Способ и система для передачи характеристик виртуального акустического окружающего пространства
Авторы патента:
Изобретение относится к способу и системе, которые могут создавать для слушателя искусственное слуховое ощущение, соответствующее определенному пространству. Виртуальное акустическое окружающее пространство содержит поверхности, которые отражают, поглощают и пропускают звук. Для представления поверхностей используются параметризованные фильтры, а для представления параметризованных фильтров задаются параметры, определяющие передаточные функции фильтров. Техническим результатом является передача характеристик виртуального акустического пространства пользователю при приемлемой вычислительной нагрузке. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретениеИзобретение относится к способу и системе, которые могут создавать для слушателя искусственное слуховое ощущение, соответствующее определенному пространству. В частности, изобретение относится к передаче такого слухового ощущения в системе, которая в цифровой форме передает, обрабатывает и/или сжимает информацию, которая должна представляться пользователю.Уровень техникиВиртуальное акустическое окружающее пространство относится к слуховому ощущению, при помощи которого человек, слушающий электрически воспроизведенный звук, может воображать, что он находится в некотором пространстве. Простое средство для создания виртуального акустического окружающего пространства состоит в том, чтобы добавлять реверберацию, посредством чего слушатель получает ощущение от пространства. Сложные виртуальные акустические окружающие пространства часто стараются имитировать некоторое реальное пространство, в связи с чем это часто называется аурализацией (созданием ауры) упомянутого пространства. Эта концепция описана, например, в статье М.Kleiner, B.-I. Dalenback, P. Svensson: "Auralization - An Overview", 1993, J. Audio Eng. Soc., Vol. 41, №11, p.861-875. Аурализация естественным способом может быть объединена с созданием виртуального визуального окружающего пространства, в связи с чем пользователь, обеспеченный подходящими устройствами отображения и громкоговорителями или наушниками, может наблюдать желаемое реальное или воображаемое пространство и даже "перемещаться" в упомянутом пространстве, в связи с чем его аудиовизуальное ощущение бывает различным в зависимости от того, какую точку в упомянутом окружающем пространстве он выбирает в качестве своей точки наблюдения.Создание виртуального акустического окружающего пространства делится на три фактора, которые представляют собой: моделирование источника звука, моделирование пространства и моделирование слушателя. Настоящее изобретение относится, в частности, к моделированию пространства, в соответствии с чем цель заключается в том, чтобы создать идею относительно того, как звук распространяется, как он отражается и ослабляется в упомянутом пространстве, и в том, чтобы передавать эту идею в электрической форме, которую должен использовать слушатель. Известные способы моделирования акустики пространства представляют собой так называемые определения траектории луча и способ воображаемого источника. В известном способе звук, генерируемый источником звука, делится на трехмерный пучок, содержащий "звуковые лучи", распространяющиеся по существу прямолинейно, и затем выполняется вычисление относительно того, как каждый луч распространяется в обрабатываемом пространстве. Слуховое ощущение, получаемое слушателем, производится посредством сложения звука, представленного теми лучами, которые в течение некоторого периода и через некоторое максимальное число отражений достигают точку наблюдения, выбранную слушателем. В способе воображаемого источника для исходного источника звука генерируется множество виртуальных воображаемых источников, в связи с чем эти виртуальные источники являются зеркальными изображениями источника звука относительно рассматриваемых поверхностей отражения: позади каждой рассматриваемой поверхности отражения помещается один воображаемый источник, имеющий расстояние по прямой до точки наблюдения, которое равняется расстоянию между исходным источником звука и точкой наблюдения, измеренному через отражение. Далее, звук от воображаемого источника достигает точки наблюдения с такого же расстояния, как реальный отраженный звук. Слуховое ощущение получается посредством сложения звуков, генерируемых воображаемыми источниками.Способы уровня техники имеют очень большую вычислительную нагрузку. Если предположить, что виртуальное окружающее пространство передается пользователю, например, посредством радиовещания или через сеть передачи данных, то приемник пользователя должен непрерывно отслеживать до десятков тысяч звуковых лучей или складывать звук, генерируемый тысячами воображаемых источников. Кроме того, базовая точка вычисления изменяется всегда, когда пользователь решает изменить положение точки наблюдения. С существующими в настоящее время устройствами и способами уровня техники фактически невозможно передавать аурализованное звуковое окружающее пространство.Сущность изобретенияЗадача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ и систему, с помощью которой виртуальное акустическое пространство может передаваться пользователю при приемлемой вычислительной нагрузке.Решение задач изобретения достигается посредством разделения окружающего пространства, которое должно моделироваться, на секции, для которых создаются параметризованные модели отражения и/или поглощения, а также модели пропускания, и посредством обработки главным образом параметров модели в передаче данных.