;

суммирования третьего входного аудиосигнала с четвертым входным аудиосигналом после модификации указанного четвертого входного аудиосигнала вторым разностным фильтром фронтального и тыльного сигналов;

вычитания комбинации модифицированного четвертого входного аудиосигнала и третьего входного аудиосигнала из комбинации модифицированного первого входного аудиосигнала и второго входного аудиосигнала, передачи полученного разностного сигнала на левый вспомогательный громкоговоритель, и воспроизведения разностного сигнала в левом вспомогательном громкоговорителе; и

вычитания комбинации модифицированного первого входного аудиосигнала и второго входного аудиосигнала из комбинации модифицированного четвертого входного аудиосигнала и третьего входного аудиосигнала, передачи полученного разностного сигнала на правый вспомогательный громкоговоритель, и воспроизведения разностного сигнала в правом вспомогательном громкоговорителе,

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный со вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, находящегося в общем впереди положения слушателя и выходящего за пределы размещения указанных левого и

правого вспомогательных громкоговорителей, и

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы положений указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей и включающего область позади слушателя.

47. Способ по п.46, далее включающий стадии

ограничения частотной характеристики части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, передаваемой на левый вспомогательный громкоговоритель, полосой ниже определенной частоты; и

ограничения частотной характеристики части комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, передаваемой на правый вспомогательный громкоговоритель, полосой ниже определенной частоты,

в котором кажущиеся местонахождения источников воспроизводимого звука, ассоциированных с первым, вторым, третьим и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

48. Способ по п.47, в котором частотная характеристика части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, передаваемых на левый вспомогательный громкоговоритель, и частотная характеристика комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, передаваемых на правый вспомогательный громкоговоритель, ограничены областью ниже примерно 5 кГц.

49. Способ по п.47, в котором частотная характеристика части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, передаваемых на левый вспомогательный громкоговоритель, и частотная характеристика комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, передаваемых на правый вспомогательный громкоговоритель, ограничены областью ниже примерно 1,8 кГц.

50. Способ по п.47, в котором частотная характеристика части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, передаваемых на левый вспомогательный громкоговоритель, и частотная характеристика комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, передаваемых на правый вспомогательный громкоговоритель, ограничены областью ниже примерно 1 кГц.

51. Способ по п.47, далее включающий стадии ограничения частотной характеристики части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, полосой ниже определенной частоты; и ограничения частотной характеристики части комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, полосой ниже определенной частоты, в котором кажущиеся местонахождения источников воспроизводимого звука, ассоциированных с первым, вторым, третьим и четвертым входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как более стабильные и более независимые от движений головы слушателя.

52. Способ по п.46, далее включающий стадии

ограничения частотной характеристики части комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, полосой выше определенной частоты перед воспроизведением правым вспомогательным громкоговорителем; и

ограничения частотной характеристики части комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов, которая вычитается из комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, полосой выше определенной частоты, перед воспроизведением левым вспомогательным громкоговорителем,

в котором полученный сигнал, поступающий на левый вспомогательный громкоговоритель, имеет низкочастотный спектр, состоящий преимущественно только из информации, содержащейся в комбинации модифицированных первого и второго входных аудиосигналов, и

в котором полученный сигнал, поступающий на правый вспомогательный громкоговоритель, имеет низкочастотный спектр, состоящий преимущественно только из информации, содержащейся в комбинации модифицированных третьего и четвертого входных аудиосигналов.

53. Способ по п.46, далее включающий стадию суммирования пятого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.46, примерно равные количества пятого входного аудиосигнала передавались на и воспроизводились левым и правым главными громкоговорителями,

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения, находящегося между левым и правым главными громкоговорителями и равноудаленного от них.

54. Способ по п.53, далее включающий стадии

модификации шестого входного аудиосигнала с помощью разностного фильтра фронтального и тыльного сигналов; и суммирования модифицированного шестого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый и правый главные громкоговорители, таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.53, примерно равные количества шестого входного аудиосигнала передавались на и воспроизводились левым и правым главными громкоговорителями,

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с шестым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, чья голова находится в общем в положении прослушивания, как исходящий из положения в общем позади слушателя.

55. Способ создания эффекта фантомного окружающего звука от акустической системы, расположенной впереди слушателя, включающий стадии

использования левого главного громкоговорителя и правого главного громкоговорителя, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого главных громкоговорителей на некотором расстоянии друг от друга по оси громкоговорителей, определяемой как линия, проходящая через указанные положения левого и правого главных громкоговорителей, причем область прослушивания включает в общем область пространства перед положениями левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы положение левого главного громкоговорителя находилось слева, а положение правого главного громкоговорителя находилось справа, если смотреть из области прослушивания;

использования левого фронтального громкоговорителя и правого фронтального громкоговорителя, которые должны быть размещены, в общем, впереди слушателя, находящегося в положении прослушивания;

использования левого вспомогательного громкоговорителя и правого вспомогательного громкоговорителя, которые должны быть размещены, соответственно, в положениях левого и правого вспомогательных громкоговорителей, причем предполагаемые положения левого и правого вспомогательных громкоговорителей должны находиться примерно на оси громкоговорителей таким образом, чтобы левый и правый вспомогательные громкоговорители, если смотреть из области прослушивания, были расположены слева и справа, соответственно, от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей, и находились на расстоянии d от соответствующих положений левого и правого главных громкоговорителей таким образом, чтобы расстояние d находилось в интервале от примерно 50% до 150% от среднего расстояния между ушами человека при измерении по прямой линии через голову;

модификации первого входного аудиосигнала, передачи модифицированного первого входного аудиосигнала на левый главный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с модифицированным первым входным аудиосигналом, в левом главном громкоговорителе;

модификации четвертого входного аудиосигнала, передачи модифицированного четвертого входного аудиосигнала на правый главный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с модифицированным четвертым входным аудиосигналом, в правом главном громкоговорителе;

передачи второго входного аудиосигнала на левый фронтальный громкоговоритель и воспроизведения звука, ассоциированного со вторым входным аудиосигналом, в левом фронтальном громкоговорителе;

передачи третьего входного аудиосигнала на правый фронтальный громкоговоритель и воспроизведения звука, ассоциированного с третьим входным аудиосигналом, в правом фронтальном громкоговорителе;

вычитания модифицированного четвертого входного аудиосигнала из модифицированного первого входного аудиосигнала, передачи полученного разностного сигнала на левый вспомогательный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с разностным сигналом, в левом вспомогательном громкоговорителе; и

вычитания модифицированного первого входного аудиосигнала из модифицированного четвертого входного аудиосигнала, передачи полученного разностного сигнала на правый вспомогательный громкоговоритель, и воспроизведения звука, ассоциированного с разностным сигналом, в правом вспомогательном громкоговорителе;

в котором воспроизводимые звуки, ассоциированные со вторым и третьим входными аудиосигналами, воспринимаются слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящие из пространственной области источников звука, находящейся примерно между левым фронтальным громкоговорителем и правым фронтальным громкоговорителем;

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с первым и четвертым входными аудиосигналами, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий из широкого интервала положений источников звука, выходящего за пределы размещения указанных левого и правого вспомогательных громкоговорителей.

56. Способ по п.55, далее включающий стадии

суммирования пятого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый фронтальный громкоговоритель и правый фронтальный громкоговоритель, таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.55, примерно равные количества пятого входного аудиосигнала передавались на и воспроизводились левым и правым фронтальными громкоговорителями,

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения, находящегося между левым и правым фронтальными громкоговорителями и равноудаленного от них.

