Система и способ для воспроизведения звука

Система и способ для воспроизведения звука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе и способу для воспроизведения звука и, в частности, но не исключительно, к системе воспроизведения объемного звука, например, для применения в домашних кинотеатрах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Системы пространственного звучания, предоставляющие улучшенное пространственное ощущение с помощью традиционных стерео- или моносистем, стали очень популярными. Например, системы объемного звучания с пятью или семью пространственными каналами (часто в дополнение к одному или двум каналам низкочастотных эффектов (LFE)) стали очень популярны для применений, таких как системы домашнего кинотеатра.

Во многих ситуациях желательно иметь громкоговорители с маленьким форм-фактором. Однако маленький размер неизменно влияет на амплитуду и чувствительность на низких частотах при воспроизведении звука. По существу, типично имеет место компромисс между качеством аудио и физическим форм-фактором для громкоговорителей. Вдобавок, системы пространственного звучания часто усугубляют проблемы, поскольку они не только склонны к использованию большего числа громкоговорителей, но также ограничивают степень свободы в отношении их размещения, поскольку положение источника звука имеет значение для пространственного восприятия.

Например, системы объемного звука, такие как системы домашнего кинотеатра, используют множество громкоговорителей для создания ощущения с погружением в звук, схожего с таковым в полноразмерном кинотеатре. Для наиболее убедительного ощущения с погружением в звук все громкоговорители должны быть способны к воспроизведению широкополосного аудио. Кроме того, громкоговорители должны быть расположены в подходящих положениях для того, чтобы обеспечивать желаемое пространственное ощущение. Для этого необходимы большие громкоговорители, которые часто некрасивы и их сложно расположить в помещении. Многие потребители находят, что дополнительные громкоговорители предоставляют слишком много помех. Следовательно желательно уменьшить размер некоторых или всех громкоговорителей так, чтобы они были меньше заметны и их можно было более легко встроить в помещение. В частности, тыловые громкоговорители часто считаются неудобными с точки зрения размера и расположения. Однако с уменьшением размеров громкоговорителей также снижается эффективность на низких частотах и максимальный уровень звукового давления (SPL), достижимые при заданной частоте.

Для решения таких проблем в большинстве систем домашнего кинотеатра используют компоновку сателлитного сабвуфера, где сателлиты представляют собой почти широкополосные устройства воспроизведения звука, и сабвуфер усиливает только самые нижние частоты. Компоновки сателлитных сабвуферов типично требуют, чтобы частота разделения от сабвуфера к сателлитным громкоговорителям была как можно ниже. В окружении помещения сложно определить местоположение низкочастотных (<120 Гц) источников звука. Это делает возможным почти свободное размещение сабвуфера в помещении. Если частота разделения слишком высока (выше 120 Гц), акустические сигналы определения местоположения, относящиеся к сабвуферу, становятся очевидными, что позволяет легче определить местоположение низкочастотного источника. Для хорошего качества звука и эффектов правильной стереофонической образности, сателлиты должны быть, следовательно, способны на почти широкополосное воспроизведение звука. Если сателлиты не способны покрывать полный диапазон аудио от 120 Гц до 20 кГц, система является компромиссной. Разработчик может выбрать или оставить пропуск в частотной характеристике системы от 120 Гц до нижней граничной частоты сателлитных громкоговорителей, или увеличить частоту разделения до сабвуфера. Оба эти компромисса ухудшают качество аудио и ощущение прослушивания с погружением.

Таким образом, во многих сценариях компромиссы между размером и расположением громкоговорителей с одной стороны и качеством аудио и пространственным ощущением с другой стороны обычно бывают субоптимальными.

Таким образом, будет полезна усовершенствованная система воспроизведения звука и, в частности, будет полезна система, предусматривающая повышенную гибкость, увеличенную свободу в расположении громкоговорителей, улучшенное качество аудио, увеличенные уровни звукового давления, улучшенное пространственное ощущение и/или улучшенную эффективность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, изобретение стремится предпочтительно уменьшить, смягчить или устранить один или несколько указанных выше недостатков по отдельности или в любой комбинации.