Способ согласно изобретению отличается тем, что: поверхности, содержащиеся в виртуальном акустическом окружающем пространстве, описывают фильтрами, действие которых на акустический сигнал зависит от параметров, относящихся к каждому фильтру, и параметры, относящиеся к каждому фильтру, передают из передающего устройства в приемное устройство.Изобретение также относится к системе, которая отличается тем, что она содержит передающее устройство и приемное устройство и средство для реализации передачи электрических данных между передающим устройством и приемным устройством, средство для создания банка фильтров, которое содержит параметризованные фильтры для моделирования поверхностей, содержащихся в виртуальном акустическом окружающем пространстве, и средство для передачи определенных параметров, описывающих упомянутые параметризованные фильтры, из упомянутого передающего устройства в упомянутое приемное устройство.Согласно настоящему изобретению акустические характеристики пространства могут быть смоделированы способом, принцип которого также известен из визуального моделирования поверхностей. Здесь поверхность вообще говоря обозначает объект рассматриваемого пространства, в соответствии с чем характеристики объекта являются относительно однородными относительно модели, созданной для пространства. Для каждой рассматриваемой поверхности задается множество коэффициентов (в дополнение к визуальным характеристикам, если модель содержит визуальные характеристики), которые представляют акустические характеристики поверхности, в связи с чем такие коэффициенты представляют собой, например, коэффициент отражения, коэффициент поглощения и коэффициент пропускания. Говоря в более общем смысле, мы можем утверждать, что для поверхности задается некоторая параметризованная передаточная функция. В создаваемой модели пространства упомянутая поверхность представлена фильтром, который реализует упомянутую передаточную функцию. Когда звук из источника звука используется в качестве входных данных в систему, отклик, создаваемый передаточной функцией, представляет собой звук при попадании на упомянутую поверхность. Акустическая модель пространства составляется множеством фильтров, каждый из которых представляет некоторую поверхность в пространстве.Если проект фильтра, представляющего акустические характеристики поверхности, и параметризованная передаточная функция, реализованная фильтром, известны, то для представления некоторой поверхности достаточно задать параметры передаточной функции, характеризующие упомянутую поверхность.В системе, предназначенной для передачи виртуального окружающего пространства в виде потока данных, имеется приемник и/или воспроизводящее устройство, в память которого заносятся тип или типы фильтра и передаточной функции, используемой системой. Устройство получает поток данных, функционирующий в качестве входных данных, например, принимая его посредством радио или телевизионного приемника, загружая его из сети передачи данных, типа сети Интернет, или считывая его локально из средства записи. В начале работы устройство получает в потоке данных те параметры, которые используются для моделирования поверхностей в пределах виртуального окружающего пространства, которое должно быть создано. С помощью этих данных и сохраненных типов фильтров и типов передаточной функции устройство создает банк фильтров, который соответствует акустическим характеристикам виртуального окружающего пространства, которое должно быть создано. Во время работы устройство получает в потоке данных звук, который оно должно воспроизвести для пользователя, в связи с чем оно подает звук в банк фильтров, который оно создало, и в результате оно получает обработанный звук, а пользователь, слушающий этот звук, получает ощущение желательного виртуального окружающего пространства.Требуемое количество переданных данных может быть дополнительно уменьшено посредством формирования базы данных, содержащей некоторые стандартные поверхности и запоминаемой в памяти приемника/воспроизводящего устройства. База данных содержит параметры, с которыми возможно описать стандартные поверхности, задаваемые базой данных. Если виртуальное окружающее пространство, которое должно быть создано, содержит только стандартные поверхности, то в потоке данных должны передаваться только идентификаторы стандартных поверхностей, имеющиеся в базе данных, в связи с чем из базы данных могут считываться параметры передаточных функций, соответствующих этим идентификаторам, и не нужно будет передавать их отдельно в приемник/воспроизводящее устройство. База данных также может содержать информацию относительно таких типов составных фильтров и/или передаточных функций, которые не похожи на те типы фильтров и передаточных функций, которые в основном используются в системе, и которые потребляли бы неприемлемо много из пропускной способности системы передачи данных, если бы они передавались с потоком данных, когда это требуется.Краткое описание чертежейВ дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:фиг.1 изображает моделируемое акустическое окружающее пространство,фиг.2 - параметризованный фильтр,фиг.3а - банк фильтров, сформированный посредством параметризованных фильтров,фиг.3б - модификацию компоновки, показанной на фиг.3а,фиг.4 - систему для применения изобретения,фиг.5а - часть фиг.4 более подробно,фиг.5б - часть фиг.5а более подробно,фиг.6 - другую систему для применения изобретения.Для соответствующих частей используются одни и те же номера позиций.