Оценка расстояния с использованием звуковых сигналов

Оценка расстояния с использованием звуковых сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к оценке расстояний до объектов и, в частности, но не исключительно, к характеризации звуковых сред на основе оценки расстояний.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Автоматизированное определение расстояний является важным для многих применений. Например, звуковая среда значительно влияет на характеристики системы громкоговорителей, и акустика помещения, например, значительно влияет на пространственное впечатление, которое можно обеспечить с помощью системы пространственного звуковоспроизведения. Поэтому, чтобы обеспечить наилучшее пространственное воспроизведение, важно, чтобы система звуковоспроизведения была должным образом откалибрована для определенной звуковой среды. Поскольку невозможно учесть заранее каждую возможную комбинацию размера помещения, размещения акустической системы, положения слушателя и т.д., на практике можно предоставить только ограниченное количество предварительно заданных вариантов. Поэтому надлежащая калибровка системы звуковоспроизведения должна осуществляться с помощью оборудования на месте. Чтобы оптимизировать звуковоспроизведение, предпочтительно должны быть известны геометрия помещения, положение прослушивания и размещение устройства воспроизведения. Хотя можно измерить эти данные вручную, это представляло бы нежелательный объем работ на стороне пользователя и было бы подвержено ошибке пользователя. Если геометрию помещения можно измерить автоматически, то оптимизация может быть автоматической и не содержать ошибку пользователя. Такая геометрия помещения может определяться из измерений расстояния до объектов в помещении, например стен, и поэтому практичная система для определения таких расстояний до объектов очень полезна.

Предложено определять расстояния до стен на основе измерений направленных звуковых сигналов. WO200466673A1 раскрывает систему, в которой массив традиционных громкоговорителей и по меньшей мере один микрофон используются для калибровки звуковой панели, где множество пространственных каналов формируется из одного громкоговорителя, используя массив громкоговорителей и канализируемое излучение звуковых сигналов.

Раскрытая система использует массив традиционных громкоговорителей для создания пучка направленного звука, который направлен на стену. Отраженный звук регистрируется микрофоном, и разновременность между излучением звука и улавливанием звука используется для определения расстояния до отражающего объекта. Этот подход очень похож на стандартный гидролокатор. Использование массива традиционных громкоговорителей для этой системы обладало несколькими недостатками. Массив традиционных громкоговорителей может создавать только остронаправленные звуковые пучки в ограниченном диапазоне частот, определенном шириной массива и расстоянием между громкоговорителями. Ограниченная полоса пропускания приводит к раскрытой системе, использующей одночастотный испытательный тональный сигнал для калибровки, что может привести, например, к сниженному отношению сигнал/шум по сравнению с сигналами с большей полосой пропускания. Раскрытая система также может быть предрасположена к артефактам равносигнальной зоны, которые могут приводить к ложным результатам.

Другая проблема, с которой сталкивается использование массива традиционных громкоговорителей, состоит в том, что широкая апертура, необходимая для острой направленности, также приводит к большому размеру пятна у звукового пучка, что уменьшает разрешение измерительной системы. Чтобы решить эту проблему, WO200466673A1 предлагает использовать фокусирующий алгоритм для уменьшения размера пятна пучка. Однако, чтобы сфокусировать пучок, расстояние до отражающего объекта должно быть известно заранее, то есть это требует, чтобы уже было известно расстояние, которое нужно измерить. По существу, необходима итеративная процедура оптимизации, чтобы сфокусировать пучок до подходящего размера пятна и идентифицировать местоположение стены с подходящей точностью. Это затратно в показателях как вычислительной мощности, так и времени измерения/настройки.

Системы обнаружения дальности на основе ультразвука также использованы для определения расстояния до стен. Эти системы излучают ультразвуковой сигнал в направлении стены и измеряют время, которое проходит до того, как ультразвуковой сигнал принимается обратно. Расстояние тогда можно определить соответствующим половине круговой задержки для ультразвукового сигнала. Однако такие системы ультразвуковой дальнометрии требуют, чтобы отражающая поверхность была перпендикулярна ультразвуковому пучку, и очень чувствительны к отклонениям от этого. Действительно, во многих случаях даже небольшое отклонение от перпендикуляра приводит к измеренным сигналам, соответствующим траектории с многократными отражениями (например, от большего количества стен), посредством этого приводя к ошибочным результатам, и соответственно, например, ошибочной калибровке системы звуковоспроизведения. Поэтому системы ультразвуковой дальнометрии имеют склонность к непрактичности для многих стационарных систем калибровки, в которых дальномерное устройство практически нельзя разместить и направить непосредственно на объект, до которого измеряется расстояние. В частности, они имеют склонность требовать ручного управления и являются неподходящими для многих автоматизированных систем, где точное положение и направление от дальномерного устройства до объектов неизвестно.

