Система и способ искусственной реверберации (варианты)

Система и способ искусственной реверберации (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной патентной заявке США №60/622294 "Искусственная реверберация", поданной 26 октября 2004 г.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к аудиосистемам, более точно усовершенствованному способу и устройству для создания реверберации.

Слушатель, находящийся в помещении, слышит сочетание звука, исходящего непосредственно от источника звука, и последовательности отражений звука от поверхности помещения, которые происходят в различное время. В результате фильтрации гребенчатым фильтром частотная характеристика в месте нахождения слушателя включает множество точек максимума и минимума, поскольку все отражения звука и прямой звук суммируются друг с другом векторно. При первых попытках создания электронной реверберации использовался громкоговоритель и микрофон в помещении, поверхности которого не поглощали звук. Позднее для экономии пространства вместо помещения использовалась металлическая пластина или пружина. С появлением электронных аналоговых линий задержки появилась возможность создавать затухающую последовательность импульсов путем возврата выходных импульсов на вход с незначительным уменьшением усиления. Развитие вычислительной техники и аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей сделало возможным представлять в цифровом представлении такую же затухающую последовательность аналоговых импульсов.

Реверберация может быть охарактеризована ее импульсной характеристикой. Путем математической свертки музыкального сигнала при помощи данной импульсной характеристики получают реверберирующий сигнал. Таким образом, разработки в области реверберации были сосредоточены на получении желательной импульсной характеристики. Становящийся в настоящее время популярным новейший способ получения электронной реверберации заключается в использовании дискретизации. Импульсную характеристику концертного зала записывают и вводят ее в устройство свертки, в результате чего нереверберирующий источник музыки звучит примерно так же, как если бы он был получен в таком концертном зале.

Из-за больших размеров концертных залов поглощения звука аудиторией и поверхностями и распространения звука со скоростью примерно 1090 футов в секунду слушатели даже в лучших концертных залах слышат прямой звук, по меньшей мере, за 15 миллисекунд до поступления первых значимых отражений от поверхностей. Высокочастотное содержание отраженного звука значительно ослаблено по сравнению с прямым звуком. На низких частотах в зависимости от местонахождения слушателя громкость реверберирующего звука обычно выше, чем громкость прямого звука. Некоторым людям нравится петь в душевых кабинах, стены которых покрыты керамической плиткой, где отраженный звук поступает значительно быстрее и имеет большее высокочастотное содержание.

Системы электронной реверберации, используемые в современных технологиях записи, имеют сходные характеристики и обеспечивают свыше 15 миллисекунд первоначальной задержки и ослабление высоких частот. Из-за задержки и отсутствия высокочастотного содержания в акустической или искусственной реверберации явственно слышны любые шумы или недостатки прямого звука, улавливаемого микрофонами.

Большинство людей не осознают, что они слышат частоту биений, возникающую, когда множество инструментов или голосов берут одинаковую ноту. В зависимости от частоты, фазы и гармонического дифференциала слушатель может воспринимать эффект мерцания или высокочастотный шум. Кроме того, смычковые инструменты создают механические шумы, а духовые инструменты создают шумы встречного потока воздуха и периодически раздражающие высшие гармоники. Ударные инструменты могут создавать грохот, а голоса на некоторых нотах могут дребезжать. Близкорасположенные микрофоны часто преувеличивают данные недостатки.

Записывающее, передающее и воспроизводящее оборудование может вносить собственные недостатки или преувеличивать уже существующие. Например, некоторые инженеры звукозаписи не любят обычную технологию записи с импульсно-кодовой модуляцией из-за раздражающих высокочастотных составляющих, которые, как они думают, отсутствуют в живом микрофонном сигнале. По мнению некоторых инженеров звукозаписи, качество звука также искажают системы битового сжатия с потерями, такие как MPEG-3. Обычно они предпочитают такие технологии, как старомодная аналоговая запись на магнитную ленту и прямая потоковая цифровая запись (DSD), которую используют в супераудиокомпакт-дисках (SACD). Вместо 16-битовой импульсно-кодовой модуляции на частоте 44,1 кГц, используемой в компакт-дисках, в DSD осуществляют 1-битовую импульсно-кодовую модуляцию на частоте 2,7 МГц.