Подробное описание чертежейФиг.1 изображает акустическое окружающее пространство, содержащее источник 100 звука, отражающие поверхности 101 и 102 и точку 103 наблюдения. Дополнительно к акустическому окружающему пространству принадлежит источник 104 интерферирующего звука. Звуки, распространяющиеся от источников звука до точки наблюдения, представлены стрелками. Звук 105 распространяется непосредственно из источника 100 звука до точки 103 наблюдения. Звук 106 отражается от стены 101, и звук 107 отражается от окна 102. Звук 108 - это звук, производимый источником 104 интерферирующего звука, и этот звук попадает в точку 103 наблюдения через окно 102. Все звуки распространяются в воздухе, который занимает рассматриваемое акустическое окружающее пространство, кроме моментов отражения и моментов прохождения через оконное стекло.Относительно моделирования пространства все звуки, показанные на чертеже, ведут себя по-разному. На звук 105, распространяющийся прямо, действует задержка, вызванная расстоянием между источником звука и точкой наблюдения и скоростью звука в воздухе, а также ослабление, вызванное воздухом. На звук 106, отраженный от стены, действуют, в дополнение к влиянию, вызванному задержкой и ослаблением в воздухе, также ослабление звука и возможный фазовый сдвиг при попадании звука на препятствие. Те же факторы действуют на звук 107, отраженный от окна, но из-за того, что материал стены и оконное стекло акустически различны, в этих отражениях звук отражается и ослабляется, а фаза сдвигается по-разному. Звук 108 от источника интерферирующего звука проходит через оконное стекло, в связи с чем на возможность детектировать его в точке наблюдения действуют характеристики пропускания оконного стекла в дополнение к эффектам задержки и ослабления в воздухе. В этом примере можно предположить, что стена имеет настолько хорошие акустические изоляционные характеристики, что звук, произведенный источником 104 интерферирующего звука, не проходит через стену к точке наблюдения.Фиг.2 изображает в общем фильтр, то есть устройство 200, имеющее некоторую передаточную функцию Н и предназначенное для обработки зависящего от времени сигнала. Функция X(t) зависящего от времени импульса преобразуется в фильтре 200 в зависящую от времени функцию Y(t) отклика. Если зависящие от времени функции представлены способом, известным также как Z-преобразование (дискретное преобразование Лапласа), то Z-преобразование H(z) передаточной функции может быть выражено как соотношение![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/81/814148.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/81/814149.gif)
Формула изобретения
1. Способ передачи характеристик виртуального акустического окружающего пространства из передающего устройства в приемное устройство, при этом виртуальное акустическое окружающее пространство содержит представления поверхностей, виртуально существующих в виртуальном акустическом окружающем пространстве, отличающийся тем, что поверхности, виртуально существующие в виртуальном акустическом окружающем пространстве, описаны фильтрами, которые воздействуют на акустический сигнал в зависимости от параметров, которые относятся к каждому фильтру, при этом параметры, относящиеся к каждому фильтру, передают из приемного устройства в передающее устройство.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры, относящиеся к каждому фильтру, являются коэффициентами, представляющими характеристики акустического отражения и/или поглощения и/или передачу характеристик поверхностей.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что он содержит этапы, на которых передающим устройством создают пространство, содержащее представления поверхностей, виртуально существующих в виртуальном окружающем пространстве, которые представлены фильтрами, имеющими действие на акустический сигнал, которое зависит от параметров, относящихся к каждому фильтру; передающим устройством передают в приемное устройство информацию об упомянутых параметрах, относящихся к каждому фильтру; для того, чтобы восстановить виртуальное акустическое окружающее пространство приемным устройством создают банк фильтров, содержащий фильтры, которые оказывают воздействие на акустический сигнал в зависимости от параметров, относящихся к каждому фильтру, на основе информации, переданной передающим устройством.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что передающим устройством передают в приемное устройство информацию относительно параметров, относящихся к каждому фильтру, в виде части потока данных по международному стандарту сжатия и передачи видеоданных в низкоскоростных мультимедийных системах MPEG-4.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что передающим устройством передают в приемное устройство информацию относительно параметров, относящихся к каждому фильтру, в виде части двоичного формата для описания сцены (BIFS), включенной в поток данных по стандарту MPEG-4, часть BIFS содержит некоторые поля, адаптированные к передаче акустических параметров.6. Способ по п.3, отличающийся тем, что он содержит этапы, на которых передающим устройством создают виртуальное акустическое окружающее пространство, содержащее представления первого набора поверхностей, виртуально существующих в виртуальном акустическом окружающем пространстве, которые представлены фильтрами, имеющими воздействие на акустический сигнал, которое зависит от параметров, относящихся к каждому фильтру; передающим устройством передают в приемное устройство информацию относительно упомянутых параметров, относящихся к каждому фильтру, представляющему поверхность в первом наборе поверхностей; для того, чтобы восстановить виртуальное акустическое окружающее пространство приемным устройством создают банк фильтров, содержащий фильтры, описывающие второй набор поверхностей, виртуально существующих в виртуальном акустическом окружающем пространстве, причем второй набор поверхностей является истинным поднабором первого набора поверхностей, таким образом, что число поверхностей во втором наборе поверхностей зависит от пропускной способности приемного устройства.