Согласно одному из аспектов изобретения предоставлена система воспроизведения звука для воспроизведения аудио сигнала, происходящего из первого направления относительно номинального положения и номинальной ориентации слушателя, система воспроизведения звука содержит: первую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению; вторую компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; схему возбуждения для генерации первого сигнала возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второго сигнала возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала; причем первое положение и второе положение расположены на конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Изобретение может во многих вариантах осуществления обеспечивает улучшенное качество звука и желаемое восприятие источника пространственного звучания, при этом предоставляя дополнительную гибкость в отношении местоположения преобразователей звука. В частности, это может позволять комбинировать множество преобразователей звука с одним преобразователем звука, доминирующим в пространственном восприятии, при этом другой(ие) источник(и) звука, расположенные в другом положении, значительно улучшают качество аудио без значительного влияния на пространственное восприятие.

В пространственном восприятии слушателя в номинальном положении и ориентированного в номинальном направлении может доминировать звук от первой компоновки преобразователя звука, при этом звук от второй компоновки преобразователя может доминировать или значительно воздействовать на качество аудио, воспринимаемого слушателем.

Изобретение может во многих вариантах осуществления давать возможность улучшенного компромисса между двумя или более из качества аудио, уровней звукового давления, пространственного восприятия, форм-фактора и расположения компоновки преобразователя звука.

Подход можно применять во многих других применениях, включая, например, воспроизведение звука для дисплеев с плоским экраном, таких как телевизоры или мониторы с плоским экраном, компьютерные мультимедийные громкоговорители, автомобильные аудио системы или применения в домашних кинотеатрах.

Конус смешения звуков представляет собой конус в трехмерном пространстве, в котором интерауральные разницы во времени (ITD) и интерауральные разницы уровней (ILD) достаточно близки, чтобы не предоставлять значительно отличающиеся пространственные акустические сигналы пользователю, расположенному в исходной точке конуса. Конус смешения звуков представляет относительное расположение положения прослушивания (и ориентации), первого положения и второго положения, результатом чего являются значения ITD и ILD для первого и второго положения, которые являются по существу одинаковыми в положении прослушивания (и ориентации). Таким образом, конус смешения звуков для конкретного расположения может быть определен для заданного первого положения и положения и ориентации прослушивания или эквивалентно для заданного второго положения и положения и ориентации прослушивания.

Конус смешения звуков может брать начало из номинального положения и содержать все пространственные координаты, для которых ITD составляет менее 10% от средней задержки пути звука из этого положения в номинальное положение, и ILD составляет менее 10% от среднего уровня в номинальном положении. В частности, конус смешения звуков может представлять собой набор положений, для которых задержка аудио пути меняется не более чем на 50 мкс и потери на пути меняются не более чем на 1 дБ. Во многих вариантах осуществления, конус смешения звуков может расширяться вплоть до 5°, или в некоторых случаях даже до 10°, от идеального конуса, для которого ILD и ITD идентичны.

Воспроизведение звука, например, может представлять собой систему объемного звука и аудио сигнал может представлять собой пространственный канал для сигнала объемного звука, такого как сигнал переднего левого или правого канала или сигнал объемного звучания или тылового левого или правого канала.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения, чтобы соответствовать диапазону более высоких частот аудио сигнала, чем второй сигнал возбуждения.

Это может обеспечивать особенно предпочтительные эксплуатационные характеристики во многих вариантах осуществления. В частности, это может часто предоставлять предпочтительную компоновку, где в пространственном восприятии доминирует компоновка первого преобразователя, которая может быть очень маленькой, при этом позволяя доминировать над качеством аудио диапазонов более низких и средних частот второй компоновке преобразователя, которая может иметь увеличенный форм-фактор относительно компоновки первого преобразователя, и которую можно размещать более гибко. В действительности, пространственное положение можно определять посредством компоновки первого преобразователя, тем самым давая возможность значительно более высокой гибкости в расположении возможно более крупной второй компоновки преобразователя более дискретно. В действительности, подход во многих вариантах осуществления может создавать иллюзию широкополосного звука, идущего из маленького громкоговорителя, который сам по себе не способен испускать низкие частоты.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, по меньшей мере одна из первой компоновки преобразователя звука и второй компоновки преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный в первом положении и втором положении соответственно.