Независимо от источников высокочастотных недостатков совокупный результат заключается в том, что при прослушивании почти всех существующих записей возникают моменты, когда высокие частоты звучат настолько раздражающе, что слушатель уменьшает громкость до уровня ниже уровня максимального удовольствия при прослушивании остальной записи и иногда просто выключает ее. Вызывающие раздражение высокие частоты могут быть ослаблены при помощи эквалайзера. Тем не менее, в результате достаточного ослабления высоких частот происходит неудовлетворительная потеря высокочастотной составляющей.

В связи с этим желательно создать систему и способ уменьшения недостатков, искажений и/или раздражающих эффектов, характерных для звукозаписи.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предложен способ и устройство уменьшения недостатков звукозаписи при помощи усовершенствованной искусственной реверберации. Предложенная в изобретении система обеспечивает мягкое, не раздражающее звучание высоких частот без ухудшения высокочастотной составляющей или глухого звучания.

Более точно, в предложенную систему поступает последовательность оцифрованных выборок входной волны (известной как жесткий или прямой сигнал), которая временно сохраняет каждую выборку входного сигнала в кольцевой линии задержки с заданным числом положений задержки. По своему характеру линия задержки является буфером обратного магазинного типа (FIFO). Линия задержки может быть реализована в виде кольцевой линии задержки памяти вычислительной машины или FIFO в случае аппаратной реализации. Предусмотрен вычислительный элемент, в котором используется список пар значений усиления для создания сигнала реверберации, включающего последовательность выборок формы сигнала реверберации, при этом каждая выборка имеет соответствующую амплитуду. Каждая пара значений усиления включает первое значение, определяющее положение в линии задержки относительно положения текущей выборки, и второе значение, определяющее коэффициент усиления.

Каждую выборку сигнала реверберации рассчитывают в реальном времени при помощи вычислительного элемента. Для расчета текущей выборки сигнала реверберации вычислительный элемент обращается к каждой паре значений усиления из списка пар значений усиления. Вычислительный элемент вычисляет промежуточное значение для каждой пары значений усиления путем обращения к амплитуде предыдущей выборки входного сигнала, исходя из относительного положения в линии задержки, которое задано первым значением из соответствующей пары значений усиления, и путем умножения такой амплитуды на второе значение или коэффициент усиления из соответствующей пары значений усиления. Вычислительный элемент рассчитывает промежуточное значение, осуществляя данное умножение для каждого положения в линии задержки, заданного в списке пар значений усиления, и суммирует все промежуточные значения для получения текущей выборки формы сигнала реверберации. Сигнал реверберации представляет собой последовательность выборок формы сигнала реверберации (известного как отраженная волна).

Полный цифровой аудиосигнал сложной формы, состоящий из последовательности выборок формы полного сигнала сложной формы, с соответствующими амплитудами получают путем ослабления каждой текущей выборки формы сигнала реверберации и суммирования ослабленной выборки формы сигнала реверберации и текущей выборки формы входного сигнала.

Списки пар значений. усиления могут быть созданы несколькими способами. В одном из вариантов осуществления оператор устанавливает число настроек, задающих определенные параметры, используемые для создания списка пар значений усиления. Вычислительный элемент обращается к параметрам и рассчитывает пары значений усиления на основании настроек управления, установленных оператором. В случае изменения настроек управления вычислительный элемент создает новый список пар значений усиления на основании новых настроек управления. Поскольку корректировка настроек управления приводит к изменению списка пар значений усиления, используемых для создания сигнала реверберации, оператор может корректировать характеристики сигнала реверберации путем корректировки настроек управления.

В другом варианте осуществления генератор сигнала реверберации генерирует сигнал реверберации, используя предварительно созданный список пар значений усиления. Может быть предусмотрен один или несколько предварительно созданных списков пар значений усиления для генерирования сигналов реверберации с различными характеристиками. Если существует множество предварительно созданных списков пар значений усиления, оператор имеет возможность выбирать через интерфейс один из множества предварительно созданных списков пар значений усиления, используемый для генерирования сигнала реверберации.