Поэтому была бы полезна усовершенствованная система для определения расстояния, и в частности, была бы полезна система, допускающая повышенную гибкость, упрощенную реализацию, упрощенную работу, повышенную точность, повышенную гибкость в геометрическом отношении между системой и объектом, улучшенную пригодность для автоматической дальнометрии и калибровки, улучшенную направленность, улучшенную фокусировку и/или улучшенную производительность.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, изобретение стремится предпочтительно смягчить, ослабить или устранить один или несколько вышеупомянутых недостатков, поодиночке или в любом сочетании.

В соответствии с особенностью изобретения предоставляется устройство для определения расстояния до объекта, содержащее: генератор тестового сигнала для формирования ультразвукового тестового сигнала путем модулирования тестового сигнала звуковой частоты в ультразвуковом сигнале; параметрический громкоговоритель для излучения ультразвукового тестового сигнала в первом направлении; датчик звуковой частоты для формирования зарегистрированного сигнала звуковой частоты, содержащего демодулированный отраженный сигнал звуковой частоты, происходящий из ультразвукового тестового сигнала; и схему оценки расстояния для формирования оценки расстояния для расстояния от параметрического громкоговорителя до объекта в ответ на зарегистрированный сигнал звуковой частоты и оценку отраженного звукового сигнала для тестового сигнала звуковой частоты.

Изобретение может обеспечить улучшенную и/или упрощенную оценку расстояния. Измерение расстояния во многих вариантах осуществления может быть более подходящим для автоматической оценки расстояния и/или может быть нечувствительным к изменениям в геометрических характеристиках сценария измерения. В частности, изобретение может обеспечить улучшенную оценку расстояния для сценариев, в которых направление от датчика/параметрического громкоговорителя не перпендикулярно поверхности объекта. Во многих сценариях можно добиться более точного направленного измерения расстояния, в частности можно добиться меньшего размера пятна пучка наряду с сохранением низкой сложности.

Схема оценки расстояния может формировать оценку расстояния в ответ на относительный момент зарегистрированного сигнала звуковой частоты и тестового сигнала звуковой частоты.

Диапазон звуковых частот может находиться ниже 20 кГц, при этом ультразвуковой сигнал имеет частоту выше 20 кГц. Зарегистрированный сигнал звуковой частоты может соответствовать зарегистрированному звуку в пределах некоторого интервала в полосе частот от 0 Гц до 15 кГц и обычно может включать в себя звук из интервала, который включает в себя частоты ниже 10 кГц или 5 кГц.

Во многих вариантах осуществления тестовый сигнал звуковой частоты преимущественно может иметь ширину полосы частот не менее 500 Гц, а в некоторых вариантах осуществления преимущественно может иметь ширину полосы частот не менее 1 кГц, 2 кГц или даже 5 кГц. Во многих сценариях это может обеспечить более точную оценку и часто может обеспечить улучшенную оценку связанных характеристик, например угла отражающей поверхности или размера отражающего объекта.

Тестовый сигнал звуковой частоты может быть, например, сигналом с качанием частоты (например, логарифмическим), последовательностью максимальной длины или случайным шумовым сигналом с ограниченной полосой. В некоторых вариантах осуществления тестовый сигнал звуковой частоты может быть, например, однотональным сигналом.

Параметрический громкоговоритель и датчик звуковой частоты обычно могут совмещаться. Такое совместное размещение может, например, соответствовать менее десятой части расстояния, которое нужно оценить, и во многих вариантах осуществления может быть меньше 50 см, 25 см или даже 10 см.

Ультразвуковой тестовый сигнал может излучаться направленно, например, с помощью направленного пучка, имеющего затухание 6 дБ при угле менее 10° или 20° для частотного интервала от 3 кГц до 10 кГц или даже для частотного интервала от 1500 Гц до 15 кГц. Угол главного лепестка может быть больше при меньших частотах и может составлять, например, менее 40° при 500 Гц.