Это может предоставить возможность практичной реализации низкой сложности.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, система воспроизведения звука дополнительно содержит третью компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из третьего положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и при этом схема возбуждения выполнена с возможностью дополнительно генерировать третий сигнал возбуждения для третьей компоновки преобразователя звука из аудио сигнала.

Это может обеспечивать улучшенное качество звука во многих вариантах осуществления, и может обеспечивать высокую степень гибкости в компромиссе между положениями преобразователя звука, качеством аудио и пространственным ощущением.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, систему воспроизведения звука выполнена с возможностью воспроизводить дополнительный аудио сигнал, происходящий из второго направления относительно номинального положения и номинальной ориентации, и система воспроизведения звука дополнительно содержит: третью компоновку преобразователя звука, выполненную с возможностью генерировать звук, достигающий номинального положения из третьего положения, соответствующего второму направлению; и при этом схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения посредством комбинации по меньшей мере некоторых составляющих сигнала первого аудио сигнала и второго аудио сигнала и для того, чтобы генерировать третий сигнал возбуждения для третьего преобразователя звука из второго аудио сигнала.

Это может обеспечивать особенно эффективный подход с высокими эксплуатационными характеристиками для предоставления множества положений источника пространственного звучания. В действительности, вторую компоновку преобразователя звука можно повторно использовать для других положений, причем каждое положение требует только одну дополнительную компоновку преобразователя, которая типично может представлять собой маленький громкоговоритель с диапазоном более высоких частот, причем диапазоны более низких частот предоставляют посредством одно совместно используемого более крупного громкоговорителя, расположенного в удобном положении. Первый и второй аудио сигналы могут представлять собой, например, различные аудио сигналы сигнала объемного звука, такие как сигнал левого переднего и тылового звука или сигнал правого переднего и тылового звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, схема возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения и второй сигнал возбуждения так, что звук от второй компоновки преобразователя достигает номинального положения с задержкой между 1 мс и 50 мс относительно звука из компоновки первого преобразователя.

Это может обеспечивать увеличенное доминирование компоновки первого преобразователя для предоставления пространственных акустических сигналов слушателю. Относительные задержки между звуком из двух компоновок преобразователей звука можно определять относительно аудио сигнала. Например, их можно определять как временную разницу в номинальном положении для составляющих сигнала, которые являются одновременными в аудио сигнале. Подход может использовать эффект предшествования для того, чтобы дополнительно акцентировать пространственные акустические сигналы от первой компоновки преобразователя звука относительно пространственных акустических сигналов от второй компоновки преобразователя звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, схема возбуждения выполнена с возможностью регулировать по меньшей мере одну из разницы уровней и временной разницы между первым сигналом возбуждения и вторым сигналом возбуждения, чтобы компенсировать разницу расстояний между аудио путем от первой компоновки преобразователя звука до номинального положения и аудио путем от второй компоновки преобразователя звука до номинального положения.

Это может обеспечивать улучшенные эксплуатационные характеристики и/или увеличенную гибкость в расположении компоновок преобразователей звука. Например, взаимодействующие громкоговорители могут быть расположены на различных расстояниях от положения прослушивания без изменения расстояния, что ведет к неприемлемому ухудшению.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, система воспроизведения звука дополнительно содержит средство регулировки, выполненное с возможностью принимать входной сигнал от микрофона, расположенного в номинальном положении, и регулировать по меньшей мере одну из временной разницы и разницы уровней в ответ на сигнал микрофона.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную адаптацию, которая ведет к улучшенным эксплуатационным характеристикам во многих сценариях.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, аудио сигнал представляет собой пространственный канал сигнала объемного звука, и схема возбуждения дополнительно выполнена с возможностью генерировать второй сигнал возбуждения в ответ на второй пространственный канал сигнала объемного звука.