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры, относящиеся к каждому фильтру, являются идентификаторами стандартных поверхностей в базе данных, содержащей некоторые стандартные поверхности, база данных, запоминаемая в памяти приемного устройства, содержит параметры, адаптированные для описания поверхностей, включенных в базу данных, в связи с чем, когда идентификаторы некоторых стандартных поверхностей в базе данных передают в приемное устройство, приемное устройство компонуют таким образом, чтобы считывать соответствующие параметры фильтров из базы данных.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из упомянутых фильтров состоит из трех последовательных фильтрующих каскадов (530, 531, 532), из которых первый фильтрующий каскад (530) представляет ослабление в передающей среде, второй фильтрующий каскад (531) представляет поглощение в отражающем материале, и третий фильтрующий каскад (532) учитывает направленность источника звука таким образом, что первый каскад (530) компонуют так, чтобы учитывать как расстояние, которое проходит звук от источника звука через поверхность отражения к точке наблюдения, так и характеристики передающей среды, такие как влажность, давление и температура.9. Система для передачи характеристик виртуального акустического окружающего пространства, содержащего представления поверхностей, виртуально существующих в виртуальном акустическом окружающем пространстве, отличающаяся тем, что она содержит передающее устройство и приемное устройство и средство для передачи электрических данных между передающим устройством и приемным устройством, средство для создания банка фильтров, который содержит параметризованные фильтры, имеющие действие на акустический сигнал, которое зависит от параметров, относящихся к каждому фильтру, для моделирования поверхностей виртуально существующих в виртуальном акустическом окружающем пространстве, и средство для передачи соответствующих параметров, описывающих упомянутые параметризованные фильтры, из передающего устройства в приемное устройство.10. Система по п.9, отличающаяся тем, что передающее устройство содержит средство мультиплексирования, предназначенное для присоединения параметров, которые представляют характеристики параметризованных фильтров, к потоку данных по стандарту MPEG-4, и приемное устройство содержит средство демультиплексирования, предназначенное для определения параметров, которые представляют характеристики параметризованных фильтров, из потока данных, передаваемых по стандарту MPEG-4.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Похожие патенты:
Изобретение относится к акустической системе для аппаратуры отображения
Способ получения звуковой информации // 2198482
Изобретение относится к области звуковой техники, а именно к способам получения звуковой информации от биологических и других объектов
Способ озвучивания помещений // 2127495
Изобретение относится к электромеханическим преобразователям и может найти применение как в стереофонических устройствах воспроизведения звука, устанавливаемых в автомобилях, так и в стационарной акустической аппаратуре
Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике внутрисудовой связи, и может быть использовано в аппаратуре громкоговорящей связи
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании конструкции и схем коммутации оконечных приборов судовой громкоговорящей связи, устанавливаемых на верхних палубах судов, а также в помещениях с агрессивными средами
Ревербераторное устройство // 55452
Изобретение относится к области акустики
Изобретение относится к многоканальным системам воспроизведения звука, а именно к применению психоакустических принципов в проектировании акустических систем для воспроизведения ощущения окружающего звука от громкоговорителей, расположенных только впереди слушателя
Наушник // 2395261
Изобретение относится к оборудованию персональной защиты, а именно к наушникам, предназначенным для блока защиты органов слуха
Преобразователь звука // 2455788
Способ озвучивания помещений // 2503140
Изобретение относится к области акустики и может быть использовано в системах звуковоспроизведения. Заявлен способ озвучивания помещений, включающий выделение спектральных компонент электрического сигнала, соответствующих различным полосам частот, преобразование электрических сигналов в звуковые с использованием громкоговорителей, установленных параллельно с заданным отклонением от параллельности. Способ также включает использование отражающей поверхности, акустически связанной с громкоговорителями, настройку системы с установлением в каждой паре громкоговоритель - отражающая поверхность стоячей волны на выбранной в соответствии с внешними метеорологическими параметрами и индивидуальной восприимчивостью частоте, которую определяют тестовым прослушиванием с одновременным измерением жизненно важных физиологических параметров человека. Технический результат: повышение согласованности стоячих волн в акустической системе и помещении с частотами внешних полевых агентов. 1 ил.
