Устройство и способ для пространственно избирательного получения звука с помощью акустической триангуляции

Устройство и способ для пространственно избирательного получения звука с помощью акустической триангуляции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к обработке звука, в частности к устройству для захвата звуковой информации из целевого местоположения. Кроме того, заявка относится к пространственно избирательному получению звука с помощью акустической триангуляции.

Получение пространственного звука имеет своей целью зафиксировать все звуковое поле, которое присутствует в комнате для записи или только определенных необходимых компонентов звукового поля, которые представляют интерес для рассматриваемого применения. В качестве примера, в ситуации, когда в комнате разговаривают несколько человек, может представлять интерес или зафиксировать все звуковое поле (что включает в себя его пространственные характеристики), или только сигнал, который создает определенный говорящий. Последнее предоставляет возможность изоляции звука и применения к нему определенной обработки, такой как усиление, фильтрация и т.д.

Существует множество известных способов для пространственно избирательного захвата определенных звуковых компонентов. Эти способы часто используют микрофоны с высокой направленностью или системы микрофонов. Большинство способов имеет общим то, что микрофон или система микрофонов расположены в фиксированной известной конфигурации. Расстояние между микрофонами делают как можно меньше для методик совпадающих микрофонов, тогда как он обычно равен нескольким сантиметрам для других способов. В последующем ссылаются на любое устройство для избирательного по направлению получения пространственного звука (например, направленные микрофоны, системы микрофонов и т.д.) как на формирователь луча.

Традиционно, избирательность по направлению (пространственная избирательность) при захвате звука, то есть пространственно избирательное получение звука, может быть достигнута несколькими способами.

Одним из возможных способов является использование направленных микрофонов (например, кардиоидных, суперкардиоидных или остронаправленных микрофонов). В этом отношении все микрофоны фиксируют звук по-разному в зависимости от направления прибытия (DOA) относительно микрофона. В некоторых микрофонах этот эффект незначителен, поскольку они фиксируют звук почти независимо от направления. Эти микрофоны называют всенаправленными микрофонами. Обычно в таких микрофонах круговая диафрагма присоединена к маленькому воздухонепроницаемому корпусу, см., например,

[Ea01] Eargle J. "The Microphone Book" Focal press 2001.

Если диафрагма не присоединена к корпусу и звук достигает ее одинаково с каждой стороны, то диаграмма направленности имеет два лепестка равной величины. Звук фиксируют с одинаковым уровнем от обеих передней и задней частей диафрагмы, однако, с обратными полярностями. Этот микрофон не фиксирует звук, исходящий из направлений, параллельных плоскости диафрагмы. Эту диаграмму направленности называют диполем или «фигурой восьмерки». Если корпус всенаправленного микрофона не является воздухонепроницаемым, но сделана специальная конструкция, которая предоставляет возможность звуковым волнам распространяться через корпус и достигать диафрагмы, то диаграмма направленности приблизительно находится между всенаправленной диаграммой направленности и диполем (см. [Ea01]). Диаграммы могут иметь два лепестка; однако, лепестки могут иметь различную величину. Диаграммы могут также иметь один лепесток; самый важный пример - кардиоидная диаграмма направленности, где функция D направленности может быть выражена как D=0,5(1+cos(θ)), где θ - направление прибытия звука (см. [Ea01]). Эта функция определяет относительную величину уровня зафиксированной звуковой плоской волны под углом θ относительно угла с самой высокой чувствительностью. Всенаправленные микрофоны называют микрофонами нулевого порядка, и другие упомянутые ранее диаграммы, такие как дипольная и кардиоидная диаграммы направленности, известны как диаграммы первого уровня. Эти виды микрофонов не предоставляют возможности произвольного формирования диаграммы, так как их диаграмма направленности почти полностью определяется их механической конструкцией.

Также существуют некоторые специальные акустические структуры, которые могут использоваться для создания для микрофонов более узких диаграмм направленности, чем диаграммы направленности первого уровня. Например, если трубу, в которой имеются отверстия, присоединяют к всенаправленному микрофону, то может быть создан микрофон с очень узкой диаграммой направленности. Такие микрофоны называют узконаправленными или линейными микрофонами (см. [Ea01]). У них обычно нет плоских частотных характеристик, и их направленностью нельзя управлять после записи.