Схема оценки расстояния может быть выполнена с возможностью определения оценки расстояния в ответ на момент самого раннего максимума корреляции между зарегистрированным сигналом звуковой частоты и тестовым сигналом звуковой частоты после порогового значения времени.

Это может обеспечить практичное и точное определение расстояния. Пороговое значение времени может быть заранее установленной временной задержкой и обычно может соответствовать длине траектории, которая больше расстояния от параметрического громкоговорителя до датчика звуковой частоты.

Оценка отраженного звукового сигнала в некоторых вариантах осуществления может быть такой же, как тестовый сигнал звуковой частоты, или может быть, например, его измененной или обработанной версией, например, определенной для компенсации влияний нелинейной демодуляции.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема оценки расстояния выполнена с возможностью формирования оценки угла между первым направлением и отражающей поверхностью объекта в ответ на характеристику частотного распределения у зарегистрированного сигнала звуковой частоты.

Это может предоставить дополнительную информацию, которая может обеспечить улучшенные и/или расширенные функциональные возможности. Например, при использовании для определения или оценивания геометрии звуковой среды это может обеспечить более точное определение геометрии и соответственно улучшенное звуковоспроизведение на его основе.

В частности, схема оценки расстояния может быть выполнена с возможностью формирования оценки угла, так что более высокая относительная концентрация высокочастотной энергии указывает более близкий к перпендикулярному угол. Схема оценки расстояния может быть выполнена с возможностью смещения оценки угла к углу 90° для увеличивающейся концентрации энергии в направлении более высоких частот. Это может обеспечить подходящую оценку угла во многих вариантах осуществления.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема оценки расстояния выполнена с возможностью формирования оценки размера для объекта в ответ на характеристику частотного распределения у зарегистрированного сигнала звуковой частоты.

Это может предоставить дополнительную информацию, которая может обеспечить улучшенные и/или расширенные функциональные возможности. Например, при использовании для определения или оценивания геометрии звуковой среды это может обеспечить более точное определение геометрии и соответственно улучшенное звуковоспроизведение на его основе. Дополнительно или в качестве альтернативы это может обеспечить или помочь в идентификации объекта в звуковой среде.

В частности, схема оценки расстояния может быть выполнена с возможностью формирования оценки размера, так что более высокая относительная концентрация низкочастотной энергии указывает больший размер. Схема оценки расстояния может быть выполнена с возможностью смещения оценки размера к более крупным размерам для увеличивающейся концентрации энергии в направлении более низких частот. Это может обеспечить подходящую оценку размера отражающего объекта во многих вариантах осуществления.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема оценки расстояния выполнена с возможностью определения самого раннего максимума корреляции между зарегистрированным сигналом звуковой частоты и оценкой отраженного звукового сигнала после порогового значения времени и формирования оценки расстояния при многократном отражении в ответ на момент последующего максимума корреляции между зарегистрированным сигналом звуковой частоты и оценкой отраженного звукового сигнала.

Это может предоставить дополнительную информацию, которая может обеспечить улучшенные и/или расширенные функциональные возможности. Например, при использовании для определения или оценивания геометрии звуковой среды это может обеспечить более точное определение геометрии и соответственно улучшенное звуковоспроизведение на его основе.

В соответствии с необязательным признаком изобретения устройство дополнительно содержит схему звуковой среды, выполненную с возможностью: изменения первого направления; приема оценок расстояния для разных значений первого направления; и определения геометрии звуковой среды в ответ на оценки расстояния.

Этот подход может быть особенно полезным для определения геометрии звуковой среды, например геометрии помещения. Улучшенную точность можно получить во многих вариантах осуществления, посредством этого обеспечивая улучшенную адаптацию системы звуковоспроизведения и соответственно улучшенное звуковоспроизведение с помощью этой системы звуковоспроизведения. В частности, можно добиться улучшенного пространственного звуковоспроизведения для систем пространственного звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения параметрический громкоговоритель содержит массив ультразвуковых преобразователей, и схема звуковой среды выполнена с возможностью управления значением первого направления путем управления по меньшей мере одним из относительной задержки, фазы и усиления для ультразвуковых преобразователей.