Первое и второе значения в списке пар значений усиления описывают кривую затухания, которая имеет участок переднего фронта, плоский участок и участок затухания, при этом первые значения отложены по оси X, а вторые значения - по оси Y. При помощи органов управления, если такие органы управления применяются, оператор может корректировать параметры, которые соответствуют данным участкам кривой затухания.

В отличие от обычных систем реверберации в некоторых вариантах осуществления список пар значений усиления включает пару исходных значений усиления, состоящую из первого значения, определяющего положение в линии задержки с задержкой менее 15 миллисекунд относительно текущего момента. Первые значения дополнительных пар значений усиления из списка пар значений усиления также могут определять положения в линии задержки с задержкой менее или равной 15 миллисекундам относительно текущего момента времени.

У многих полезных сигналов энергия реверберации меньше, чем у прямого звука на низких и средних частотах, при этом она постепенно растет до уровня, превышающего ее уровень у прямого звука на сверхвысоких частотах. Энергия реверберации на высоких частотах необязательно растет сама по себе. Она может превышать энергию прямого звука при затухании прямого звука с повышением частоты.

Другие признаки, особенности и преимущества системы и способа, которые раскрыты в настоящем изобретении, явствуют из следующего далее подробного описания изобретения.

Краткое описание чертежей

Более полному пониманию изобретения способствует его подробное описание со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема предложенной в настоящем изобретении системы с одной линией задержки с отводами и вычислительным элементом,

на фиг.2 схематически показан способ вычисления амплитуд текущих выборок формы сигнала реверберации согласно настоящему изобретению,

на фиг.3 показана блок-схема системы, в которой первый вычислительный элемент, соединенный с первой линией задержки, используется для получения первого сигнала реверберации, поступающего во вторую линию задержки, соединенную со вторым вычислительным элементом, для получения второго сигнала реверберации,

на фиг.4 представлены органы управления пользователя, служащие для установки параметров, используемых при создании списка пар значений усиления,

на фиг.5а и 5b показаны блок-схемы, иллюстрирующие обработку сигнала с целью получения генерированной процессором реверберации согласно настоящему изобретению,

на фиг.6 показана диаграмма, иллюстрирующая примерную кривую затухания реверберации, полученную в элементах, показанных на фиг.2 а и 2b,

на фиг.7 показана примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем для настройки управления системой, действующей согласно настоящему изобретению,

на фиг.8 показана другая примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем для настройки управления системой, действующей согласно настоящему изобретению,

на фиг.9 показана примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем на выходе второй из двух линий задержки системы реверберации с использованием каскадных линий задержки,

на фиг.10 показана примерная диаграмма, иллюстрирующая зависимость между усилением и временем на выходе первой из двух линий задержки системы реверберации с использованием каскадных линий задержки.

Подробное описание изобретения

В настоящую заявку в порядке ссылки полностью включено содержание предварительной патентной заявки США №60/622294 "Искусственная реверберация", поданной 26 октября 2004 г.

Предложена усовершенствованная система и способ создания реверберации. В описанную систему поступает входной сигнал, состоящий из периодических последовательностей цифровых выборок формы входного сигнала. Каждая выборка имеет соответствующую амплитуду. Система рассчитана на входной аудиосигнал, выборку которого осуществляют с обычной для аудиосигналов частотой дискретизации 44100, 48000, 88200 или 96000 выборок в секунду, при этом в одном из вариантов осуществления каждая выборка для каждого канала представляет собой 32-разрядное число с плавающей запятой, отображающее мгновенную амплитуду сигнала.

Работа системы

На фиг.1 показана система создания искусственной реверберации согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.1, система включает первый эквалайзер 102, на вход которого поступает цифровой источник звука. Выход первого эквалайзера 102 соединен с входом второго эквалайзера 104, выход которого соединен с входом линии 106 задержки с отводами. Как показано на фиг.1, из первого эквалайзера 102 во второй эквалайзер 104 и суммирующее устройство 110 поступает сигнал, называемый прямым входным сигналом. Вычислительный элемент 108, соединенный с линией 106 задержки с отводами, генерирует сигнал реверберации, как это более подробно описано далее.