57. Способ по п.56, далее включающий стадии

модификации шестого входного аудиосигнала с помощью разностного фильтра фронтального и тыльного сигналов; и

суммирования модифицированного шестого входного аудиосигнала с сигналами, поступающими на левый фронтальный громкоговоритель и правый фронтальный громкоговоритель, таким образом, чтобы в дополнение к сигналам, указанным в п.56, примерно равные количества модифицированного шестого входного аудиосигнала передавались на и воспроизводились вторым левым и правым фронтальным громкоговорителями,

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с шестым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, чья голова находится в общем в положении прослушивания, как исходящий из положения в общем позади слушателя.

58. Способ по п.31 или 46, далее включающий стадию

преобразования двухканального входного аудиосигнала в многоканальный выходной аудиосигнал, включающий по меньшей мере четыре выходных аудиосигнала, где по меньшей мере четыре выходных аудиосигнала представляют собой первый входной аудиосигнал, второй входной аудиосигнал, третий входной аудиосигнал и четвертый входной аудиосигнал по п.31 или 46.

59. Способ по п.31 или 46, далее включающий стадии

преобразования двухканального входного аудиосигнала в многоканальный выходной аудиосигнал, включающий пять выходных аудиосигналов;

передачи четырех из пяти выходных аудиосигналов таким образом, чтобы они представляли собой первый входной аудиосигнал, второй входной аудиосигнал, третий входной аудиосигнал и четвертый входной аудиосигнал;

передачи пятого выходного аудиосигнала таким образом, чтобы он представлял собой пятый входной аудиосигнал, воспроизводимый центральным фронтальным громкоговорителем;

в котором воспроизводимый звук, ассоциированный с пятым входным аудиосигналом, воспринимается слушателем, находящимся в области прослушивания, чья голова ориентирована в общем в направлении к положениям громкоговорителей, как исходящий примерно из положения указанного центрального фронтального громкоговорителя.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится в общем к воспроизведению звука в многоканальных системах, известных в общем как системы "окружающего звука" и, конкретнее, к применению психоакустических принципов к проектированию акустической системы для воспроизведения ощущения окружающего звука от громкоговорителей, расположенных только впереди слушателя.

Известный уровень техники

Давно известно, что можно использовать междуушное устранение перекрестных помех (interaural crosstalk cancellation, IACC) и функции моделирования восприятия звука человеком (head related transfer functions, HRTF) для расширения воспринимаемого стереофонического эффекта от двухканальной акустической системы или для создания иллюзии прихождения звука из фантомных местоположений, независимо от фактического местонахождения громкоговорителей. На протяжении 1970-х - 1980-х г. в продажу поступали некоторые компоненты акустических систем, использовавшие IACC для расширения пространственных акустических эффектов. Однако до появления недорогих мощных систем цифровой обработки сигналов (DSP) более точное генерирование фантомных источников звука с точным местонахождением было очень сложным и дорогостоящим вследствие сложности точного синтеза HRTF.

В последнее время доступность DSP и улучшенные алгоритмы фильтрации сделали возможным создание фантомного источника звука в практически любой точке пространства с использованием всего одной пары громкоговорителей, типично, расположенных впереди слушателя. Используя варианты одних и тех же методик, можно создавать несколько фантомных источников звука одновременно от одной пары громкоговорителей, типично, расположенных впереди слушателя. Этот метод находит много практических применений. Например, можно имитировать эффект наличия фронтальных, тыльных и центральных громкоговорителей, как в полной 5.1 акустической системе с окружающим звуком, с использованием одной пары громкоговорителей или наушников.

Эти методы основаны на том, каким образом происходит у людей обработка звуков, воспринятых их ушами, для определения местонахождения источников этих звуков. В общем, мы слышим направления звуков на основании двух первичных механизмов - междуушного времени задержки (Interaural Time Delay, ITD) и междуушных разностей уровней (Interaural Level Difference, ILD). ITD обозначает дополнительное время, необходимое для того, чтобы звук, идущий с одной стороны головы слушателя, достиг уха, находящегося с другой стороны, по сравнению со временем, необходимым для достижения уха, ближнего к источнику звука. Величина ITD звука позволяет слушателю с большой точностью определить латеральное направление звука. ILD обозначает разницу в воспринимаемой интенсивности между двумя ушами слушателя для звука, идущего из определенной точки пространства. Например, звук, источник которого расположен слева от слушателя, будет восприниматься левым ухом как более громкий, чем правым, из-за уменьшения громкости при прохождении звука через голову слушателя. Общая разность интенсивности между ушами улучшает латеральную локализацию звуков с помощью ITD. В дополнение к этому звуки, приходящие с конкретного направления, создают в каждом ухе сложную амплитудно-частотную характеристику, характерную для данного конкретного пространственного направления. Комбинация этих характеристических пространственно-частотных характеристик и ITD, ассоциированных со звуками, приходящими с данного направления, называются функцией моделирования восприятия звука (Head Related Transfer Functions, HRTF). Частотный компонент характеристики HRTF очень сложен и несколько различается для каждого человека. Именно точная структура частотной характеристики HRTF в каждом ухе позволяет слушателю определить угол возвышения источника звука и его фронтальное или тыльное местонахождение. Например, источник звука, расположенный под углом 60 градусов слева и впереди слушателя, имеет такой же ITD (ок. 300 мс), как и источник звука, расположенный под углом 60 градусов слева и позади слушателя. Однако асимметрия наружного уха создает сильно различающиеся HRTF для этих двух местоположений источников звука, тем самым позволяя слушателю определить как латеральное положение, так и разницу между фронтальным и тыльным положением. Аналогичный механизм позволяет слушателю определить примерный угол возвышения источника звука. В общем механизм определения латерального положения источников звука на основе ITD действует в частотном диапазоне примерно от 150 до 1200 Гц. Механизмы локализации звуков на основании частотной характеристики HRTF действует от примерно 500 Гц до выше 12000 Гц.

На основании этих принципов были разработаны разные методы устранения междуушного перекрестного затухания в громкоговорителях, генерирования фантомных источников звука из монауральных сигналов с использованием синтезированных или измеренных HRTF и для использования HRTF при создании фантомных тыльных каналов в акустических системах окружающего звука от одной пары громкоговорителей.

В общем методы, использующие HRTF для создания фантомных источников звука, при имитации акустическая система окружающего звука или в других областях применения, имеют ряд практических ограничений. Точное представление HRTF требует очень большого объема вычислений и поэтому трудно получить достаточную точность, используя практически и экономически эффективные методы DSP. Например, патент США № 6173061, который описывает метод генерирования фантомного источника звука с использованием HRTF, признает наличие потребности в более эффективных алгоритмах обработки звука и направлен на решение этой проблемы. Дополнительно конкретные HRTF, используемые в методах известного уровня техники, выбираются на основе предположений, учитывающих характеристики используемых громкоговорителей, конкретное относительное взаимное положение громкоговорителей и слушателя и изменения фактической HRTF для разных слушателей. Учитывая очень специфическую и структурно сложную природу HRTF, специалисты в данной области поймут, что изменения характеристик громкоговорителя или местонахождения в сочетании с передвижением слушателя в сторону от предполагаемого местонахождения при прослушивании может легко разрушить иллюзию фантомного источника звука. Кроме того, фактические HRTF некоторых слушателей могут слишком сильно отличаться от используемой в устройстве HRTF, в результате чего иллюзия не будет возникать. Например, патент США № 4893342 и родственные с ним патенты описывают методы увеличения пространственной гибкости основанного на HRTF метода путем ограничения частотного диапазона восприятия HRTF интервалом от примерно 600 до 10 кГц и методы определения HRTF, слабо зависящих от особенностей слушателя.