Это может обеспечить особенно выгодный подход и может, например, снизить сложность, упростить работу и/или обеспечить более точное управление первым направлением. Процессор звуковой среды может реализовать алгоритм формирования пучка для массива ультразвуковых преобразователей.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема оценки расстояния выполнена с возможностью формирования оценки расстояния при многократном отражении в ответ на сравнение зарегистрированного сигнала звуковой частоты и оценки отраженного звукового сигнала, причем оценка расстояния при многократном отражении указывает протяженность траектории от параметрического динамика до датчика звуковой частоты, содержащей множество отражений; и где схема звуковой среды дополнительно выполнена с возможностью определения геометрии звуковой среды в ответ на оценку расстояния при многократном отражении.

Это может обеспечить более точное определение геометрии и соответственно улучшенное звуковоспроизведение на его основе.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема звуковой среды выполнена с возможностью определения времени реверберации для звуковой среды и определения геометрии звуковой среды в ответ на это время реверберации.

Это может обеспечить более точное определение геометрии и соответственно улучшенное звуковоспроизведение на его основе.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема звуковой среды выполнена с возможностью приема дополнительного зарегистрированного сигнала звуковой частоты, содержащего инициированный пользователем звук, и определения положения прослушивания в ответ на дополнительный зарегистрированный сигнал звуковой частоты и геометрию звуковой среды.

Это может предоставить дополнительную информацию, которая может обеспечить улучшенную адаптацию системы звуковоспроизведения, в частности может обеспечить оптимизацию к положению прослушивания. Инициированный пользователем звук может быть предполагаемым инициированным пользователем звуком, и подход может определить положение прослушивания на основе предположения дополнительного зарегистрированного сигнала звуковой частоты, содержащего инициированный пользователем звук, и оцененной геометрии звуковой среды.

Дополнительный зарегистрированный сигнал звуковой частоты может формироваться датчиком звуковой частоты и может быть таким же, как зарегистрированный сигнал звуковой частоты, или может быть, например, другим сигналом, предоставленным другим датчиком.

В соответствии с необязательным признаком изобретения устройство выполнено с возможностью итеративного определения оценок расстояния для соответствующих значений первого направления, и схема звуковой среды выполнена с возможностью оценивания геометрии звуковой среды в ответ на динамические изменения в оценках расстояния для соответствующих значений первого направления.

В некоторых вариантах осуществления устройство может быть выполнено с возможностью итеративного определения оценок расстояния для звуковой среды, и процессор звуковой среды выполнен с возможностью оценивания геометрии звуковой среды в ответ на динамические изменения в оценках расстояния.

Принятие во внимание динамических изменений может обеспечить улучшенную оценку звуковой среды. Соответствующие направления могут быть практически одинаковыми направлениями.

В соответствии с необязательным признаком изобретения устройство выполнено с возможностью итеративного определения оценок расстояния для соответствующих значений первого направления, и схема звуковой среды выполнена с возможностью оценивания положения прослушивания в звуковой среде в ответ на динамические изменения в оценках расстояния для соответствующих значений первого направления.

В некоторых вариантах осуществления устройство может быть выполнено с возможностью итеративного определения оценок расстояния для звуковой среды, и процессор звуковой среды выполнен с возможностью оценивания положения прослушивания в звуковой среде в ответ на динамические изменения в оценках расстояния.

Принятие во внимание динамических изменений может обеспечить особенно эффективную оценку положения прослушивания. Соответствующие направления могут быть практически одинаковыми направлениями.

В соответствии с необязательным признаком изобретения предоставляется система пространственного звуковоспроизведения, содержащая ранее описанное устройство, и в которой схема звуковой среды выполнена с возможностью адаптации характеристики пространственного звуковоспроизведения в ответ на геометрию звуковой среды.

Изобретение может предоставить особенно полезную систему пространственного звуковоспроизведения с улучшенной адаптацией к определенной среде использования.

В соответствии с необязательным признаком изобретения схема звуковой среды выполнена с возможностью управления направлением направленного звука по меньшей мере для одного пространственного канала в ответ на геометрию звуковой среды.

Изобретение может обеспечить особенно выгодный подход для управления направленным излучением звука для пространственных каналов. Пространственный канал, в частности, может быть каналом окружения (боковым или задним). Подход особенно полезен для направления пространственных каналов, которые предназначены для достижения положения прослушивания через одно или несколько отражений, так что пространственный канал воспринимается происходящим из иного положения, чем положение громкоговорителя, излучающего сигнал.

В соответствии с необязательным признаком изобретения параметрический динамик выполнен с возможностью воспроизведения звука по меньшей мере для одного пространственного канала.