Это может обеспечивать особенно эффективное воспроизведение объемного звука. Подход может допускать возможно более крупную компоновку громкоговорителя для предоставления качества аудио в диапазоне частот от низких до средних, подлежащую комбинации с маленькими громкоговорителями более высоких частот, которые предоставляют доминирующие пространственные акустические сигналы. Аудио сигнал, например, может представлять собой левый или правый тыловой канал объемного звучания со вторым пространственным каналом, представляющим собой соответствующий передний канал. Таким образом, одну и ту же вторую компоновку преобразователя звука можно совместно использовать для переднего и тылового канала объемного звучания, тем самым снижая число необходимых отдельных преобразователей звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью испускать направленный звук, достигающий номинального положения в первом направлении через по меньшей мере одно отражение.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную установку во многих вариантах осуществления. В частности, она может обеспечивать дополнительную гибкость в расположении первой компоновки преобразователя звука относительно желаемого положения воспринимаемого источника звука. Во многих вариантах осуществления она может позволять располагать первую и вторую компоновки преобразователей звука перед пользователем, при этом обеспечивая восприятие звука, берущего начало сбоку или сзади от пользователя.

В некоторых вариантах осуществления первое и второе положения имеют горизонтальную разницу не более чем 50 см.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, первая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью генерировать виртуальный источник звука в первом положении; и вторая компоновка преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный во втором положении.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную реализацию во многих вариантах осуществления. В частности, она может обеспечивать дополнительную гибкость в расположении первой компоновки преобразователя звука относительно желаемого положения воспринимаемого источника звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, вторая компоновка преобразователя звука выполнена с возможностью генерировать виртуальный источник звука во втором положении; и первая компоновка преобразователя звука содержит громкоговоритель, расположенный в первом положении.

Это может обеспечивать особенно предпочтительную реализацию во многих вариантах осуществления. В частности, она может обеспечивать дополнительную гибкость в расположении второй компоновки преобразователя звука относительно желаемого положения воспринимаемого источника звука.

В соответствии с необязательным признаком изобретения, второе положение является таким, что угол между направлением, соответствующим второму положению, и первым направлением составляет не менее 20°, или в действительности в некоторых случаях предпочтительно не менее чем 30° или даже 45°.

В некоторых вариантах осуществления расстояние между первым положением и вторым положение составляет не менее чем 1 метр или в некоторых случаях даже 2 или 3 метра.

Подход может допускать очень важные различия в положении различных компоновок преобразователей звука. В действительности, подход может позволять располагать два громкоговорителя далеко друг от друга, но в то же время комбинируя для того, чтобы обеспечивать высокое качество аудио и воспринимаемое одно положение источника звука. Увеличенная гибкость в расположении источников звука может быть достигнута, и подход может позволять располагать по меньшей мере вторую компоновку преобразователя звука дискретно на некотором расстоянии от желаемого направления источника пространственного звучания, воспринимаемого слушателем в номинальном положении.

Согласно одному из аспектов по изобретению предоставлен способ воспроизведения аудио сигнала, происходящего из первого направления относительно номинального положения и номинальной ориентации слушателя, способ содержит: генерацию первого сигнала возбуждения для первой компоновки преобразователя звука и второго сигнала возбуждения для второй компоновки преобразователя звука из аудио сигнала; первая компоновка преобразователя звука генерирует звук, достигающий номинального положения из первого положения, соответствующего первому направлению; вторая компоновка преобразователя звука генерирует звук, достигающий номинального положения из второго положения, соответствующего другому направлению, отличающемуся от первого направления; и при этом первое положение и второе положение располагают на конусе смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества по изобретению будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные в настоящем документе далее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг. 1 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 2 проиллюстрирован пример установки источника звука для системы домашнего кинотеатра с объемным звуком;