Другой способ создания микрофона с направленными характеристиками состоит в записи звука с помощью массива всенаправленных или направленных микрофонов и затем - в применении обработки сигналов, см., например,

[BW01] M. Brandstein, D. Ward: "Microphone Arrays - Signal Processing Techniques and Applications", Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-3-540-41953-2.

Для этого существует ряд способов. В самой простой форме, когда звук записывают с помощью двух всенаправленных микрофонов, расположенных близко друг к другу, и вычитают друг из друга, формируют виртуальный сигнал микрофона с дипольной характеристикой. См., например,

[Elk00] G. W. Elko: "Superdirectional microphone arrays" in S. G. Gay, J. Benesty (eds.): "Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-0792378143.

Сигналы микрофона можно также задерживать или фильтровать перед сложением друг с другом. При формировании луча сигнал, соответствующий узкому лучу, формируют с помощью фильтрации сигнала каждого микрофона с помощью специально разработанного фильтра и затем сложения их вместе. Это «формирование луча с помощью фильтрации и сложения» объясняют в

[BS01]: J. Bitzer, K. U. Simmer: "Superdircctive microphone arrays" in M. Brandstein, D. Ward (eds.): "Microphone Arrays - Signal Processing Techniques and Applications", Chapter 2, Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-3-540-41953-2.

Эти методики не имеют информации о самом сигнале, например, они не знают о направлении прибытия звука. Вместо этого оценка «направления прибытия» (DOA) является их собственной задачей, см., например,

[CBH06] J. Chen, J. Benesty, Y. Huang: "Time Delay Estimation in Room Acoustic Environments: An Overview", EUR AS IP Journal on Applied Signal Processing, Article ID 26503, Volume 2006 (2006).

В принципе, с помощью этих методик могут быть сформированы много различных характеристик направленности. Для формирования произвольных пространственно очень избирательных диаграмм чувствительности, однако, требуется большое количество микрофонов. В общем случае все эти методики зависят от расстояния между смежными микрофонами, которое является маленьким по сравнению с длиной волны, представляющей интерес.

Другим способом реализации избирательности по направлению при захвате звука является параметрическая пространственная фильтрация. Стандартные конструкции формирователя луча, которые могут, например, быть основаны на ограниченном количестве микрофонов и которые обладают постоянными по времени фильтрами в их структуре «фильтрации и сложения» (см. [BS01]), обычно имеют только ограниченную пространственную избирательность. Для увеличения пространственной избирательности недавно были предложены методики параметрической пространственной фильтрации, которые применяют (непостоянные во времени) функции усиления спектра к входному спектру сигнала. Разработаны функции усиления, основанные на параметрах, которые соотносятся с человеческим восприятием пространственного звука. Один из подходов пространственный фильтрации представлен в

[DiFi2009] M. Kallinger, G. Del Galdo, F. Kiich, D. Mahne, and R. Schultz-Amling, "Spatial Filtering using Directional Audio Coding Parameters," in Proc. IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Apr. 2009,

и воплощен в области параметров направленного звукового кодирования (DirAC), эффективной методики пространственного кодирования. Направленное звуковое кодирование описано в

[Pul06| Pulkki, V., "Directional audio coding in spatial sound reproduction and stereo upmixing," in Proceedings of The AES 28th International Conference, pp. 251-258, Pitea, Sweden, June 30 - July 2, 2006.

В DirAC звуковое поле анализируют в одном местоположении, в котором измеряют вектор текущей интенсивности, а так же звуковое давление. Эти физические величины используются для извлечения трех параметров DirAC: звукового давления, направления прибытия (DOA) и смазанности звука. DirAC использует предположение, что человеческая слуховая система может обрабатывать только одно направление в элементе времени и частоты. Это предположение также используется другими методиками пространственного звукового кодирования, например, в стандарте MPEG Surround, см., например:

[Vil06] L. Villemoes, J. Herre, J. Breebaart, G. Hotho, S. Disch, H. Purnhagen, and K. Kjorling, "MPEG Surround: The Forthcoming ISO Standard for Spatial Audio Coding," in AES 28th International Conference, Pitea, Sweden, June 2006.