Подход может позволить параметрическому громкоговорителю предоставить пространственный канал, посредством этого позволяя точно направить его малым пучком, чтобы обеспечить точное пространственное восприятие. Ответственное и точное направленное излучение такого сигнала можно автоматически приспособить к определенной звуковой среде без необходимости дополнительных громкоговорителей. Один и тот же параметрический громкоговоритель может соответственно использоваться для разных, но связанных функций, чтобы обеспечить улучшенное пространственное восприятие наряду с сохранением низкой стоимости.

В соответствии с особенностью изобретения предоставляется способ определения расстояния до объекта, содержащий: формирование ультразвукового тестового сигнала путем модулирования тестового сигнала звуковой частоты в ультразвуковом сигнале; излучения ультразвукового тестового сигнала в первом направлении из параметрического громкоговорителя; регистрации сигнала звуковой частоты с помощью датчика звуковой частоты, причем зарегистрированный сигнал звуковой частоты содержит демодулированный отраженный сигнал звуковой частоты, происходящий из ультразвукового тестового сигнала; и формирования оценки расстояния для расстояния от параметрического громкоговорителя до объекта в ответ на зарегистрированный сигнал звуковой частоты и оценку отраженного звукового сигнала для тестового сигнала звуковой частоты.

Эти и другие особенности, признаки и преимущества изобретения станут очевидными и будут разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описываемые ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут описываться только в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых

Фиг. 1 - иллюстрация компоновки системы динамиков для системы объемного звука;

Фиг. 2 - иллюстрация примера компоновки системы динамиков для системы объемного звука;

Фиг. 3 - иллюстрация примера компоновки системы динамиков для системы объемного звука;

Фиг. 4 иллюстрирует пример элементов в устройстве для определения расстояния до объекта в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 5 иллюстрирует пример сценария измерения для устройства для определения расстояния до объекта в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 6 иллюстрирует пример корреляционной характеристики для сценария измерения для устройства для определения расстояния до объекта в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 7 и 8 иллюстрирует пример сценария ультразвукового измерения расстояния для системы ультразвуковой дальнометрии в соответствии с известным уровнем техники;

Фиг. 9 иллюстрирует пример сценария измерения для устройства для определения расстояния до объекта в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 10 иллюстрирует пример элементов системы пространственного звуковоспроизведения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и

Фиг. 11 иллюстрирует пример определения геометрии помещения с помощью системы пространственного звуковоспроизведения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание сосредоточено на вариантах осуществления изобретения, применимых к калибровке системы пространственного звуковоспроизведения на основе геометрии звуковой среды, определенной из измерений расстояния. Однако нужно будет принять во внимание, что изобретение не ограничивается этим применением, а может применяться во многих других сценариях и ко многим другим приложениям.

Фиг. 1 иллюстрирует компоновку системы динамиков для традиционной пятиканальной системы пространственного звуковоспроизведения, например системы домашнего кинотеатра. Система содержит центральный динамик 101, предоставляющий центральный передний канал, левый передний динамик 103, предоставляющий левый передний канал, правый передний динамик 105, предоставляющий правый передний канал, левый тыловой динамик 107, предоставляющий левый тыловой канал, и правый тыловой динамик 109, предоставляющий правый тыловой канал. Пять динамиков 101-109 вместе предоставляют пространственное звуковое впечатление в положении 111 прослушивания и позволяют слушателю в этом месте получать окружающее и многонаправленное звуковое впечатление. Во многих системах домашнего кинотеатра система дополнительно может включать в себя сабвуфер для канала низкочастотных эффектов (LFE).

Требование к расположению громкоговорителей сбоку или сзади положения прослушивания обычно считается невыгодным, так как это не только требует расположения дополнительных громкоговорителей в неудобных положениях, но также требует их подключения к источнику возбуждения, обычно усилителю мощности домашнего кинотеатра. В типичной компоновке системы необходимо, чтобы провода шли из положений 107, 109 окружных громкоговорителей к блоку усилителя, который обычно располагается ближе к передним динамикам 101, 103, 105. Это особенно невыгодно для изделий типа систем домашнего кинотеатра, которые стремятся иметь широкую привлекательность и применение в средах, которые не оптимизированы или не предназначены для звукового впечатления.