на фиг. 3 проиллюстрирован пример конуса смешения звуков для слушателя;

на фиг. 4 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 5 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 6 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 7 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 8 проиллюстрирован пример установки громкоговорителей;

на фиг. 9 проиллюстрирован пример элементов системы для генерации виртуального источника звука;

на фиг. 10 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и

на фиг. 11 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующее описание сосредоточено на вариантах осуществления изобретения, применимых к системе воспроизведения объемного звука и, в частности, к системе воспроизведения звука для применения в домашних кинотеатрах. Однако следует принимать во внимание, что изобретение не ограничено этим применением, но может быть применено ко многим другим системам воспроизведения звука и во многих других сценариях использования.

На фиг. 1 проиллюстрирован пример элементов системы воспроизведения звука в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. На фиг. 1 в частности проиллюстрированы элементы, ассоциированные с воспроизведением одного моно аудио сигнала, который, например, может представлять собой один пространственный канал системы объемного звука. Таким образом, система воспроизведения звука дополнительно может содержать другую функциональность для воспроизведения других каналов системы объемного звука и в частности для воспроизведения других пространственных каналов. Также будет оценено, что функциональность на фиг.1 можно соответствующим образом также использовать для воспроизведения звука для других каналов.

Система на фиг. 1 содержит входную схему 101, которая принимает аудио сигнал. Аудио сигнал, например, может представлять собой аудио сигнал объемного звука, который, например, может содержать пять или семь пространственных каналов вместе с возможно одним или двумя совместно используемыми каналами низкочастотных эффектов (LFE). Входная схема 101 может принимать входной аудио сигнал от любого подходящего внутреннего или внешнего источника.

Входная схема 101 соединена со схемой 103 возбуждения, которая в этом примере представляет собой одноканальную схему возбуждения. Таким образом, входная схема 101 предоставляет аудио сигнал от одного из каналов пространственного объемного звука на схему 103 возбуждения. Например, элементы на фиг. 1 могут быть скомпонованы для того, чтобы воспроизводить, скажем, (тыловой или боковой) левый канал объемного звучания сигнала объемного звука.

Звук воспроизводят посредством первого и второго преобразователей звука, которые в конкретном примере представляют собой стандартные громкоговорители 105, 107. Схема 103 возбуждения выполнена с возможностью генерировать первый сигнал возбуждения для первого громкоговорителя 105 и второй сигнал возбуждения для второго громкоговорителя из аудио сигнала. Таким образом, в конкретном примере левый тыловой звук воспроизводят посредством комбинации двух громкоговорителей 105, 107. Для того чтобы обеспечить подходящее пространственное ощущение, важно, чтобы воспроизводимый звук воспринимался как исходящий в подходящем направлении в заданном положении прослушивания.

На фиг. 2 проиллюстрирован пример установки типичной системы для системы воспроизведения пространственного звука с пятью каналами объемного звука, такой как система домашнего кинотеатра. Система содержит центральный источник звука 201, предоставляющий центральный передний канал, левый передний источник звука 203, предоставляющий левый передний канал, правый передний источник звука 205, предоставляющий правый передний канал, левый тыловой источник звука 207, предоставляющий левый тыловой канал, и правый тыловой источник звука 209, предоставляющий правый тыловой канал. Пять источников звука 201-209 вместе обеспечивают ощущение пространственного звучания в положении прослушивания 211 и позволяют слушателю в этом местоположении испытывать ощущение с погружением в объемный звук. Таким образом, типичные системы объемного звука имеют установки для того, чтобы предоставлять подходящее пространственное ощущение слушателю, который расположен в номинальном или эталонном положении и имеет номинальную или эталонную ориентацию, т.е. в установке на фиг. 2 слушателя считают повернутым лицом к центральному переднему каналу источник звука 201.

Следует принимать во внимание, что номинальные (или эталонные) положение и ориентация на зависят от какого-либо конкретного присутствующего слушателя или присутствующих слушателей, присутствующих в других положениях. Скорее номинальное положение и ориентация являются признаком системы/установки. Номинальное положение и ориентация могут в частности представлять положение и ориентацию, для которых оптимизировано пространственное ощущение.