Подход пространственной фильтрации, который описан в [DiFi2009], предоставляет возможность почти свободного выбора пространственной избирательности.

Дополнительная методика использует сопоставимые пространственные параметры. Эту методику объясняют в

[Fal08] C. Fallen "Obtaining a Highly Directive Center Channel from Coincident Stereo Microphone Signals", Proc. 124th AES convention, Amsterdam, The Netherlands, 2008, Preprint 7380.

В отличие от методики, описанной в [DiFi2009], в которой функцию усиления спектра применяют к сигналу всенаправленного микрофона, подход в [Fal08] использует два кардиоидных микрофона.

Две упомянутых методики параметрической пространственной фильтрации зависят от промежутков между микрофонами, которые являются маленькими по сравнению с длиной волны, представляющей интерес. В идеале, методики, описанные в [DiFi2009] и [Fal08], основаны на одинаково направленных микрофонах.

Другим способом реализации избирательности по направлению при захвате звука является фильтрация сигналов микрофона, основанная на когерентности между сигналами микрофона. В

[SBM01] K. U. Simmer, J. Bitzer, and C. Marro: "Post-Filtering Techniques" in M. Brandstein, D. Ward (eds.): "Microphone Arrays - Signal Processing Techniques and Applications", Chapter 3, Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-3-540-41953-2, описано семейство систем, которые используют по меньшей мере два (не обязательно направленных) микрофона, и обработка их выходного сигнала основана на когерентности сигналов. Основное предположение - то, что рассеянный фоновый шум появляется как некогерентные части в сигналах двух микрофонов, тогда как сигнал источника появляется когерентно в этих сигналах. Основываясь на этой предпосылке, когерентная часть извлекается как сигнал источника. Методики, упомянутые в [SBM01], были разработаны вследствие того, что формирователи луча «фильтрации и сложения» с ограниченным количеством микрофонов почти не способны уменьшать сигналы рассеянного шума. Никаких предположений о расположении микрофонов не делают; даже не требуется знать расстояние между микрофонами.

Главное ограничение традиционных подходов для пространственно избирательного получения звука - то, что записанный звук всегда соотносится с местоположением формирователя луча. Во многих применениях, однако, невозможно (или невыполнимо) поместить формирователь луча в необходимую позицию, например, под необходимым углом относительно представляющего интерес источника звука.

Традиционные формирователи луча, могут, например, использовать системы микрофонов и могут формировать диаграмму направленности («луч») для захвата звука из одного направления - и отклонения звука из других направлений. Следовательно, нет никакой возможности ограничить область захвата звука относительно ее расстояния от системы микрофонов захвата.

Было бы крайне целесообразно иметь устройство захвата, которое может избирательно фиксировать звук, не только исходящий из одного направления, но и строго ограниченный тем, что он исходит из одного места (точки), аналогично способу, как функционировал бы близкорасположенный точечный микрофон в необходимом месте.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенных концепций для захвата звуковой информации из целевого местоположения. Задача настоящего изобретения решена с помощью устройства для захвата звуковой информации, способа для захвата звуковой информации и компьютерной программы.