Некоторые известные методы создания фантомных местонахождений и источников звука основаны на использовании бинаурально записанных сигналов или других специально записанных сигналов в качестве входных сигналов. Эти методы могут подпадать под описанные выше ограничения и также будут функционировать надлежащим образом только при использовании входных сигналов, полученных с использованием точно пределенной схемы записи. Например, патент США № 4199658 описывает такой метод, основанный на использовании бинаурально записанных сигналов в качестве входных сигналов.

Наконец, большинство известных методов создания фантомных тыльных каналов источника звука стараются создать иллюзию того, что в действительности громкоговорители расположены в определенных точках пространства позади слушателя. Такие методы раскрыты, например, в патенте США № 6052470 и родственных с ним патентах, которые описывают разные методы использования HRTF для создания иллюзии пары громкоговорителей, расположенных позади слушателя. Однако специалисты в данной области в общем согласны с тем, что при воспроизведении звука тыльного канала для акустических систем окружающего звука, рассеянная локализация является предпочтительной по отношению к типу точной локализации, создаваемой реальными громкоговорителями прямого излучения с тыльным расположением. Кроме того, как понятно специалистам в данной области, акустические системы окружающего звука, состоящие из фронтальных и тыльных пар громкоговорителей, не позволяют эффективно локализовать звуки в областях, расположенных непоредственно слева и справа от слушателя, находящегося по центру между двумя парами громкоговорителей.

Таким образом, существует потребность в методах создания фантомных тыльных каналов окружающего звука, требующих менее сложной обработки сигнала, предъявляющих меньшие требования к характеристикам громкоговорителя, месту установки громкоговорителя, местонахождению слушателя и различиям HRTF для разных слушателей, эффективно работающих при использовании обычно доступных записей и способных создавать рассеянную локализацию звуков тыльного канала в акустических системах окружающего звука в пространственной области вокруг слушателя.

Краткое описание изобретения

Таким образом, предметом настоящего изобретения является создание устройства и способа создания фантомных тыльных каналов окружающего звука или фантомного эффекта окружающего звука от акустической системы или системы пары громкоговорителей, расположенных впереди слушателя. Дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечение способов осуществления с использованием простых аналоговых фильтров или простой DSP. Другой целью настоящего изобретения является снижение требований к характеристикам громкоговорителя, месту установки громкоговорителя, местонахождению слушателя и различиям между слушателями. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение эффективного воспроизведения окружающего звука при использовании обычно доступных звукозаписей окружающего звука. Далее целью настоящего изобретения явлется генерирование фантомных источников звука, которые воспринимаются как исходящие из области пространства, охватывающей разные точки вокруг или позади слушателя, включая области непосредственно слева и справа от слушателя.

Патенты США № № 4489432; 4497064; 4569074 и 4630298 раскрывают метод использования расположения главных и вспомогательных громкоговорителей в системе воспроизведения стереозвука для устранения IАС и создания реалистичного акустического поля, выходящего за пределы места расположения громкоговорителей с использованием сигналов от обычно доступных стереозаписей. Описания этих патентов целиком включены сюда в качестве ссылок. Например, изображающая известный уровень техники Фиг.1 (Фиг.10 патента США № 4489432) показывает конкретно, какое расположение главных и вспомогательных громкоговорителей может быть использовано для создания фантомного источника звука за пределами области размещения громкоговорителей от двух входных сигналов. На основании описаний патентов США № № 4489432; 4497064; 4569074 и 4630298 специалистам в данной области техники будет понятно, что система, сконструированная в соответствии с этими описаниями, способна создавать фантомные источники звука в любой точке пространства впереди слушателя более или менее независимо от местонахождения громкоговорителей в соответствии с информацией о локализации, содержащейся в двух записанных сигналах, используемых в качестве входных сигналов. Способы, описанные в этих патентах, пригодны также для создания стабильного звукового образа, когда в двух записанных сигналах, используемых в качестве входных сигналов, отсутствует информация о локализации.

В соответствии с одним вариантом исполнения настоящего изобретения в системе воспроизведения звука, имеющей по меньшей мере четыре входа для приема по меньшей мере четырех входных аудиосигналов, например сигналов левого фронтального, правого фронтального, левого и правого каналов окружающего звука, причем правый главный громкоговоритель и левый главный громкоговоритель находятся, соответственно, в правом и левом положениях главных громкоговорителей относительно оси громкоговорителей, расположенных на равном расстоянии от основного положения прослушивания. Основное положение прослушивания (LL) определяется в общем как пространственное положение с размещением головы слушателя лицом к главным громкоговорителям вдоль центральной оси положения слушателя и с положением правого уха и положением левого уха вдоль проходящей через уши оси, причем положения правого и левого ушей разделены максимальным междуушным звуковым расстоянием t_max, а основное положение прослушивания определяется, в частности, как точка на проходящей через уши оси, равноудаленная от правого и левого ушей. Центральная ось положения слушателя CLA определяется как линия, проходящая через основное положение прослушивания и точку на оси громкоговорителей, равноудаленную от правого и левого главных громкоговорителей. Правый вспомогательный громкоговоритель и левый вспомогательный громкоговоритель расположены в положениях правого и левого вспомогательных громкоговорителей по существу на оси громкоговорителей левого и правого главных громкоговорителей и на равном расстоянии от основного положения прослушивания LL. За счет точного размещения вспомогательных громкоговорителей по отношению к главным громкоговорителям, использования соответствующих модификаций и комбинаций левого и правого окружающих сигналов для создания управляющих сигналов для главных и вспомогательных громкоговорителей, и соответствующей фильтрации составляющих указанных управляющих сигналов, слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, получает ощущение окружающего звука от громкоговорителей, расположенных только впереди слушателя.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую кажущееся местонахождение источника, создаваемого за счет расположения, раскрытого в патенте США № 4489432, Фиг.10.

Фиг.2 представляет собой схему, изображающую первый вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.2а представляет собой схему, изображающую комбинации сигналов по первому варианту исполнения настоящего изобретения.

Фиг.2b представляет собой схему, изображающую добавление пятого входного аудиосигнала к первому варианту исполнения настоящего изобретения.

Фиг.3 изображает семейство амплитудно-частотных характеристик звуков, приходящих с разных угловых направлений.

Фиг.4 изображает семейство амплитудно-частотных характеристик с указанием разности частотных характеристик между звуками, приходящими из областей, расположенных впереди слушателя и позади слушателя, у ближнего уха слушателя.

Фиг.5 изображает семейство амплитудно-частотных характеристик с указанием разности частотных характеристик между звуками, приходящими из областей, расположенных впереди слушателя и позади слушателя, у дальнего уха слушателя.

Фиг.6 изображает семейство амплитудно-частотных характеристик, представляющих разность между кривыми соотношений фронтальных и тыльных сигналов для ближнего уха, изображенными на Фиг.4, и кривыми соотношений фронтальных и тыльных сигналов для дальнего уха, изображенными на Фиг.5, для каждой пары зеркально отображаемых фронтального и тыльного источников звука.

Фиг.7 представляет собой схематическое изображение воспринимаемых тыльных звуков из точки, расположенной позади слушателя.

Фиг.8 представляет собой схематическое изображение воспринимаемых кажущихся местонахождений источников звука в широкой пространственной области позади слушателя при использовании настоящего изобретения.

Фиг.9 изображает семейство кривых, рассчитанных путем вычитания частотной характеристики, изображенной на Фиг.3, для звуков, приходящих с конкретного направления к ближайшему уху слушателя, из частотной характеристики звуков, приходящих с того же направления к дальнему уху слушателя.

Фиг.10 представляет собой схему, изображающую второй вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.11 представляет собой схему, изображающую третий вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.12 представляет собой схему, изображающую четвертый вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.13 представляет собой схему, изображающую пятый вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.13а представляет собой схему, изображающую комбинации сигналов по пятому варианту исполнения настоящего изобретения.