В процессе обычной работы второй эквалайзер 104 настраивают на подъем частот выше 2 кГц и ослабление частот ниже 200 Гц у сигнала реверберации. Первый эквалайзер 102 ослабляет высокие частоты как у сигнала реверберации, так и прямого сигнала на основании входящего сигнала. Суммарное воздействие на частотную характеристику полного выходного сигнала сложной формы выражено в виде довольно равномерной или плоской характеристики с пульсацией вследствие фильтрации гребенчатым фильтром.

Диапазон подъема верхних частот на частоте 20 кГц и ослабления на частоте 15 Гц за счет эквалайзера 104 может быть довольно резким, например, от +40 дБ на частоте 20 кГц до -40 дБ на частоте 15 Гц. Соответствующее ослабление высоких частот заново сбалансированного звука, которое осуществляет первый эквалайзер 102, может достигать 30 дБ на частоте 20 кГц. В данном примере у полного сигнала составляющая реверберации примерно на 30 дБ превышает составляющую прямого сигнала на частоте 20 кГц. На частоте 15 Гц составляющая прямого сигнала превышает составляющую реверберацию примерно на 40 дБ (процесс реверберации может сам вызывать подъем на частоте 10 дБ или в ее области). Слушатель слышит высокие частоты чистого тона и отчетливые низкие частоты.

Более точно, форма выходного сигнала первого эквалайзера представляет собой форму сигнала, который считается входным сигналом, включающим последовательность цифровых выборок формы сигнала. Каждая выборка формы входного сигнала имеет соответствующую амплитуду. Второй эквалайзер 104 обрабатывает выборки формы входного сигнала, и они поступают в линию 106 задержки с отводами, которая концептуально представляет собой буфер обратного магазинного типа. В зависимости от реализации линия 106 задержки с отводами может представлять собой аппаратный буфер обратного магазинного типа. Линия 106 задержки с отводами также может быть реализована в виде кольцевого буфера в памяти заданной емкости.

В одном из вариантов осуществления линия 106 задержки с отводами представляет собой непрерывную область памяти, в которой хранятся 529 200 24-разрядных или 32-разрядных чисел с плавающей запятой, отображающих амплитуды выборок шести секунд звука с частотой выборки 88 200 Гц. В одном из примерных вариантов осуществления выборки, поступающие из второго эквалайзера 804, синхронизируют на входе или сохраняют в первом положении линии 106 задержки с отводами каждые 11,337868 микросекунд. Для специалистов в данной области техники ясно, что точные данные частоты выборки, размеров буфера, тактовой частоты и т.д. могут быть изменены в соответствии с конкретными конструктивными требованиями.

Каждая выборка, поступающая после заполнения линии 106 задержки с отводами, заменяет выборку, которая была сохранена раньше других. Так, в проиллюстрированном варианте осуществления линия 106 задержки с отводами имеет вход для непрерывной выборки на частоте 88 200 Гц и в зависимости от текущего (последнего по времени) положения выборки всегда хранит 6 секунд выборок. Если линия 106 задержки с отводами реализована в памяти в виде кольцевого буфера, для доступа к выборкам, которые были сохранены ранее, осуществляют обратный отсчет от положения текущей выборки, как это будет проиллюстрировано в дальнейшем.

Вычислительный элемент 108 генерирует сигнал реверберации, представляющий собой последовательность выборок формы сигнала реверберации. Каждая выборка формы сигнала реверберации имеет соответствующую амплитуду. Сигнал реверберации подают в суммирующее устройство 110. Суммирующее устройство 110 суммирует ослабленную или масштабированную версию выборок формы сигнала реверберации, поступающих из вычислительного элемента 108, и выборки формы входного сигнала, которые также могут быть необязательно масштабированы. Выходной сигнал суммирующего устройства представляет собой полный сигнал, включающий последовательность выборок формы полного сигнала. Каждая выборка формы полного сигнала имеет соответствующую амплитуду. В результате масштабирования, осуществляемого для суммирующего устройства 110, сигнал реверберации в приятном для слуха соотношении смешивается с прямым сигналом, поступающим из первого эквалайзера 102.