Требование к громкоговорителям быть распложенными в частности сбоку от или позади положения прослушивания типично считают неблагоприятным, поскольку это не только требует располагать дополнительные громкоговорители в неудобных положениях, но также требует соединять их с возбуждающим источником, таким как типично усилитель мощности домашнего кинотеатра. В типичной установке системы провода должны идти от источников объемного звука к усилительному блоку, который типично располагают близко к передним источникам звука. Кроме того, для того, чтобы достичь желаемого качества аудио, обоснованно большой форм-фактор типично необходим для всех громкоговорителей, выполняющих функцию источников звука. Для того чтобы уменьшить или смягчить воспринимаемые недостатки, желательно иметь как можно больше свободы в расположении громкоговорителей, которые обеспечивают воспроизведение звука. Однако, этому желанию типично противопоставлено требование того, что конкретное пространственное ощущение должно быть предоставлено в номинальном положении.

В подходе на фиг. 1 увеличенной гибкости в расположении громкоговорителей 105, 107 достигают посредством позволения располагать два громкоговорителя 105, 107 отдельно, при этом гарантируя, что пространственное восприятие преимущественно будет генерировать первый громкоговоритель 105. В частности, первый громкоговоритель 105 располагают так, что звук от него достигает номинального положения в желаемом направлении, ассоциированном с пространственным каналом. В частности, первый громкоговоритель 105 располагают так, что звук от него достигает номинального положения прослушивания в направлении, соответствующем желаемому положению левого источника объемного звука.

Второй громкоговоритель 107 располагают в другом положении, и он не ограничен положением, где звук достигает номинального положения в направлении от желаемого положения источника пространственного звучания. Точнее подход позволяет располагать второй громкоговоритель 107 с большей свободой. Это может быть особенно полезным, например, если второй громкоговоритель по существу больше, чем первый громкоговоритель 105, поскольку он может позволить располагать второй громкоговоритель 107 более дискретно.

Однако, ни один из первого и второго громкоговорителей 105, 107 не располагают полностью свободно, а скорее ограничивают положениями, которые по отношению друг к другу попадают в конус смешения звуков для номинального положения и номинального направления.

Слуховая система человека использует интерауральные разницы во времени (ITD), интерауральные разницы уровней (ILD) и спектральные акустические сигналы для того, чтобы определять местоположение источников звука. Спектральные акустические сигналы в целом проявляются при высоких частотах, где форма наружного уха начинает влиять на рассеивание звука. При более низких частотах, типично ниже 3 кГц, ITD и ILD представляют собой основные способы определения местоположения. ITD и ILD представляют собой результат различных акустических путей, пройденных звуком, чтобы достичь одного из ушей. При низких частотах (от 20 до 500 Гц) интенсивность звука приблизительно равна в обоих ушах и ITD представляет собой доминирующий способ определения местоположения. ITD представляет собой разницу во времени прибытия источника звука в каждое ухо типично в связи с разницей в длине пути. С увеличением частоты голова начинает действовать как акустическая тень, и интенсивность звука в различных частях головы зависит от местоположения источника. Этот эффект акустического затенения является источником разницы в интенсивностях в ушах. Источники звука, расположенные в различных относительных положениях относительно головы, ведут к комбинации зависящих от угла акустических сигналов ITD и ILD. В связи с приблизительной симметрией головы, для большинства направлений источников, ITD и ILD источника звука не уникальны для этого конкретного угла подъема и азимута. Без дополнительной спектральной информации слушателю сложно различать, поступает ли источник из одного или другого местоположения при одинаковых ITD и ILD. Положение точек, для которых источник звука обладает одинаковыми ITD и ILD, известно как конус смешения, как проиллюстрировано посредством примера на фиг. 3.