Фиг.14 представляет собой схему, изображающую примерные воспринимаемые положения источников звука впереди слушателя и кажущиеся воспринимаемые положения источников звука позади слушателя при использовании пятого варианта исполнения настоящего изобретения.

Фиг.15 представляет собой схему, изображающую шестой вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.16 представляет собой схему, изображающую примерные воспринимаемые положения источников звука впереди слушателя при использовании шестого варианта исполнения настоящего изобретения.

Фиг.17 представляет собой схему, изображающую седьмой вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.18 представляет собой схему, изображающую примерные кажущиеся воспринимаемые положения источников звука позади слушателя при использовании седьмого варианта исполнения настоящего изобретения.

Фиг.19 представляет собой схему, изображающую восьмой вариант исполнения настоящего изобретения.

Фиг.20 представляет собой схему, изображающую комбинации сигналов по девятому варианту исполнения настоящего изобретения.

Фиг.21 представляет собой схему, изображающую десятый вариант исполнения настоящего изобретения.

Детальное описание изобретения

Предпочтительные варианты исполнения настоящего изобретения описаны далее со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые буквенные/цифровые обозначения указывают идентичные или функционально подобные элементы. Хотя обсуждаются конкретные конфигурации и схемы, следует понимать, что это делается только в целях иллюстрации. Специалисту в соответствующей области техники будет понятно, что другие конфигурации и схемы могут быть использованы без выхода за пределы сущности и объема изобретения.

Фиг.2 и 2а изображают первый предпочтительный вариант исполнения настоящего изобретения. Как показано на Фиг.2, предусмотрены четыре входных аудиосигнала, только в качестве примера и без каких-либо ограничений, соответствующих каналам сигнала системы окружающего звука. Подразумевается, что они могут быть любыми четырьмя входными аудиосигналами. Однако, для обеспечения понятности и единства описания, эти сигналы будут называться в данном описании левыми сигналом окружающего звука LS; левым фронтальным сигналом LF; правым фронтальным сигналом RF и правым сигналом окружающего звука RS. Предусмотрены также левый и правый ящики громкоговорителей LSE и RSE. Левый ящик громкоговорителей LSE содержит по меньшей мере один левый главный громкоговоритель LMS и по меньшей мере один левый вспомогательный громкоговоритель LSS. Правый ящик громкоговорителей RSE содержит по меньшей мере один правый главный громкоговоритель RMS и по меньшей мере один правый вспомогательный громкоговоритель RSS. Как хорошо известно специалистам в данной области, немодифицированные аудиосигналы, воспроизводимые парой громкоговорителей, например, в типичной акустической стереосистеме, воспринимаются слушателем, сидящим перед громкоговорителями, как исходящие из области пространства, расположенной между двумя громкоговорителями. Таким образом, звуки, создаваемые только главными левым и правым громкоговорителями LMS и RMS, воспринимаются слушателем, находящимся в точке основного положения прослушивания LL, как исходящие из пространственной области источников звука, расположенной примерно между и ограниченной фактическими положениями левого и правого главных громкоговорителей LMS и RMS.

Как изображено на Фиг.2, слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, имеет левое ухо Le и правое ухо Re. Средняя точка между левым ухом Le и правым ухом Re находится на центральной оси расположения слушателя CLA. Как отмечено в патенте США № 4489432, целиком включенным сюда в качестве ссылки, положения правого и левого ушей разделены максимальным междуушным звуковым расстоянием t_max. Как также объясняется в патенте США № 4489432 и изображено на Фиг.2, звуковое расстояние t представляет собой время, необходимое для прохождения звука от левого главного громкоговорителя LMS до левого уха Le, а звуковое расстояние t+ t представляет собой время, необходимое для прохождения звука от левого главного громкоговорителя LMS до правого уха Re. Аналогично звуковое расстояние t обозначает также время, необходимое звуку от правого главного громкоговорителя RMS на то, чтобы достичь правого уха Re, и звуковое расстояние t+ t обозначает также время, необходимое звуку от правого главного громкоговорителя RMS на то, чтобы достичь левого уха Le. Аналогично t+ t обозначает также время, необходимое звуку от правого вспомогательного громкоговорителя RSS на то, чтобы достичь правого уха Re, и время, необходимое звуку от левого вспомогательного громкоговорителя LSS на то, чтобы достичь левого уха Le.

Как также изображено на Фиг.2, левый сигнал окружающего звука LS проходит через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 1 и суммируется с левым фронтальным сигналом LF в сумматоре 3. Суммарный сигнал затем передается на левый главный громкоговоритель LMS. Аналогично правый сигнал окружающего звука RS проходит через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 2 и суммируется с правым фронтальным сигналом RF в сумматоре 4. Суммарный сигнал затем передается на правый главный громкоговоритель RMS.

Разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 модифицируют сигналы окружающего звука LS и RS таким образом, чтобы возле ушей слушателя и в определенном диапазоне частот они примерно совпадали с частотной характеристикой звуковых сигналов, источник которых находится позади слушателя, несмотря на то, что они испускаются источником, находящимся впереди слушателя. Эта модификация поясняется со ссылкой на Фиг.3-6. Фиг.3 изображает семейство амплитудно-частотных характеристик, представляющих частотную характеристику на барабанной перепонке слушателя по сравнению с условиями свободного поля для звуков, поступающих от источников звука с разными угловыми положениями в горизонтальной плоскости. Фиг.4 изображает другое семейство амплитудно-частотных характеристик, рассчитанных путем вычитания частотной характеристики, приведенной на Фиг.3 для звуков, приходящих к ближнему уху слушателя от источников звука, находящихся впереди слушателя, из частотной характеристики для звуков, приходящих от зеркального отражения источника звука, находящегося позади слушателя. Например, как показано на Фиг.3, вычитание кривой для звуков, приходящих к левому уху слушателя под углом 45 градусов впереди слушателя, из кривой для звуков, приходящих к левому уху под углом 135 градусов позади слушателя, дает кривую, обозначенную "45-135 deg." на Фиг.4. Таким образом, если разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 на Фиг.2 имеют примерно характеристики, например, разностной фронтально-тыльной амплитудно-частотной характеристики по Фиг.4, обозначенной "45-135 deg.", и левый и правый главные громкоговорители LMS и RMS расположены под углом примерно 45 градусов по обе стороны от центральной оси расположения слушателя CLA, слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, будет воспринимать примерно такую же частотную характеристику для сигналов окружающего звука LS и RS на барабанной перепонке соответствующего ближнего уха, как если бы эти звуки приходили от источников звука, расположенных позади слушателя в точках, являющихся зеркальными отражениями фактических положений источников звука LMS и RMS впереди слушателя, из которых в действительности исходят сигналы окружающего звука LS и RS.

Фиг.5 изображает аналогичное семейство разностных фронтально-тыльных амплитудно-частотных характеристик, рассчитанных путем вычитания частотной характеристики, изображенной на Фиг.3, для звуков, приходящих к дальнему уху слушателя от источников звука, расположенных впереди слушателя, из частотной характеристики для звуков, приходящих от источников звука, находящихся в зеркально отраженных положениях позади слушателя. Применение разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов с такими характеристиками к звукам, приходящим к дальнему уху слушателя от источников звука, находящихся в своем действительном положении впереди слушателя, будет дублировать частотную характеристику на барабанной перепонке дальнего уха слушателя звука, приходящего от зеркально отраженного положения источника звука позади слушателя. Например, возвращаясь снова к Фиг.3, вычитание кривой для звуков, приходящих к левому уху слушателя под углом минус 45 градусов из положения впереди слушателя, из кривой для звуков, приходящих к левому уху под углом минус 135 градусов из положения позади слушателя, дает кривую, обозначенную "45-135 deg." на Фиг.5. Таким образом, если разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 на Фиг.2 имеют примерно характеристики, например, разностной фронтально-тыльной амплитудно-частотной характеристики на Фиг.5, обозначенной "45-135 deg.", a левый и правый главные громкоговорители LMS и RMS расположены под углом примерно 45 градусов по обе стороны от центральной оси слушателя CLA, то слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, будет воспринимать примерно такую же частотную характеристику для сигналов окружающего звука LS и RS на барабанной перепонке соответствующего дальнего уха, как если бы источники звука находились в положении позади слушателя, являющемся зеркальным отражением фактического положения источников звука LMS и RMS впереди слушателя, от которых в действительности исходят сигналы окружающего звука LS и RS.