Обеспечено устройство для захвата звуковой информации из целевого местоположения. Устройство содержит первый формирователь луча, расположенный в среде записи и имеющий первую характеристику записи, второй формирователь луча, расположенный в среде записи и имеющий вторую характеристику записи, и генератор сигнала. Первый формирователь луча выполнен с возможностью записи звукового сигнала первого формирователя луча, и второй формирователь луча выполнен с возможностью записи звукового сигнала второго формирователя луча, когда первый формирователь луча и второй формирователь луча направлены на целевое местоположение по отношению к первой и второй характеристикам записи. Первый формирователь луча и второй формирователь луча расположены таким образом, что первая виртуальная прямая линия, которую определяют так, что она проходит через первый формирователь луча и целевое местоположение, и вторая виртуальная прямая линия, которую определяют так, что она проходит через второй формирователь луча и целевое местоположение, не параллельны по отношению друг к другу. Генератор сигнала выполнен с возможностью генерации звукового выходного сигнала, основываясь на звуковом сигнале первого формирователя луча и на звуковом сигнале второго формирователя луча так, чтобы звуковой выходной сигнал отражал относительно больше звуковой информации из целевого местоположения по сравнению со звуковой информацией из целевого местоположения в звуковом сигнале первого и второго формирователей луча. Что касается трехмерной среды, предпочтительно, первая виртуальная прямая линия и вторая виртуальная прямая линия пересекаются и определяют плоскость, которая может быть произвольно ориентирована.

С помощью этого обеспечено средство для захвата звука пространственно избирательным способом, то есть для улавливания звука, исходящего из определенного целевого местоположения так же, как если бы близкорасположенный «точечный микрофон» был установлен в данном местоположении. Однако, вместо того, чтобы действительно устанавливать этот точечный микрофон, его выходной сигнал можно моделировать при использовании двух формирователей луча, размещенных в различных отдаленных позициях.

Эти два формирователя луча расположены не близко друг к другу, но они расположены таким образом, что каждый из них выполняет независимое направленное получение звука. Их «лучи» пересекаются в необходимой точке и их отдельные выходные сигналы впоследствии объединяют для формирования конечного выходного сигнала. В отличие от других возможных подходов, объединение двух отдельных выходных сигналов не требует информации или знания о расположении этих двух формирователей луча в обычной системе координат. Таким образом, вся установка для получения виртуального точечного микрофона содержит два формирователя луча, которые работают независимо, плюс процессор обработки сигналов, который объединяет оба отдельных выходных сигнала в сигнал удаленного «точечного микрофона».

В варианте осуществления устройство содержит первый и второй формирователи луча, например два пространственных микрофона и генератор сигнала, например блок объединения, например процессор, для реализации «акустического пересечения». У каждого пространственного микрофона есть явная избирательность по направлению, то есть он ослабляет звук, исходящий из местоположений вне его луча, по сравнению со звуком, исходящим из местоположения в его луче. Пространственные микрофоны работают независимо друг от друга. Расположение двух пространственных микрофонов, также легко приспосабливаемых по своей природе, выбирают таким образом, что целевое пространственное местоположение расположено в геометрическом пересечении двух лучей. В предпочтительном варианте осуществления два пространственных микрофона формируют угол приблизительно 90 градусов относительно целевого местоположения. Блок объединения, например процессор, может не иметь информации о геометрическом местоположении двух пространственных микрофонов или о местоположении целевого источника.

Согласно варианту осуществления, первый формирователь луча и второй формирователь луча расположены относительно целевого местоположения таким образом, что первая виртуальная прямая линия и вторая виртуальная прямая линия пересекают друг друга, и таким образом, что они пересекаются в целевом местоположении с углом пересечения, находящимся между 30 градусами и 150 градусами. В дополнительном варианте осуществления угол пересечения находится между 60 градусами и 120 градусами. В предпочтительном варианте осуществления угол пересечения равен приблизительно 90 градусов.

В варианте осуществления генератор сигнала содержит адаптивный фильтр, имеющий множество коэффициентов фильтра. Адаптивный фильтр предусмотрен для приема звукового сигнала первого формирователя луча. Фильтр настроен для изменения звукового сигнала первого формирователя луча в зависимости от коэффициентов фильтра для получения фильтрованного звукового сигнала первого формирователя луча. Генератор сигнала выполнен с возможностью корректировки коэффициентов фильтра в зависимости от звукового сигнала второго формирователя луча. Генератор сигнала может быть выполнен с возможностью корректировки коэффициентов фильтра таким образом, чтобы разность между фильтрованным звуковым сигналом первого формирователя луча и вторым звуковым сигналом второго формирователя луча была минимизирована.