Фиг. 2 иллюстрирует пример измененной компоновки системы динамиков. В этом примере передние громкоговорители, а именно левый передний громкоговоритель 103, центральный громкоговоритель 101 и правый передний громкоговоритель 105, предоставляют аудиограмму спереди от положения 111 прослушивания. Однако в системе из Фиг. 2 сигналы объемного звука не предоставляются отдельными громкоговорителями, установленными сзади от пользователя, а предоставляются громкоговорителями 201, 203, установленными спереди от положения 111 прослушивания. В конкретном примере левый окружной динамик 201 располагается рядом с левым передним динамиком 103, а правый окружной динамик 203 располагается рядом с правым передним динамиком 105.

В примере окружные динамики 201, 203 выполнены с возможностью излучения звукового сигнала 205, 207, который отражается боковыми стенами 209, 211 и задней стеной 213, чтобы достичь положения 111 прослушивания из направления сзади от слушателя. Таким образом, тыловые окружные динамики 201, 203 предоставляют объемные сигналы 205, 207, которые кажутся слушателю возникающими сзади. Этот эффект достигается путем излучения тыловых звуковых сигналов 205, 207 таким образом, что они отражаются стенами 209, 211, 213. В конкретном примере сигналы 205, 207 объемного звука достигают положения прослушивания преимущественно посредством отражений от двух стен, а именно боковых стен 209, 211 и задней стены 213. Однако нужно будет принять во внимание, что другие варианты осуществления и сценарии могут включать в себя меньше или больше отражений. Например, объемные сигналы 205, 207 могут излучаться для достижения положения 111 прослушивания с помощью однократного отражения от боковой стены 209, 211, посредством этого предоставляя воспринимаемый виртуальный источник звука сбоку от пользователя.

В примере Фиг. 2 каждый пространственный канал излучается собственным отдельным динамиком. Описанный подход обеспечивает действенное окружающее впечатление наряду с разрешением располагать окружные динамики 201, 203 спереди от пользователя, и в частности, совмещать или располагать рядом с одним из передних динамиков 101, 103, 105. Однако это также позволяет использовать один и тот же динамик для воспроизведения более одного из пространственных каналов. Таким образом, во многих вариантах осуществления окружные динамики 201, 203 также могут использоваться для воспроизведения одного из передних каналов.

В конкретном примере левый окружной динамик 201 также может воспроизводить левый передний канал, а правый окружной динамик 203 также может воспроизводить правый передний канал. Однако, поскольку левый и правый передние каналы должны доставляться непосредственно в положение прослушивания (по прямой траектории), так что они кажутся идущими спереди, то есть непосредственно из положения динамика, передний канал воспроизводится в ином направлении, чем канал окружения.

Таким образом, можно убрать соответственно левый передний динамик 103 и правый передний динамик 105, и вместо этого можно использовать левый окружной динамик 201 и правый окружной динамик 203, приходя к системе на Фиг. 3. Пространственные системы из Фиг. 2 и 3 соответственно основываются на направленном излучении звука по меньшей мере левым окружным динамиком 201 и правым окружным динамиком 203. Этого можно достичь, например, с использованием направленных головок громкоговорителя, наклоненных в нужном направлении, но чаще можно достичь с использованием массивов преобразователей, пучком которых можно управлять. Таким образом, каждый из левого окружного динамика 201 и правого окружного динамика 203 может содержать множество преобразователей, которые возбуждаются по-разному взвешенными (фаза и/или амплитуда) и/или задержанными версиями управляющих сигналов, чтобы обеспечить нужное формирование пучка и, соответственно, направленность.

Все системы, кроме того, будут обеспечивать пространственное звуковое впечатление в положении 111 прослушивания, которое сильно зависит от геометрии звуковой среды. В частности, геометрия помещения влияет на воспринимаемый пространственный звук. В частности, пространственное восприятие каналов окружения из Фиг. 2 и 3 достигается с помощью отражений от стен и соответственно очень сильно зависит от определенной геометрии помещения.

Соответственно, важно откалибровать и адаптировать систему звуковоспроизведения к определенной звуковой среде, в частности к геометрии помещения. Этого часто можно добиться вручную или полуавтоматически, требуя от пользователя поместить микрофон в положение прослушивания и выполняя специальный процесс калибровки. Однако это может быть сложным, трудоемким, запутывающим и непрактичным для многих типичных пользователей.

В дальнейшем будет описываться система, которая может формировать автоматические оценки геометрии помещения/звуковой среды, что позволяет калибровать систему звуковоспроизведения для определенной среды. Система основывается на измерениях расстояния, которые используют сочетание ультразвуковых и звуковых сигналов и измерений.