Конус смешения звуков, таким образом, представляет относительное расположение положения прослушивания (и ориентации), и положение источника звука, которое ведет к значениям ITD и ILD для первого и второго положения, которые по существу одинаковы для номинального пользователя в положении прослушивания (и ориентации). Следует принимать во внимание, что конус смешения не просто определен положением прослушивания (и ориентацией), а положением прослушивания (и ориентацией) и по меньшей мере одной точкой на конусе смешения. Таким образом, конус смешения определяет относительный набор положений для источников звука, так что если одно положение источника звука определяют (вместе с положением и ориентацией прослушивания), также определяют соответствующий конус смешения звуков, для которого значения ITD и ILD по существу одинаковы.

Во многих случаях конус смешения может представлять собой помеху, в частности при прослушивании в наушниках, для которого хорошо известна проблема фронтально-тылового обращения. Однако в системе на фиг. 1 этот феномен активно используют для расположения двух взаимодействующих громкоговорителей в различных положениях, при этом все еще позволяя воспринимать их как происходящие из одного желаемого положения источника звука. Таким образом, система на фиг. 1 может использовать конус смешения для создания сильных и устойчивых слуховых иллюзий.

В действительности, поскольку слуховой системе сложно интерпретировать местоположение источника звука на конусе смешения, этот эффект активно используют для того, чтобы маскировать местоположение громкоговорителя. Например, если низкочастотный громкоговоритель располагают в одном местоположении, а второй высокочастотный громкоговоритель («пищалку») располагают в другом положении на конусе смешения, создаваемом за счет положения низкочастотного динамика и положения и ориентации прослушивания, можно создавать иллюзию того, что широкополосный звук идет полностью из «пищалки».

В частности, «пищалка» может воспроизводить высокочастотное содержимое, которое затем фильтруют на его акустическом пути голова и наружное ухо слушателя. Это дает спектральную сигнатуру, уникальную для местоположения «пищалки», позволяя легко определить местоположение «пищалки». На низких частотах ITD и ILD согласуются с любым положением на конусе смешения. Местоположение низкочастотного громкоговорителя не наделяет низкочастотный сигнал значимым спектральным профилем и, следовательно, сложно определить местоположение точно на конусе смешения. Отсутствие уникально идентифицируемого местоположения более низкочастотного громкоговорителя позволяет слуховой системе объединять два источника звука, создавая один широкополосный слуховой образ в местоположении «пищалки». Эта слуховая иллюзия является очень сильной, поскольку акустические сигналы определения местоположения полностью согласуются с целевым местоположением источника звука (местоположением «пищалки»).

Таким образом, конус смешения звуков в таком примере можно задавать посредством положения низкочастотного динамика и положения и ориентации прослушивания, тем самым определяя набор подходящих положений для высокочастотного динамика. Эквивалентно, конус смешения звуков можно задавать посредством положения высокочастотного динамика и положения и ориентации прослушивания, тем самым определяя набор подходящих положений для низкочастотного динамика.

Конус смешения звуков, таким образом, можно рассматривать соответствующим этим относительным положениями в пространстве, для которого межвременная разница и разница уровней между ушами (номинального) слушателя достаточно малы для того, чтобы не обеспечивать по существу различающиеся пространственные акустические сигналы в положении прослушивания. В частности, конус смешения звуков типично может соответствовать пространственным положениям, для которых ITD меняется не более 50 мкс и ILD не более 2 дБ. Таким образом, конус смешения звуков в некоторых вариантах осуществления может в частности определять набор положений, для которых задержка аудио пути меняется не более чем на 50 мкс и разница потерь на пути меняется не более чем на 1 дБ. В некоторых вариантах осуществления конус смешения может содержать пространственные положения, для которых ITD составляет менее чем 10% от средней задержки пути звука от положений к номинальному положению прослушивания и для которых ILD составляет менее чем 10% от среднего уровня в номинальном положении.

Такие требования приведут к характеристикам ILD и ITD, воспринимаемым соответствующими одному и тому же положению. В этом случае пространственное положение комбинированного источника звука будет восприниматься соответствующим положению, на которое ука