Расположение динамика в подголовнике // 2550769
Группа изобретений относится к акустике. Первый объект изобретения представляет собой подголовник сиденья транспортного средства или звуковую колонку, прикрепленную к сиденью транспортного средства или к подголовнику. При этом подголовник содержит первый динамик и второй динамик, встроенные в подголовник или в звуковую колонку. Оба динамика имеют основное направление распространения звука, при этом каждый из динамиков зафиксирован в подголовнике или в звуковой колонке таким образом, что основные направления распространения звука имеют наклон относительно основного направления спинки, которое имеется у спинки сиденья транспортного средства. Причем оба динамика расположены с заглублением в подголовнике или в звуковой колонке по отношению к отверстию для выхода звука, так что во время работы звуковые волны, распространяемые из первого и второго динамиков, смешиваются в полости, образованной в подголовнике или в звуковой колонке. Второй объект изобретения представляет собой транспортное средство, содержащее сиденье с подголовником. Транспортное средство дополнительно содержит специальный отражатель звуковых волн, расположенный над подголовником сиденья транспортного средства или над звуковой колонкой на потолке автомобиля. При этом отражатель звуковых волн сконфигурирован для отражения звуковых волн с меньшей потерей звуковых волн по сравнению с потолком транспортного средства. Технический результат - создание рассеянного звука в салоне автотранспортного средства. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 19 ил.
Дисплей и устройство вывода звука // 2559748
Изобретение относится к области видео/аудио воспроизведения. Технический результат - сохранение качества звука, который вызывает высокое ощущение реальности. Дисплей, содержащий: часть дисплея, на которой отображают видеоизображение; первую часть вывода звука, которая выводит стереофонический звук в высокочастотном диапазоне, и которая представляет собой поверхностный источник звука, расположенный на задней поверхности части дисплея, на одном из верхнего участка и нижнего участка части дисплея; вторую часть вывода звука, которая выводит стереофонический звук в более низком частотном диапазоне, чем первая часть вывода звука и которая представляет собой один из поверхностного источника звука и точечного источника звука, расположенного на задней поверхности части дисплея, на одном из верхнего участка и нижнего участка части дисплея, на котором не расположена первая часть вывода звука; часть задержки, которая выполняет задержку вывода второй части вывода звука для ее вывода с запаздыванием относительно вывода первой части вывода звука; третью часть вывода звука, которая выводит звук в еще более низком частотном диапазоне, чем вторая часть вывода звука; и вторую часть задержки, которая выполняет задержку вывода второй части вывода звука относительно вывода третьей части вывода звука. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил.
Группа изобретений относится к акустике. Способ воспроизведения трехмерного звука предполагает генерирование отфильтрованного звукового сигнала, соответствующего первой высоте, из звукового сигнала с помощью связанного с головой передаточного фильтра, реплицирование отфильтрованного звукового сигнала столько раз, сколько имеется динамиков, выполнение по меньшей мере одного из процессов усиления, ослабления и задержки над каждым из реплицированных звуковых сигналов на основе по меньшей мере одного из значения коэффициента усиления и значения задержки, соответствующего каждому из множества динамиков, через которые должны быть выведены реплицированные звуковые сигналы, вывод через соответствующие динамики реплицированных звуковых сигналов, над которыми были выполнены по меньшей мере один из процессов усиления, ослабления и задержки. Устройство содержит фильтр, блок репликации, блок усиления/задержки, блок вывода, выводящий реплицированные звуковые сигналы, над которыми был осуществлен по меньшей мере один из процессов усиления, ослабления и задержки, через соответствующие динамики. Согласно второму способу воспроизведения аудио сигнала принимают многоканальный сигнал, получают коэффициенты фильтра HRTF для по меньшей мере одного входного канала высоты, получают коэффициенты усиления, выполняют воспроизведение на высоте в отношении упомянутого по меньшей мере одного входного канала высоты. Технический результат - повышение эффективности воспроизведения звука. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.