Фиг.6 изображает семейство амплитудно-частотных характеристик, представляющих разность между кривыми соотношения фронтальных и тыльных сигналов для ближнего уха, изображенными на Фиг.4, и кривыми соотношения фронтальных и тыльных сигналов для дальнего уха, изображенными на Фиг.5, для каждой пары зеркальных отражений фронтального и тыльного расположения источников звука. При рассмотрении Фиг.6 видно, что кривые соотношения фронтальных и тыльных сигналов для ближнего уха и дальнего уха являются по существу одинаковыми до частоты примерно 2500 Гц. Можно также увидеть при рассмотрении Фиг.4 и 5, что разностные фронтально-тыльные амплитудно-частотные характеристики как для ближнего, так и для дальнего уха очень близки до частоты примерно 2500 Гц для источников звука, расположенных в интервале примерно между 30 и 60 градусами по обе стороны от центральной оси слушателя CLA впереди слушателя. Если разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 имеют характеристики, примерно соответствующие, например, разностной фронтально-тыльной амплитудно-частотной характеристике по Фиг.4, обозначенной "45-135 deg.", до частоты примерно 2500 Гц, то слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, будет воспринимать примерно такую же частотную характеристику до примерно 2500 Гц на обоих барабанных перепонках для сигналов, моифицированных с помощью указанных разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов 1 и 2, как если бы источники звука были расположены в положениях позади слушателя, представляющих собой зеркальные отражения фактического положения источников звука левого и правого главных громкоговорителей LMS и RMS впереди слушателя, при размещении левого и правого главных громкоговорителей LMS и RMS в интервале примерно между 30 и 60 градусами по обе стороны от центральной оси расположения слушателя CLA. Как изображено на Фиг.7, если входные сигналы разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 являются, например, левым и правым сигналами окружающего звука LS и RS, слушателю будет казаться, что левый и правый сигналы окружающего звука LS и RS создаются фантомными громкоговорителями, расположенными позади слушателя в точках, представляющих собой зеркальное отражение положений левого и правого громкоговорителей PLS и PRS.

Таким образом, в данном первом варианте исполнения разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 по Фиг.2 могут иметь характеристики, которые ограничивают частотный диапазон значениями ниже примерно 2500 Гц и которые имеют примерно частотную характеристику кривой, обозначенной

"45-135 deg." на Фиг.4, для частот ниже примерно 2500 Гц. Как указывалось выше и как изображено на Фиг.6, поскольку разностные фронтально-тыльные амплитудно-частотные характеристики ниже примерно 2500 Гц очень близки в интервале угловых положений как для ближнего, так и для дальнего ушей, то даже если громкоговорители расположены не точно под углом 45 градусов к центральной оси расположения слушателя CLA, разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 все равно создадут у слушателя ощущение того, что звуки приходят от зеркально отраженных положений, находящихся позади слушателя, как изображено на Фиг.7. Несмотря на приведенное выше обсуждение, эксперименты показали, что в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения желательно, чтобы частотная характеристика разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 заходила значительно выше 2500 Гц. Было также обнаружено, что в некоторых вариантах осуществления желательно включить полосовое предыскажение от примерно плюс 4 дБ до плюс 8 дБ на частоте примерно 12 кГц.

Возвращаясь снова к Фиг.2, после прохождения через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 1, левый сигнал окружающего звука LS проходит через инвертор 5 и низкочастотный фильтр 11. Он затем проходит через сумматор 10, в котором суммируется с правым сигналом окружающего звука RS, прошедшим через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 2 и низкочастотный фильтр 8, таким образом, чтобы полученный суммарный сигнал состоял из модифицированного левого сигнала окружающего звука LS', вычтенного из модифицированного правого сигнала окружающего звука RS'. Суммарный сигнал затем передается на правый вспомогательный громкоговоритель RSS, расположенный в правом ящике громкоговорителей RSE. Аналогично после прохождения через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 2 правый сигнал окружающего звука RS проходит через инвертор 6 и низкочастотный фильтр 12. Затем он проходит через сумматор 9, в котором суммируется с левым сигналом окружающего звука RS, пропущенным через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 1 и низкочастотный фильтр 7, таким образом, чтобы полученный суммарный сигнал состоял из модифицированного правого сигнала окружающего звука RS', вычтенного из модифицированного левого сигнала окружающего звука LS'. Суммарный сигнал затем передается на левый вспомогательный громкоговоритель LSS, расположенный в левом ящике громкоговорителей LSE. Низкочастотные фильтры 7, 8, 11 и 12 могут иметь характеристики, ограничивающие частотную характеристику до уровня ниже примерно 1 кГц, как раскрыто в патенте США № 4630298, обычно с целью стабилизации кажущегося местонахождения источников звука, повышения допустимых пределов движения головы слушателя, улучшения иллюзии кажущегося местонахождения источников звука для слушателя, не находящегося в точке основного положения прослушивания LL, и расширения допустимых пределов местонахождения главных и вспомогательных громкоговорителей. Однако в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения желательно, чтобы указанные низкочастотные фильтры имели частотную характеристику, значительно выходящую за 1 кГц, или выбрать одну частоту отсечки для низкочастотных фильтров 7 и 8, и другую частоту отсечки для низкочастотных фильтров 11 и 12. В одном конкретном варианте осуществления данного варианта исполнения настоящего изобретения низкочастотные фильтры 7 и 8 имеют частотную характеристику, доходящую до примерно 5 кГц, а низкочастотные фильтры 11 и 12 имеют частотную характеристику, доходящую до приблизительно 1,8 кГц.

В соответствии с данным первым вариантом исполнения Фиг.2а изображает общую структуру модифицированных и суммарных сигналов, передаваемых на каждый громкоговоритель, где символ штриха (') указывает на то, что исходный входной аудиосигнал был соответствующим образом модифицирован с помощью средств модификации и суммирования сигнала 20. Следует понимать, что в пределах объема настоящего изобретения и как изображено на Фиг.2а любые пригодные средства могут быть использованы для обеспечения соответствующей модификации и суммирования сигнала. В дополнение, и как описано выше, эксперименты показали, что в пределах объема настоящего изобретения многие варианты конкретной описанной тут модификации сигнала эффективно обеспечивают приемлемую иллюзию окружающего звука от громкоговорителей, расположенных только впереди слушателя. Конкретно описанные тут модификации сигнала приводятся только для примера и не являются ограничительными.