Каждую выборку сигнала реверберации, которую генерирует вычислительный элемент 108, вычисляют в реальном времени. Для вычисления амплитуды каждой текущей выборки формы сигнала реверберации вычислительный элемент использует список пар значений усиления. Каждая пара значений усиления включает первое значение, определяющее положение в линии 106 задержки с отводами, и второе значение, определяющее коэффициент усиления.

Способ работы линии задержки или кругового буфера 106, способ, которым вычислительный элемент 108 генерирует амплитуду каждой текущей выборки формы сигнала реверберации во взаимодействии с линией 106 задержки с отводами, и список пар значений усиления более подробно представлены на фиг.2 в виде упрощенной иллюстрации. На фиг.2 показана линия 106 задержки с отводами (фиг.1), которая реализована в виде кольцевого буфера в памяти. В качестве примера показан кольцевой буфер, имеющий 15 последовательных ячеек памяти с адресами 0-14. Следует признать, что на практике круговой буфер мог бы занимать тысячи ячеек памяти и что размер кольцевого буфера зависит от проектного решения. Работа кольцевого буфера в том, что касается хранения вновь поступивших выборок входного сигнала, описана далее.

После поступления каждой новой выборки входного сигнала вычислительный элемент 108 (фиг.1) использует указатель 150 текущей выборки и сохраняет новую выборку в следующей по порядку ячейке в кольцевом буфере. Затем вычислительный элемент 108 изменяет значение указателя текущей выборки для указания на новую выборку. Например, предположим, что последовательность выборок входного сигнала 1-17 имеет амплитуды a₁-a₁₇, при этом выборка 1 входного сигнала с амплитудой a₁ поступает первой, а выборка 17 с амплитудой a₁₇ поступает последней, вычислительный элемент 108 сохраняет a₁ в адресе 0 ячейки памяти, а₂ - в адресе 1 и т.д. и сохраняет a₁₅ в адресе 14. При поступлении следующей выборки входного сигнала, а именно выборки 16 с амплитудой а₁₆, вычислительный элемент 108 сохраняет данную выборку в следующей логической ячейке памяти в кольцевом буфере, т.е. адресе 0, содержащем выборку входного сигнала, которая на тот момент была сохранена в буфере раньше других (т.е. выборку 1 с амплитудой a₁). При сохранении выборки 16 с амплитудой a₁₆ в адресе 0 происходит стирание выборки 1 с амплитудой a₁ и выборка 1 выводится из кольцевого буфера, как это показано на фиг.2. Аналогичным образом при поступлении выборки 17 входного сигнала с амплитудой a₁₇ выборка 17 сохраняется в адресе ячейки памяти, в которой хранилась выборка, которая на тот момент являлась сохраненной в буфере раньше других, а именно в адресе 1. При сохранении выборки 17 в адресе 1 выборка 2 с амплитудой а₂ стирается и выводится из линии задержки или буфера 106. После сохранения выборки 17 с амплитудой a₁₇ в адресе 1 указатель 150 текущей выборки указывает на выборку, которая является последней поступившей выборкой, как это показано на фиг.2. С целью дальнейшего пояснения того, как вычисляются текущие выборки сигнала реверберации, предположим, что кольцевой буфер содержит амплитуды выборок, показанные на фиг.2, и что указатель текущей выборки указывает на текущую выборку входного сигнала, хранящуюся в адресе 1.

Как указано ранее, вычислительный элемент 108 во взаимодействии с кольцевым буфером и списком пар значений усиления генерирует каждую текущую выборку формы сигнала реверберации за период, соответствующий одному интервалу выборки. На фиг.2 также показано, как вычисляется каждая текущая выборка Rc формы сигнала реверберации.