В варианте осуществления генератор сигнала содержит блок вычисления пересечения для генерации звукового выходного сигнала в спектральной области, основываясь на звуковых сигналах первого и второго формирователей луча. Согласно варианту осуществления, генератор сигнала может дополнительно содержать банк фильтров анализа для преобразования звуковых сигналов первого и второго формирователей луча из временной области в спектральную область, и банк фильтров синтеза для преобразования звукового выходного сигнала из спектральной области во временную область. Блок вычисления пересечения может быть выполнен с возможностью вычисления звукового выходного сигнала в спектральной области, основываясь на звуковом сигнале первого формирователя луча, представленном в спектральной области, и на звуковом сигнале второго формирователя луча, представленном в спектральной области.

В дополнительном варианте осуществления блок вычисления пересечения выполнен с возможностью вычисления звукового выходного сигнала в спектральной области, основываясь на взаимной спектральной плотности звуковых сигналов первого и второго формирователей луча, и основываясь на спектральной плотности мощности звуковых сигналов первого или второго формирователей луча.

Согласно варианту осуществления, блок вычисления пересечения выполнен с возможностью вычисления звукового выходного сигнала в спектральной области с помощью использования формулы

в которой Y₁(k, n) является звуковым выходным сигналом в спектральной области, в которой S₁(k, n) является звуковым сигналом первого формирователя луча, в которой C₁₂(k, n) является взаимной спектральной плотностью звуковых сигналов первого и второго формирователей луча и в которой P₁(k, n) является спектральной плотностью мощности звукового сигнала первого формирователя луча, или

с помощью использования формулы

в которой Y₂(k, n) является звуковым выходным сигналом в спектральной области, в которой S₂(k, n) является звуковым сигналом второго формирователя луча, в которой C₁₂(k, n) является взаимной спектральной плотностью звуковых сигналов первого и второго формирователей луча и в которой P₂(k, n) является спектральной плотностью мощности звукового сигнала второго формирователя луча.

В другом варианте осуществления блок вычисления пересечения настроен для вычисления обоих сигналов Y₁(k, n) и Y₂(k, n) и для выбора наименьшего из обоих сигналов в качестве звукового выходного сигнала.

В другом варианте осуществления блок вычисления пересечения выполнен с возможностью вычисления звукового выходного сигнала в спектральной области с помощью использования формулы

в которой Y₃(k, n) является звуковым выходным сигналом в спектральной области, в которой S₁ является звуковым сигналом первого формирователя луча, в которой C₁₂(k, n) является взаимной спектральной плотностью звукового сигнала первого формирователя луча, в которой P₁(k, n) является спектральной плотностью мощности звукового сигнала первого формирователя луча и в которой P₂(k, n) является спектральной плотностью мощности звукового сигнала второго формирователя луча, или с помощью использования формулы

в которой Y₄(k, n) является звуковым выходным сигналом в спектральной области, в которой S₂ является звуковым сигналом второго формирователя луча, в которой C₁₂(k, n) является взаимной спектральной плотностью звуковых сигналов первого и второго формирователей луча, в которой P₁(k, n) является спектральной плотностью мощности звукового сигнала первого формирователя луча и в которой P₂(k, n) является спектральной плотностью мощности звукового сигнала второго формирователя луча.

В другом варианте осуществления блок вычисления пересечения может настраиваться для вычисления обоих сигналов Y₃(k, n) и Y₄(k, n) и для выбора наименьшего из обоих сигналов в качестве звукового выходного сигнала.

Согласно другому варианту осуществления генератор сигнала может настраиваться для генерации звукового выходного сигнала с помощью объединения звуковых сигналов первого и второго формирователей луча для получения объединенного сигнала и с помощью взвешивания объединенного сигнала с помощью коэффициента усиления. Объединенный сигнал можно, например, взвешивать во временной области, в области поддиапазонов или в области быстрого преобразования Фурье.