В данном первом варианте исполнения левый вспомогательный громкоговоритель LSS и правый вспомогательный громкоговоритель RSS располагаются по отношению к левому главному громкоговорителю LMS и правому главному громкоговорителю RMS и к слушателю в соответствии с описаниями патентов США № № 4489432; 4497064; 4569074 и 4630298 с целью устранения IAC и создания реалистичного акустического поля, выходящего за пределы области размещения громкоговорителей. Как показано на Фиг.1, отображающей известный уровень техники, и описано в указанных выше патентах США, левый и правый вспомогательные громкоговорители LSS и RSS могут быть расположены на общей оси громкоговорителей с левым и правым главными громкоговорителями LMS и RMS. Однако, как также обсуждается в указанном выше патенте США № 4497064, вспомогательные громкоговорители могут быть размещены в любой точке пространства, создающей требуемое значение времени задержки по отношению к соответствующим главным громкоговорителям, для звуков, направленных на уши слушателя. Как изображено на Фиг.2 и обсуждается в патентах США № № 4489432; 4497064; и 4569074, в том случае, когда главные и вспомогательные громкоговорители расположены вдоль общей оси громкоговорителей, предпочтительное расстояние между соответствующими главными и вспомогательными громкоговорителями с каждой стороны примерно равно величине от максимального звукового интервала

t_max до примерно 150% t_max, что обеспечивает соответствующее изменение времени задержки между громкоговорителями t' без выхода за пределы существа и назначения настоящего изобретения. Как показано на Фиг.1, изображающей известный уровень техники, способы, раскрытые в патентах США № № 4489432; 4497064; 4569074 и 4630298, пригодны для создания кажущихся местонахождений источников звука в интервале до примерно 90 градусов слева и справа от центральной оси расположения слушателя CLA впереди слушателя от двух входных аудиосигналов, таких как используемые в нормальной стереозаписи. Как было описано выше, в первом варианте исполнения настоящего изобретения, разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 на Фиг.2 выбирают таким образом, чтобы они преобразовывали частотную характеристику источников звука, расположенных впереди слушателя, в частотную характеристику, примерно соответствующую положению источников звука, воспринимаемых обоими барабанными перепонками слушателя, в точках зеркального отражения позади слушателя, для заданного частотного диапазона. Таким образом, способы, раскрытые в патентах США № № 4489432; 4497064; 4569074 и 4630298, модифицированные, как описано тут, и в сочетании с вышеупомянутыми манипуляциями с сигналом, создадут иллюзию расположения источников звука в интервале примерно 90 градусов слева и справа от центральной оси расположения слушателя позади слушателя, из левого и правого входных сигналов окружающего звука LS и RS. На Фиг.8 показаны только пути прохождения для левого и правого сигналов окружающего звука LS и RS вместе с примерным интервалом воспринимаемых тыльных положений источников звука PRSL от левого и правого сигналов окружающего звука LS и RS. Как показано на Фиг.2, звук левого фронтального и правого фронтального входных сигналов LF и RF будет восприниматься как оставшийся примерно в акустических положениях громкоговорителей LMS и RMS, соответственно. Таким образом, в данном варианте исполнения настоящего изобретения при использовании громкоговорителей, расположенных только спереди, слушатель будет воспринимать кажущиеся местонахождения источников звука, расположенные спереди и сзади, аналогично обычным акустическим системам окружающего звука, типично использующим четыре реальных громкоговорителя, расположенных впереди и позади слушателя. В дополнение, этот вариант исполнения настоящего изобретения обладает преимуществами по сравнению с обычными системами громкоговорителей окружающего звука и методами известного уровня техники при генерировании фантомных тыльных каналов, такими как патенты США № № 5799094; 6052470 и 5579396, заключающимися в том, что слушатель будет воспринимать кажущиеся местонахождения источников звука PRSL в широкой области размещения позади себя, как изображено на Фиг.8, которые зависят преимущественно от композиции записанных сигналов, а не от кажущихся тыльных положений источников звука, ограниченных определенными кажущимися тыльными положениями громкоговорителей, как изображено на Фиг.7, которые зависят преимущественно от фронтального расположения громкоговорителей. Кроме того, настоящее изобретение обладает преимуществом гибкого изменения позиции слушателя по сравнению с чисто электронными методами известного уровня техники, используемыми для генерирования иллюзии окружающего звука. Использование главных и вспомогательных громкоговорителей в соответствии с настоящим изобретением устраняет необходимость в определенных фиксированных пространственных соотношениях между главными громкоговорителями и слушателем, а также между двумя главными громкоговорителями. Дополнительно, эксперименты показали, что такая схема расположения в комбинации с описанными тут модификациями сигнала обеспечивает генерирование широкого интервала кажущихся местонахождений источников звука для слушателя, находящегося в общем в области пространства перед громкоговорителями, но не находящегося в основной точке положения прослушивания LL. Эксперименты также показали, что слушатель, находящийся еще дальше от точки основного положения прослушивания LL все еще может воспринимать приятную иллюзию окружающего звука, но со значительно менее конкретной локализаций кажущихся местонахождений источников звука.

Коротко остановимся на Фиг.2b, где изображен вариант данного первого варианта исполнения, идентичный изображенному на Фиг.2, за исключением того, что предусмотрен пятый входной аудиосигнал, такой как сигнал центрального канала в системе окружающего звука С. Предусмотрен также ящик громкоговорителей центрального канала CSE, который содержит по меньшей мере один центральный громкоговоритель CS. Центральный входной сигнал С для центрального канала передается на центральный громкоговоритель CS. Звуки, создаваемые центральным громкоговорителем CS, воспринимаются слушателем, находящимся в точке основного положения прослушивания LL, как исходящие примерно из акустического положения центрального громкоговорителя CS. Специалистам в данной области понятно, что в соответствии с этим и другими вариантами исполнения настоящего изобретения ощущение окружающего звука от расположенных впереди громкоговорителей может быть создано с использованием только четырех входных аудиосигналов, как изображено на Фиг.2 и 2b, и что наличие пятого входного аудиосигнала, такого как сигнал центрального канала, типично используемого в системе окружающего звука, является необязательным и не необходимым.

Второй вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.10. Этот второй вариант исполнения является таким же, как и первый вариант исполнения, описанный на Фиг.2 и 2а, за исключением добавленных лево-правого фильтра 13 и право-левого фильтра 14. Лево-правый фильтр 13 добавляется к пути прохождения левого сигнала окружающего звука LS после его прохождения через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 1, инвертор 5 и низкочастотный фильтр 11 и перед суммированием с правым сигналом окружающего звука RS в сумматоре 10. Аналогично право-левый фильтр 14 добавляется к пути прохождения правого сигнала окружающего звука RS после его прохождения через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 2, инвертор 6 и низкочастотный фильтр 12, и перед суммированием с левым сигналом окружающего звука LS в сумматоре 9. Назначение лево-правого фильтра 13 и право-левого фильтра 14 будет объяснено со ссылками на Фиг.9, описанную ниже.

Фиг.9 изображает семейство кривых, рассчитанных путем вычитания частотной характеристики, изображенной на Фиг.3, для звуков, приходящих с конкретного направления к ближнему уху слушателя, из частотной характеристики для звуков, приходящих с того же направления к дальнему уху слушателя. Таким образом, эти кривые соответствуют изменению частотной характеристики звука при его прохождении через голову слушателя слева направо или справа налево. При внимательном рассмотрении Фиг.9 можно увидеть, что эти кривые аналогичны по форме и амплитуде до частоты примерно 2000 Гц. При использовании этого второго варианта исполнения настоящего изобретения, изображенного на Фиг.10, лево-правый фильтр 13 может иметь примерно характеристики, например, кривой по Фиг.9, обозначенной "от 45 до -45". Таким образом, инвертированный и прошедший низкочастотный фильтр левый сигнал окружающего звука, создаваемый правым вспомогательным громкоговорителем RSS для устранения IAC, будет лучше сочетаться с частотной характеристикой синфазного левого сигнала окружающего звука, создаваемого левым главным громкоговорителем LMS при достижении им правого уха слушателя Re, и будет поэтому более эффективно устранять IAC. Право-левый фильтр 14 может иметь аналогичные характеристики таким образом, чтобы эффективность IACC у левого уха слушателя Le аналогично улучшалась. Результатом этого будет улучшенное восприятие кажущихся местонахождений источников звука в широкой области местонахождений позади слушателя.