Для вычисления текущей выборки формы сигнала реверберации вычислительный элемент 108 генерирует множество промежуточных значений. Затем вычислительный элемент 108 суммирует все промежуточные значения, чтобы получить амплитуду текущей выборки Rc формы сигнала реверберации. Число промежуточных значений соответствует числу записей в списке пар значений усиления. Каждое промежуточное значение вычисляют путем поиска выбранной амплитуды в кольцевом буфере с использованием идентификатора выборки в одной из пар значений усиления и умножения найденной амплитуды на коэффициент усиления, содержащийся в паре значений усиления, связанной с идентификатором выборки.

Например, первой парой значений усиления из проиллюстрированного списка пар значений усиления является 3 и 1,2. Значение 3 является числом, используемым при обратном отсчете в кольцевом буфере для определения положения содержимого кольцевого буфера с целью использования при непосредственном вычислении. Второе значение из пары значений усиления является коэффициентом усиления. Так, для вычисления первого промежуточного значения вычислительный элемент 108 определяет адрес указателя текущей выборки (адрес 1 в рассматриваемом примере) и осуществляет обратный отсчет в буфере, чтобы определить положение буфера для использования при генерировании соответствующего промежуточного значения. Путем обратного отсчета трех логических положений в буфере от указателя 150 текущей выборки значения вычислительный элемент 108 определяет адрес 13, содержащий амплитуду a₁₄. Чтобы получить первое промежуточное значение, соответствующее первой паре значений усиления из списка пар значений усиления, вычислительный элемент 108 умножает амплитуду a₁₄ на коэффициент усиления 1,2 из первой пары значений усиления. Вычислительный элемент 108 сохраняет первое промежуточное значение и затем вычисляет второе промежуточное значение. Более точно, для вычисления второго промежуточного значения вычислительный элемент 108 осуществляет обратный отсчет четырех логических положений от адреса указателя 150 текущей выборки, используя значение 4 из идентификатора выборок во второй паре значений усиления. Данным способом вычислительный элемент 108 устанавливает, что содержимым адреса 12 является амплитуда a₁₃, используемая для вычисления второго промежуточного значения. Чтобы получить второе промежуточное значение, вычислительный элемент 108 осуществляет поиск амплитуды a₁₃ и умножает ее на коэффициент усиления 1,0, найденный во второй паре значений усиления. Данную операцию повторяют для каждой пары значений усиления до тех пор, пока не будут вычислены все промежуточные значения, как это показано на фиг.2. Затем все промежуточные значения суммируют, чтобы получить значение Rс амплитуды, т.е. текущую выборку формы сигнала реверберации.

В одном из вариантов осуществления вычислительный элемент 108 вычисляет новую составляющую выборки формы сигнала реверберации каждые 11,337868 микросекунд и за данный временной интервал осуществляет все операции умножения и сложения, необходимые для генерирования значения Rc, как это описано выше.

В проиллюстрированном на фиг.3 варианте осуществления (описанном далее) вычислительные элементы 108.1 и 108.2 каждые 11,337868 микросекунд дополнительно вычисляют новые первые и вторые текущие выборки формы сигнала реверберации способом, описанным выше применительно к вычислительному элементу 108, и осуществляют все необходимые операции умножения и сложения.

Вычислительный элемент 108 может представлять собой процессор, выполняющий предварительно запрограммированные команды, хранящиеся в памяти, цифровой процессор сигналов (ЦПС) и заказную или полузаказную интегральную схему или любое сочетание описанных выше устройств, рассчитанных на выполнение описанных здесь функций.

Суммирующее устройство 110 может быть реализовано в вычислительном элементе 108 в виде программного модуля или, в качестве альтернативы, в виде любого компонента на базе аппаратного средства или процессора, способного осуществлять описанную здесь функцию суммирования. Более точно, как показано на фиг.1, для получения выборки формы полного выходного сигнала суммирующее устройство 110 88200 раз в секунду суммирует умноженную на К1 амплитуду Y текущей выборки сигнала реверберации с умноженной на К2 амплитудой Х выборки входного сигнала.