В дополнительном варианте осуществления генератор сигнала настроен для генерации звукового выходного сигнала с помощью генерации объединенного сигнала таким образом, чтобы значение спектральной плотности мощности объединенного сигнала было равно минимальному значению спектральной плотности мощности звукового сигнала первого и второго формирователей луча для каждого рассматриваемого частотно-временного элемента.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут объяснены относительно сопроводительных фигур, на которых:

фиг.1 показывает устройство для захвата звуковой информации из целевого местоположения согласно варианту осуществления,

фиг.2 показывает устройство согласно варианту осуществления, использующее два формирователя луча и каскад для вычисления выходного сигнала,

фиг.3A показывает формирователь луча и луч данного формирователя луча, направленного на целевое местоположение,

фиг.3B показывает формирователь луча и луч данного формирователя луча, которые показаны более подробно,

фиг.4A показывает геометрическое размещение двух формирователей луча относительно целевого местоположения согласно варианту осуществления,

фиг.4B изображает геометрическое размещение двух формирователей луча, показанных на фиг.4A, и трех источников звука, и

фиг.4C показывает геометрическое размещение двух формирователей луча, показанных на фиг.4B, и трех источников звука, которые изображены более подробно,

фиг.5 изображает генератор сигнала согласно варианту осуществления,

фиг.6 показывает генератор сигнала согласно другому варианту осуществления, и

фиг.7 - последовательность операций, показывающая генерацию звукового выходного сигнала, основываясь на взаимной спектральной плотности и на спектральной плотности мощности согласно варианту осуществления.

Фиг.1 показывает устройство для захвата звуковой информации из целевого местоположения. Устройство содержит первый формирователь 110 луча, расположенный в среде записи и имеющий первую характеристику записи. Кроме того, устройство содержит второй формирователь 120 луча, расположенный в среде записи и имеющий вторую характеристику записи. Кроме того, устройство содержит генератор 130 сигнала. Первый формирователь 110 луча выполнен с возможностью записи звукового сигнала s₁ первого формирователя луча, когда первый формирователь 110 луча направлен на целевое местоположение по отношению к первой характеристике записи. Второй формирователь 120 луча выполнен с возможностью записи звукового сигнала s₂ второго формирователя луча, когда второй формирователь 120 луча направлен на целевое местоположение по отношению ко второй характеристике записи. Первый формирователь 110 луча и второй формирователь 120 луча расположены таким образом, что первая виртуальная прямая линия, которую определяют так, что она проходит через первый формирователь 110 луча и целевое местоположение, и вторая виртуальная прямая линия, которую определяют так, что она проходит через второй формирователь 120 луча и целевое местоположение, не параллельна по отношению друг к другу. Генератор 130 сигнала выполнен с возможностью генерации звукового выходного сигнала s, основываясь на звуковом сигнале s₁ первого формирователя луча и на звуковом сигнале s₂ второго формирователя луча, так, чтобы звуковой выходной сигнал s отражал относительно больше звуковой информации из целевого местоположения по сравнению со звуковой информацией из целевого местоположения в звуковых сигналах s₁, s₂ первого и второго формирователей луча.

Фиг.2 показывает устройство согласно варианту осуществления, использующее два формирователя луча и каскад для вычисления выходного сигнала как общей части двух отдельных выходных сигналов формирователей луча. Изображены первый формирователь 210 луча и второй формирователь 220 луча для записи звукового сигнала первого и второго формирователей луча, соответственно. Генератор 230 сигнала реализует вычисление общей части сигнала («акустическое пересечение»).

Фиг.3A показывает формирователь 310 луча. Формирователь 310 луча из варианта осуществления на фиг.3A является устройством для избирательного по направлению получения пространственного звука. Например, формирователь 310 луча может быть направленным микрофоном или системой микрофонов. В другом варианте осуществления формирователь луча может содержать множество направленных микрофонов.

Фиг.3A показывает кривую линию 316, которая вмещает луч 315. Все точки на кривой линии 316, который определяет луч 315, отличаются тем, что предопределенный уровень звукового давления, исходящий из точки на кривой линии, приводит к одинаковому уровню сигнала, выводимого из микрофона, для всех точек на данной кривой линии.