Третий вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.11. Третий вариант исполнения идентичен второму варианту исполнения, описанному со ссылкой на Фиг.10, за исключением того, что добавляются высокочастотные фильтры 15 и 16. Высокочастотный фильтр 15 добавляется к пути прохождения левого сигнала окружающего звука LS после его прохождения через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 1, инвертор 5, низкочастотный фильтр 11 и лево-правый фильтр 13, и перед суммированием с правым сигналом окружающего звука RS в сумматоре 10. Аналогично высокочастотный фильтр 16 добавляется к пути прохождения правого сигнала окружающего звука RS после его прохождения через разностный фильтр фронтального и тыльного сигналов 2, инвертор 6, низкочастотный фильтр 12 и право-левый фильтр 14, перед суммированием с левым сигналом окружающего звука LS в сумматоре 9. В общем разница между левым и правым сигналами окружающего звука LS и RS на низких частотах очень мала. Как показано на Фиг.10, манипуляции с сигналом, описанные во втором варианте исполнения, слабо влияют на сигналы ниже частоты примерно 150 Гц, за исключением того, что один компонент этих сигналов инвертируется перед суммированием с сигналом окружающего звука противоположной стороны в сумматорах 9 и 10 и передается на их соответствующие вспомогательные громкоговорители LSS и RSS. Таким образом, низкочастотные характеристики этих компонентов будут по существу аннулировать друг друга при их суммировании, оставляя сигнал, состоящий преимущественно из средне- и высокочастотной информации, предназначенной для воспроизведения вспомогательными громкоговорителями LSS и RSS. Как обсуждалось выше, направленное прослушивание на основе ITD эффективно только для частот не ниже примерно 150 Гц. Возвращаясь снова к Фиг.11, частоты ниже примерно 150 Гц могут быть исключены из путей прохождения инвертированных левого и правого сигналов окружающего звука путем использования высокочастотных фильтров 15 и 16, без потери эффективности IACC. Вследствие этого, низкочастотные характеристики синфазной части левого и правого сигналов окружающего звука не будут взаимоуничтожаться и низкочастотные характеристики системы, в общем, улучшатся.

Четвертый вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.12. В этом варианте исполнения настоящего изобретения центральный громкоговоритель удаляется из первого варианта исполнения, изображенного на Фиг.2b и описанного выше. Как показано на Фиг.12, центральный входной сигнал С делится и суммируется с левым и правым фронтальными сигналами LF и RF и с модифицированными левым и правым сигналами окружающего звука LS и RS, с помощью сумматоров 3 и 4. Полученный сигнал передается на левый и правый главные громкоговорители LMS и RMS, соответственно. Слушатель, таким образом, воспринимает фантомное положение центрального источника звука PCS непосредственно впереди и на центральной оси расположения слушателя CLA для звуков центрального входного сигнала С, без использования центрального громкоговорителя. Следует понимать, что в рамках объема настоящего изобретения описанная выше методика генерирования фантомного положения центрального источника звука и отказа от использования физического центрального громкоговорителя может быть использована в качестве составляющей любого другого описанного тут варианта исполнения.

Пятый вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.13 и 13а. Этот вариант исполнения настоящего изобретения аналогичен первому варианту исполнения, описанному со ссылкой на Фиг.2, за исключением того, что левый и правый фронтальный сигналы LF и RF подаются на левый и правый вспомогательные громкоговорители LSS и RSS через определенные фильтры и манипуляции с сигналом для устранения IAC и создания расширенного интервала воспринимаемых положений фронтальных источников звука в дополнение к воспринимаемому интервалу положений тыльных источников звука, ранее описанному в первом варианте исполнения. Как показано на Фиг.13, левый фронтальный сигнал LF суммируется с левым сигналом окружающего звука LS в сумматоре 3 после модификации левого сигнала окружающего звука LS разностным фильтром фронтального и тыльного сигналов 1. Аналогично правый фронтальный сигнал RF суммируется с правым сигналом окружающего звука RS в сумматоре 4 после модификации правого сигнала окружающего звука RS разностным фильтром фронтального и тыльного сигналов 2. Комбинация левого фронтального сигнала LF и модифицированного левого сигнала окружающего звука LS передается на левый главный громкоговоритель LMS, а также вычитается из комбинации правого фронтального сигнала RF и модифицированного правого сигнала окружающего звука RS путем сначала инвертирования сводного левого фронтального плюс модифицированного левого сигнала окружающего звука в инверторе 5 и после прохождения через необязательный низкочастотный фильтр 11 суммирования в сумматоре 10 со сводным правым фронтальным плюс модифицированным правым сигналом окружающего звука, которые были дополнительно пропущены через необязательный низкочастотный фильтр 8. Полученный разностный сигнал передается на правый вспомогательный громкоговоритель RSS. Аналогично комбинация правого фронтального сигнала RF и модифицированного правого сигнала окружающего звука RS передается на правый главный громкоговоритель RMS, а также вычитается из комбинации левого фронтального сигнала LF и модифицированного левого сигнала окружающего звука LS путем сначала инвертирования сводного правого фронтального плюс модифицированного правого сигнала окружающего звука в инверторе 6 и после прохождения через необязательный низкочастотный фильтр 12 суммирования в сумматоре 11 со сводным левым фронтальным плюс модифицированным левым сигналом окружающего звука, которые были дополнительно пропущены через необязательный низкочастотный фильтр 7. Полученный разностный сигнал передается на левый вспомогательный громкоговоритель LSS. Как описано выше, эффект разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов 1 и 2 в пути прохождения левого и правого сигналов окружающего звука LS и RS приводит к тому, что они воспринимаются как расположенные позади слушателя. Отсутствие этих фильтров в пути прохождения левого и правого фронтальных сигналов LF и RF приводит к тому, что они воспринимаются как расположенные впереди слушателя. Размещение главных и вспомогательных громкоговорителей LMS, RMS, LSS и RSS, в сочетании с манипуляциями сигналом, как изображено на Фиг.13, приводит к тому, что слушатель воспринимает расширенный диапазон расположения источников звука для всех сигналов, поступающих на главные и вспомогательные громкоговорители, причем положение источников звука левого и правого фронтальных сигналов LF и RF воспринимается как находящееся впереди слушателя, а положение источников звука левого и правого сигналов окружающего звука LS и RS воспринимается как находящееся позади слушателя, как изображено на Фиг.14.

В соответствии с этим пятым вариантом исполнения Фиг.13а изображает общую композицию модифицированных и суммарных сигналов, передаваемых на каждый громкоговоритель, где символ штриха (') обозначает, что исходный входной аудиосигнал был соответствующим образом модифицирован средствами модификации и суммирования сигнала 20. Следует понимать, что в пределах объема настоящего изобретения и, как изображено на Фиг.13а, могут быть использованы любые пригодные средства для достижения соответствующих модификаций и комбинаций сигнала.