При использовании высокоскоростного процессора Pentium, такого как вычислительный элемент 108, все описанные операции от осуществления выборки входного сигнала до получения соответствующего полного сигнала могут быть осуществлены за один период выборки в 11,337868 микросекунд. Могут быть сконструированы другие системы, в которых для обработки используются дополнительные периоды выборки.

Поскольку описанная в настоящем изобретении система является линейной системой, порядок следования блоков является гибким. Например, второй эквалайзер 104 может располагаться после вычислительного элемента 807, а не до линии 106 задержки. Второй эквалайзер 104 также может быть настроен иначе, и в него может непосредственно поступать входной сигнал, а не выходной сигнал первого эквалайзера 802. Проиллюстрированная компоновка выбрана с тем, чтобы регуляторы тембра первого эквалайзера 102 действовали как на прямой сигнал, так и сигнал реверберации и обеспечивали оптимальное отношение сигнал-шум.

В одном из вариантов осуществления линия 106 задержки обеспечивает сохранение одной выборки каждые 11,337868 микросекунд и рассчитана на 529 200 выборок. Это соответствует 6 секундам звука с частотой выборки 88 200 Гц. При данной частоте выборки вычислительный элемент 108 генерирует последовательность выборок формы сигнала реверберации, амплитуда и полярность которых меняется во времени. Полярность соответствующей выборки формы сигнала реверберации зависит от знака коэффициента усиления в соответствующей паре значений усиления. Способ, которым может быть задана полярность, описан далее.

Список пар значений усиления отображает импульсную характеристику генератора реверберации. Вычислительный элемент 108 генерирует однократную выборку сигнала реверберации, обращаясь ко всему списку выборок в линии 106 задержки, указанных в списке пар значений усиления. Когда линия 106 задержки представляет собой кольцевой буфер в памяти, вычислительный элемент 108 вычитает первое значение пары значений усиления из текущего положения выборки памяти для каждого времени выборки в паре значений усиления, чтобы вызвать амплитуду соответствующей более ранней выборки. Если искомое положение предшествует началу линии 106 задержки, отсчет возобновляется с другого конца. Каждую вызванную амплитуду умножают на ее соответствующий коэффициент усиления из списка и суммируют все результаты, чтобы получить однократную выборку сигнала реверберации, как это описано выше. При частоте выборки 88 200 Гц для вычисления реверберации осуществляют 19 668 600 (223×88 200) операций умножения с накоплением и других операций для каждого звукового канала.

Энергетическое соотношение между сигналом реверберации и прямым сигналом обеспечивается путем выравнивания прямого сигнала и сигнала реверберации по отдельности до их суммирования. Для обеспечения естественности звука первоначальную задержку делают очень короткой, меньшей или равной примерно 15 миллисекундам, в отличие от вещественной или существующей искусственной реверберации. Более точно, интервал между текущим моментов времени и моментом приема последней сохраненной выборки, используемой для вычисления текущей выборки формы сигнала реверберации, меньше или равен примерно 15 миллисекундам. Короткая первоначальная задержка помогает сделать воспроизведение высоких частот ударных инструментов, таких как цимбал, треугольник или бубен, чистым и спокойным. Она также помогает при воспроизведении голоса и фильмов на DVD. Многие полезные сигналы реверберации, создаваемые описанной здесь системой, имеют первоначальную задержку не более 40 микросекунд.

Другой особенностью наиболее эффективных сигналов реверберации является очень высокая плотность задержек, следующих непосредственно за первоначальной задержкой, в отличие от вещественной или ранее известной искусственной реверберации. Задержки с интервалом не более 30 микросекунд и чередующейся полярностью с постепенно увеличивающимся интервалом создают эффект фильтрации гребенчатым фильтром с большим числом точек максимума и минимума, колеблющихся в диапазоне до 16,7 кГц. Именно данные точки максимума и минимума частотной характеристики придают высоким частотам блеск и мелодичность.