Кроме того, фиг.3A показывает главную ось 320 формирователя луча. Главная ось 320 формирователя 310 луча определяется тем, что звук с предопределенным уровнем звукового давления, исходящий из рассматриваемой точки на главной оси 320, приводит к выходному сигналу с первым уровнем сигнала в формирователе луча, который больше или равен выходному сигналу со вторым уровнем сигнала формирователя луча, который является результатом звука с предопределенным уровнем звукового давления, исходящего из любой другой точки, имеющей то же самое расстояние от формирователя луча, как рассматриваемая точка.

Фиг.3B показывает это более подробно. Точки 325, 326 и 327 имеют одинаковое расстояние d от формирователя 310 луча. Звук с предопределенным уровнем звукового давления, исходящий из точки 325 на главной оси 320, приводит к выходному сигналу с первым уровнем сигнала в формирователе луча, который больше или равен выходному сигналу со вторым уровнем сигнала в формирователе луча, который является результатом звука с предопределенным уровнем звукового давления, исходящего, например, из точки 326 или точки 327, которые имеют такое же расстояние d от формирователя 310 луча, как точка 325 на главной оси. В трехмерном случае это означает, что главная ось указывает точку на виртуальном шаре с формирователем луча, расположенным в центре шара, которая генерирует выходной сигнал с самым большим уровнем сигнала в формирователе луча, когда предопределенный уровень звукового давления исходит из данной точки, по сравнению с любой другой точкой на виртуальном шаре.

Возвращаясь к фиг.3A, на ней также изображено целевое местоположение 330. Целевое местоположение 330 может быть местоположением, из которого исходят звуки, которые пользователь намеревается записать, используя формирователь 310 луча. Для этого формирователь луча может быть направлен на целевое местоположение для записи необходимого звука. В этом контексте формирователь 310 луча, как полагают, направлен на целевое местоположение 330, когда главная ось 320 формирователя 310 луча проходит через целевое местоположение 330. Иногда целевое местоположение 330 может быть целевой областью, хотя в других примерах целевое местоположение может быть точкой. Если целевое местоположение 330 является точкой, то главная ось 320, как полагают, проходит через целевое местоположение 330, когда данная точка расположена на главной оси 320. На фиг.3 главная ось 320 формирователя 310 луча проходит через целевое местоположение 330, и поэтому формирователь 310 луча направлен на целевое местоположение.

Формирователь 310 луча имеет характеристику записи, которая указывает способность формирователя луча записывать звук в зависимости от направления, из которого исходит звук. Характеристика записи формирователя 310 луча содержит направление главной оси 320 в пространстве, направление, форму и свойства луча 315 и т.д.

Фиг.4A показывает геометрическое расположение двух формирователей луча, первого формирователя 410 луча и второго формирователя 420 луча, относительно целевого местоположения 430. Показаны первый луч 415 первого формирователя 410 луча и второй луч 425 второго формирователя 420 луча. Кроме того, фиг.4A изображает первую главную ось 418 первого формирователя 410 луча и вторую главную ось 428 второго формирователя 420 луча. Первый формирователь 410 луча расположен таким образом, что он направлен на целевое местоположение 430, поскольку первая главная ось 418 проходит через целевое местоположение 430. Кроме того, второй формирователь 420 луча также направлен на целевое местоположение 430, поскольку вторая главная ось 428 проходит через целевое местоположение 430.

Первый луч 415 первого формирователя 410 луча и второй луч 425 второго формирователя 420 луча пересекаются в целевом местоположении 430, где расположен целевой источник, который выводит звук. Угол пересечения первой главной оси 418 первого формирователя 410 луча и второй главной оси 428 второго формирователя 420 луча обозначен как α. Оптимально, угол пересечения равен 90 градусов. В других вариантах осуществления угол пересечения находится между 30 градусами и 150 градусами.

В трехмерной среде, предпочтительно, первая главная ось и вторая виртуальная главная ось пересекаются и определяют плоскость, которая может быть произвольно ориентирована.