Шестой вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.15. В этом варианте исполнения настоящего изобретения устройство детектирования формата сигнала 22 добавлено к методу, изображенному на Фиг.13 и описанному выше как пятый вариант исполнения, а сумматоры 17 и 18 заменены на переключатели 19 и 19а. Когда устройство детектирования формата сигнала 22 определяет наличие по меньшей мере четырех входных аудиосигналов, активируются переключатели 19 и 19а для выбора путей прохождения сигналов, создаваемых левым и правым сигналами окружающего звука LS и RS. В этом случае результат будет таким же, как описано выше в первом варианте исполнения. Если устройство детектирования формата сигнала определяет, что левый и правый сигналы окружающего звука LS и RS отсутствуют, переключатели 19 и 19а активируются для выбора пути прохождения сигналов, создаваемых левым и правым фронтальными сигналами LF и RF. В этом случае результат заключается в расширении диапазона воспринимаемых положений источников звука впереди слушателя для воспроизводимых звуков, ассоциированных с левым и правым фронтальными сигналами LF и RF, как изображено на Фиг.16. Следует понимать, что детектирование формата сигнала и требуемая коммутация могут быть использованы для перемаршрутизации любой пары входных сигналов с целью создания более широкого интервала воспринимаемых положений источников звука впереди или позади слушателя.

Седьмой вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.17. В этом варианте исполнения настоящего изобретения входной сигнал тыльного центрального канала RC добавляется к варианту исполнения, описанному со ссылкой на Фиг.11. Тыльные центральные каналы приобретают все большее распространение в так называемых системах окружающего звука типа "6.1". Тыльный центральный сигнал RC модифицируют путем пропускания через разностный фильтр центральных фронтального и тыльного сигналов 21 и затем суммируют, с одной стороны, с левым фронтальным сигналом LF и левым сигналом окружающего звука LS в сумматоре 3 перед подачей на левый главный громкоговоритель LMS и, с другой стороны, с правым фронтальным сигналом RF и правым сигналом окружающего звука RS в сумматоре 4 перед подачей на правый главный громкоговоритель RMS. Если разностный фильтр центральных фронтального и тыльного сигналов 21 имеет характеристики, например, примерно аналогичные разностным фильтрам фронтального и тыльного сигналов 1 и 2, тыльный сигнал центрального канала, испускаемый левым главным громкоговорителем LMS и правым главным громкоговорителем RMS, будет восприниматься слушателем, находящимся в точке основного положения прослушивания LL, как имеющий примерно такую же частотную характеристику, как если бы эти звуки испускались позади слушателя в положениях, представляющих собой зеркальное отражение положений левого и правого главных громкоговорителей LMS и RMS, изображенных в положениях PLMS и PRMS на упрощенной схеме Фиг.18. Поскольку фантомные тыльные звуки из положений PLMS и PRMS одинаковы, слушатель, находящийся в положении слушателя LL, будет воспринимать тыльный центральный сигнал как испускаемый из фантомного центрального тыльного положения PRCL, расположенного прямо позади положения слушателя, как также изображено на Фиг.18.

Восьмой вариант исполнения настоящего изобретения аналогичен первому варианту исполнения, изображенному на Фиг.2, за исключением того, что не используются разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов. Как показано на Фиг.19, пути прохождения сигнала для левого и правого сигналов окружающего звука LS и RS изображены без разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов. Все другие пути прохождения сигнала остаются такими же, как изображено на Фиг.2. В отсутствие разностных фильтров фронтального и тыльного сигналов левый и правый сигналы окружающего звука LS и RS будут восприниматься слушателем, находящимся в точке основного положения прослушивания LL, как исходящие из области положений впереди слушателя, обозначенной на Фиг.19 как PSSL. Как и в первом варианте исполнения, левый и правый фронтальный сигналы LF и RF подаются на левый и правый главные громкоговорители LMS и RMS. В результате слушатель, находящийся в положении слушателя LL, будет воспринимать левый и правый фронтальные сигналы LF и RF как исходящие из пространственной области источников звука PFSL, расположенной между указанными левым и правым главными громкоговорителями LMS и RMS, а левый и правый сигналы окружающего звука LS и RS будут восприниматься как исходящие из области положений впереди слушателя PSSL, выходящей за границы размещения громкоговорителей. Эксперименты показали, что эта схема обеспечивает приемлемое ощущение псевдоокружающего звука благодаря широкой области воспринимаемых положений источников звука для сигналов окружающего звука LS и RS, несмотря на то, что они воспринимаются как испускаемые спереди и по бокам от слушателя, а не позади него.

Девятый вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.20. Этот девятый вариант исполнения аналогичен первому варианту исполнения за исключением того, что предусмотрены отдельные левый и правый фронтальные громкоговорители LFS и RFS для воспроизведения левого и правого фронтальных сигналов LF и RF. Левый и правый фронтальные громкоговорители LFS и RFS могут быть размещены где угодно впереди слушателя и получают только левый и правый фронтальные сигналы LF и RF, соответственно. В результате слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, будет ощущать, что левый и правый фронтальные сигналы LF и RF исходят из пространственной области источников звука PFSL между левым и правым фронтальными громкоговорителями LFS и RFS впереди слушателя. В этом девятом варианте исполнения модификации и суммирование сигналов производятся с левым и правым сигналами окружающего звука LS и RS средствами модификации и суммирования сигналов 20 для получения комбинаций сигналов для каждого громкоговорителя, как изображено на Фиг.20. Модификации сигналов могут включать любые модификации, описанные выше в других вариантах исполнения; только в качестве примера и без каких-либо ограничений разностные фильтры фронтального и тыльного сигналов, лево-правые фильтры, низкочастотные фильтры или высокочастотные фильтры, таким образом, чтобы слушатель ощущал широкую область кажущегося местонахождения источников звука для левого и правого сигналов окружающего звука LS и RS впереди или позади слушателя в соответствии с используемыми модификациями сигнала.

Десятый вариант исполнения настоящего изобретения изображен на Фиг.21. Этот десятый вариант исполнения аналогичен первому варианту исполнения, описанному на Фиг.2 и 2а, за исключением того, что по меньшей мере четыре входных сигнала LS, LF, RF и RS получают из двух исходных входных сигналов L и R, таких как типично используемые в акустической стереосистеме. В этом десятом варианте исполнения предусмотрены средства преобразования двухканального сигнала в многоканальный 22, которые обрабатывают два исходных входных сигнала L и R таким образом, чтобы создать по меньшей мере четыре выходных сигнала LS, LF, RF и RS. Специалистам в данной области известно много способов осуществления превращения двухканального сигнала в многоканальный, таких как Dolby Pro-Logic . Эти по меньшей мере четыре выходных сигнала LS, LE, RF и RS затем используются в качестве входных сигналов для средств модификации и суммирования сигнала 20, описанных выше в других вариантах исполнения. В результате слушатель, находящийся в точке основного положения прослушивания LL, будет воспринимать ощущение окружающего звука от всего лишь расположенных впереди громкоговорителей и всего лишь двух исходных входных каналов L и R, аналогично тому, как было описано в других вариантах исполнения. Следует понимать, что в пределах объема настоящего изобретения средства преобразования двухканального сигнала в многоканальный 22 могут также создавать пятый канал, такой как центральный канал С или шестой канал, такой как тыльный центральный канал RC, которые также будут использоваться в качестве входных сигналов средствами модификации и суммирования сигналов 20, описанными выше в других вариантах исполнения.

Следует понимать, что в дополнение к этим вариантам исполнения возможны многие другие варианты в пределах объема настоящего изобретения. Например, описанные выше усовершенствования, касающиеся второго и третьего вариантов исполнения, могут быть объединены с четвертым, пятым и шестым вариантами исполнения. Или же, метод фантомного центрального канала, описанный в четвертом варианте исполнения, может быть объединен с любыми другими вариантами исполнения. Следует также понимать, что в пределах объема настоящего изобретения входные сигналы не ограничены левым сигналом окружающего звука, правым сигналом окружающего звука, левым фронтальным, правым фронтальным и центральным сигналами, такими как используемые в типичной акустической системе окружающего звука, но могут представлять собой любую комбинацию по меньшей мере двух сигналов, если это желательно для создания широкой области воспринимаемых положений источников звука впереди или позади слушателя.