Однократная задержка в импульсной характеристике соответствует отражению от поверхности звукопоглощающего помещения. В отличие от условий помещения каждая задержка является совершенной широкополосной копией входного сигнала с задержкой по времени, имеющей такую же или обратную полярность.

Генерирование сигнала каскадной реверберации

На фиг.3 показана система, в целом проиллюстрированная на фиг.1. Ее отличием является применение генераторов сигнала каскадной реверберации. Более точно, как показано на фиг.3, система включает первый генератор для генерирования первого сигнала реверберации, включающий первую линию 106.1 задержки и первый вычислительный элемент 108.1. Система также включает второй генератор для генерирования второго сигнала реверберации, включающий вторую линию 106.2 задержки и второй вычислительный элемент 108.2. В процессе работы выходной сигнал первого генератора сигнала реверберации поступает на вход второго генератора сигнала реверберации, а выходной сигнал второго генератора сигнала реверберации поступает в суммирующее устройство 110. Первый и второй генераторы 107.1 и 107.2 сигнала реверберации могут использовать один список пар значений усиления с поправками на полярность коэффициентов усиления в одном из списков. В качестве альтернативы, первый и второй генераторы 107.1 и 107.2 сигнала реверберации могут использовать различные списки пар значений усиления, которые могут необязательно содержать одинаковые пары значений усиления. Кроме того, в случае использования двумя генераторами 107.1 и 107.2 сигнала реверберации различных списков пар значений усиления для управления созданием каждого из списков пар значений усиления могут быть предусмотрены раздельные органы управления пользователя, которые описаны далее.

Каждый из вычислительных элементов 108.1 и 108.2 может создавать собственный список пар значений усиления. Следует отметить, что вычислительные элементы 108.1 и 108.2 могут включать многократно используемые программные модули и/или программы системы программного обеспечения.

Кроме того, первый вычислительный элемент 108.1 может представлять собой процессор, выполняющий один или несколько программных модулей и/или программ систем программного обеспечения с использованием списка пар значений усиления для генерирования первых выборок формы сигнала реверберации. Второй вычислительный элемент 108.2 может представлять собой такой же процессор, выполняющий такие же программные модули и/или программы систем программного обеспечения с использованием второго списка пар значений усиления для генерирования вторых выборок формы сигнала реверберации. Списки пар значений усиления, используемые двумя генераторами выборок формы сигнала реверберации, могут представлять собой одинаковые списки с поправками на полярность коэффициентов усиления.

Если первый генератор 107.1 сигнала реверберации использует список пар значений усиления с числом р пар значений усиления, а второй генератор 107.2 сигнала реверберации использует список пар значений усиления с числом q пар значений усиления, число задержек реверберации увеличивается до р*q. Система может необязательно работать в режиме малой загрузки, когда используется лишь одна подсистема реверберации, или режиме высокой загрузки, когда выходной сигнал первой подсистемы поступает во вторую подсистему для увеличения числа задержек во второй выборке формы сигнала реверберации.

Особенности реверберации, создаваемой описанными выше подсистемами генерирования сигнала каскадной реверберации, заданы различными комплектами органов управления, которые определяют параметры, используемые для вычисления списков пар значений усиления для каждого из генераторов сигнала реверберации. В качестве альтернативы, для создания двух одинаковых списков пар значений усиления, за исключением различий в полярности их вторых значений, может использоваться общий комплект органов управления.

Органы управления

Органы управления реверберацией позволяют пользователю изменять параметры, используемые для генерирования списка пар значений усиления.

Списки пар значений усиления могут быть созданы предварительно и сохранены или, в качестве альтернативы, созданы непосредственно перед работой системы реверберации. Если список(ки) пар значений усиления созданы предварительно, большинство описанных далее органов управления пользователя не являются необходимыми для системы поддержки исполнения программ.

Кроме того, если списки пар значений усиления созданы предварительно, может быть предусмотрен один или несколько списков пар значений усиления. Каждый список пар значений усиления содержит определенные характеристики реверберации. При наличии множества списков пар значений усиления конкретный список для использования может быть выбран пользователем посредством графического интерфейса пользователя или любого другого применимого средства выбора. Сл