Описанный подход использует параметрический громкоговоритель для излучения модулированного ультразвукового сигнала в заданном направлении. Таким образом, ультразвуковой передатчик (в виде ультразвукового громкоговорителя) проецирует остронаправленный пучок ультразвука с высокой интенсивностью, модулированный тестовым сигналом звуковой частоты. Когда ультразвук распространяется через воздух, тестовый сигнал звуковой частоты демодулируется для формирования остронаправленного пучка звука. Когда этот звуковой пучок сталкивается с препятствием, например стеной, потолком или крупным объектом, звук слышимой частоты отражается в широком диапазоне углов и впоследствии регистрируется датчиком звуковой частоты (например, стандартным звуковым микрофоном), размещенным около передатчика. Разновременность между передачей и приемом отраженного сигнала затем используется для идентификации расстояния до отражающего/рассеивающего объекта.

Этот подход может использоваться для выполнения сканирования по набору углов, посредством этого позволяя, например, вычислить расстояние от устройства до стен и/или потолка помещения и построить геометрическую модель помещения. Используя эту информацию, систему звуковоспроизведения затем можно регулировать для оптимизации воспроизведения звука для любого заданного помещения и положения прослушивания. Нижеследующее описание будет сосредоточено на определении двумерной геометрии помещения путем определения расстояния и положений стен помещения, но нужно будет принять во внимание, что подход в равной степени может быть применим к определению трехмерной геометрии помещения. В частности, нужно будет принять во внимание, что описанный подход в равной степени подходит, например, для определения расстояния до потолка помещения.

Фиг. 4 подробнее иллюстрирует пример измеряющей системы. Система содержит генератор 401 тестового сигнала, который формирует ультразвуковой тестовый сигнал путем модулирования тестового сигнала звуковой частоты в ультразвуковом сигнале. Генератор 401 тестового сигнала соединяется с параметрическим громкоговорителем 403, который излучает модулированный ультразвуковой тестовый сигнал.

Параметрический громкоговоритель является звуковым устройством, которое использует нелинейные свойства воздуха для демодуляции слышимых частот из ультразвукового сигнала несущей частоты с высокой интенсивностью. Ультразвуковой сигнал несущей частоты обычно является ультразвуковой несущей с очень короткой длиной волны. Когда ультразвуковая акустическая волна проецируется из преобразователя с размером гораздо больше длины волны звука, создается очень узкий пучок ультразвука. Когда ультразвук распространяется через воздух, звуковой сигнал демодулируется из ультразвукового сигнала несущей частоты. В частности, любая нелинейность в траектории звука может действовать как демодулятор, посредством этого воссоздавая исходный звуковой тестовый сигнал, который использовался для модуляции ультразвукового сигнала несущей частоты. Такая нелинейность может возникать автоматически в траектории передачи. В частности, воздух в качестве передающей среды по своей природе проявляет нелинейную характеристику, что приводит к тому, что ультразвук становится слышимым. Таким образом, в примере нелинейные свойства самого воздуха вызывают демодуляцию звука из ультразвукового сигнала высокой интенсивности.

Демодулированный звуковой сигнал также образует остронаправленный пучок в результате плотного группирования первичной ультразвуковой несущей. Острая направленность источника звука позволяет направлять слышимый звук в очень точные местоположения, что весьма полезно для точной оценки расстояния. Параметрический громкоговоритель, кроме того, является компактным и обладает малым размером пятна по своей природе без необходимости дополнительного фокусирования.

Хотя параметрический громкоговоритель может направить звуковой пучок в любую точку помещения с очень высокой точностью, как только пучок сталкивается с неким объектом, составляющие слышимой частоты рассеиваются по всему помещению. Если микрофон размещается совмещенно с параметрическим преобразователем, то он обнаружит отраженные звуковые сигналы. Эта система выглядит аналогичной традиционному гидролокатору ультразвукового обнаружения дальности на основе ультразвукового передатчика и приемника. Ключевое отличие состоит в том, что ультразвуковой гидролокатор передает и принимает ультразвук, тогда как система из Фиг. 4 передает ультразвук и принимает сигнал диапазона звуковых частот. Ультразвук отражается от стены исключительно зеркально. Если стена перпендикулярна передатчику, то сильный сигнал будет отражен обратно к приемни