Фиг.4B изображает геометрическое расположение двух формирователей луча, показанных на фиг.4A, на которой дополнительно показаны три источника src₁, src₂, src₃ звука. Лучи 415, 425 формирователей 410 и 420 луча пересекаются в целевом местоположении, то есть в местоположении целевого источника src₃. Источник src₁ и источник src₂, однако, расположены только на одном из двух лучей 415, 425. Нужно отметить, что оба, первый и второй формирователи 410, 420 луча, настроены для избирательного по направлению получения звука, и их лучи 415, 425, соответственно, указывают звук, который получают с их помощью. Таким образом, первый луч 425 первого формирователя луча указывает первую характеристику записи первого формирователя 410 луча. Второй луч 425 второго формирователя 420 луча указывает вторую характеристику записи второго формирователя 420 луча.

В варианте осуществления на фиг.4B источники src₁ и src₂ представляют нежелательные источники, которые создают помехи сигналу необходимого источника src₃. Однако, источники src₁ и src₂ можно также рассматривать как независимые компоненты окружающих условий, улавливаемые этими двумя формирователями луча. В идеале выходной сигнал устройства согласно варианту осуществления будет возвращать только src₃, полностью подавляя нежелательные источники src₁ и src₂.

Согласно варианту осуществления на фиг.4B, два или даже больше устройств для избирательного по направлению получения звука, например, направленных микрофонов, систем микрофонов и соответствующих формирователей луча, используются для достижения «удаленного точечного микрофона». Подходящие формирователи луча могут, например, быть системами микрофонов или высоконаправленными микрофонами, такими как узконаправленные микрофоны, и выходные сигналы, например, системы микрофонов или высоконаправленных микрофонов могут использоваться в качестве звуковых сигналов формирователя луча. «Удаленный точечный микрофон» используются для улавливания звука, исходящего только из ограниченной области вокруг данной точки.

Фиг. 4C показывает это более подробно. Согласно варианту осуществления, первый формирователь 410 луча фиксирует звук из первого направления. Второй формирователь 420 луча, который расположен весьма отдаленно от первого формирователя 410 луча, фиксирует звук из второго направления.

Первый и второй формирователи 410, 420 луча расположены таким образом, что они направлены на целевое местоположение 430. В предпочтительных вариантах осуществления формирователи 410, 420 луча, например, две системы микрофонов, отдаленны друг от друга и направлены на целевую точку с различных направлений. Это отличается от традиционной обработки системы микрофонов, где используется только один массив, и его различные датчики размещены в непосредственной близости друг от друга. Первая главная ось 418 первого формирователя 410 луча и вторая главная ось 428 второго формирователя 420 луча формируют две прямые линии, которые расположены не параллельно, а которые вместо этого пересекаются с углом α пересечения. Второй формирователь 420 луча расположен оптимально относительно первого формирователя луча, когда угол пересечения равен 90 градусов. В вариантах осуществления угол пересечения равен по меньшей мере 60 градусов.

Целевая точка или целевая область для захвата звука - пересечение обоих лучей 415, 425. Сигнал из этой области получают с помощью обработки выходных сигналов этих двух формирователей 410, 420 луча, таким образом, чтобы вычислить «акустическое пересечение». Это пересечение можно рассматривать как часть сигнала, которая является общей/когерентной между двумя отдельными выходными сигналами формирователей луча.

Такая концепция использует и отдельные направленности формирователей луча, и когерентность между выходными сигналами формирователя луча. Это отличается от обычной обработки системы микрофонов, где используется только один массив, и его различные датчики размещены в непосредственной близости друг от друга.

С помощью этого излучаемый звук фиксируют/получают из определенного целевого местоположения. Это, в отличие от подходов, которые используют распределенные микрофоны для оценки местоположения источников звука, но которые не стремятся к улучшенной записи источников звука, для которых определено местоположение, с помощью рассмотрения выходного сигнала отдаленных систем микрофонов, которые предложены согласно вариантам осуществления.

Помимо использования высоконаправленных микрофонов, концепции согласно вариантам осуществления могут воплощаться и с помощью классических формирователей луча, и с помощью параметрических пространственных фильтров. Если формирователь луча вводит зависимое от частоты искажение амплитуды и фазы, то это должно быть известно и учитываться для вычисления «акустического пересечения».

В варианте осуществления устройство, например, генератор сигнала, вычи