Схема контроллера предварительной коррекции аудио с использованием переменного набора поддерживающих громкоговорителей

Схема контроллера предварительной коррекции аудио с использованием переменного набора поддерживающих громкоговорителей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится в целом к предварительной коррекции цифрового аудио и более конкретно - к схеме контроллера предварительной коррекции цифрового аудио, который формирует несколько сигналов для системы формирования звука, с целью модификации динамической характеристики скорректированной системы, измеряемой в нескольких измерительных положениях в интересующей области пространства в среде прослушивания.

Предшествующий уровень техники

Система для формирования либо воспроизведения звука, включая усилители, кабели, громкоговорители и акустику помещений, всегда воздействует на спектральные, переходные и пространственные свойства воспроизводимого звука, часто нежелательным образом. В частности, акустическая реверберация помещения, где размещено оборудование, имеет значительное и часто вредное воздействие на воспринимаемое качество аудиосистемы. Эффект реверберации часто описывается по-разному, в зависимости от того, какая частотная область рассматривается. При низких частотах реверберация часто описывается в терминах резонансов, стоячих волн либо так называемых собственных режимов помещения, которые воздействуют на воспроизводимый звук с помощью внедрения высоких пиков и глубоких провалов на определенных частотах в нижнем пределе спектра. При более высоких частотах реверберация в общем рассматривается как отражения, поступающие в уши слушателя спустя некоторое время после прямого звука из самого громкоговорителя.

Воспроизведение звука с очень высоким качеством может в целом быть достигнуто с использованием подходящих наборов высококачественных кабелей, усилителей и громкоговорителей, и с модификацией акустических свойств помещения, используя, например, акустические рассеиватели, резонаторы Гельмгольца и материалы с акустическим поглощением. Тем не менее, подобное пассивное средство для улучшения качества звука является громоздким, дорогим и даже иногда недопустимым.

Другие способы для улучшения качества систем воспроизведения звука включают в себя активные решения на основе цифровой фильтрации, часто упоминаемой как предварительная коррекция, выравнивание либо дереверберация.

Фильтр R предварительной коррекции на фиг. 1 затем помещается между источником исходного аудиосигнала и аудиооборудованием. Динамические свойства системы формирования звука могут быть измерены и смоделированы с помощью записи ответа системы на известные тестовые сигналы в одном либо нескольких положениях в помещении. Фильтр R затем вычисляется и реализуется с возможностью коррекции измеренных свойств систем, обозначенных с помощью H на фиг. 1. В частности, желательно, чтобы фазочастотная и амплитудная характеристики компенсированной системы были близкими к заранее определенному идеальному ответу, обозначенному символом D на фиг. 1, во всех измерительных положениях. Другими словами, необходимо, чтобы воспроизведение y(t) скорректированного звука соответствовало идеальному y_ref(t) в некоторой степени точности. Предварительное искажение, сформированное предварительным корректором R, предназначено для нейтрализации помех из-за системы H из условия, чтобы результирующее воспроизведение звука имело звуковую характеристику D. Для того чтобы получить предварительный корректор, который является надежным и практически полезным, важно понимать, что модель H не может быть совершенным описанием реальной системы, и записи ответов системы могут содержать помехи из-за, например, фонового шума. Подобное измерение и ошибки моделирования могут, например, быть представлены с помощью добавления шумового сигнала, e(t) на фиг. 1 в систему, получая измеряемый выход y_m(t) системы. Как будет описано в последующем, ошибки моделирования и неопределенности системы могут быть также включены в модель H, которая затем является частично параметризованной с помощью случайных переменных с определенными распределениями вероятностей.

Таким образом, по меньшей мере, в теории, вплоть до физических границ системы, возможно получать улучшенное качество воспроизведения звука без высоких затрат на использование исключительно аудиооборудования высокого класса. Задачей схемы может являться, например, подавление акустических резонансов и эффектов дифракции, вызванных несовершенством создания корпусов громкоговорителей. Другим вариантом применения может быть минимизация воздействия режимов помещения (то есть низкочастотные резонансные пики и провалы) в различных местах помещения для прослушивания. Еще одной задачей может быть получение приятного тонального баланса и подробно воспринимаемого стереоизображения.

До сих пор созданные способы для цифровой предварительной коррекции аудиосистем, которые существуют на коммерческом рынке и в научной литературе, являются главным образом одноканальными способами, см., например, (17). Одноканальная предварительная коррекция относится к принципу, когда входной сигнал в громкоговорителе обрабатывается единственным фильтром. Когда используется одноканальная предварительная коррекция для звуковой системы, содержащей более одного канала громкоговорителей, например система с домашним кинотеатром 5.1, у которой имеется пять широкодиапазонных каналов и сабвуфер, это означает, что фильтры для разных каналов громкоговорителя определяются отдельно и независимо друг от друга. Степень, в которой каждый громкоговоритель с коррекцией действительно получает свою определенную идеальную целевую характеристику во всех измерительных положениях, зависит главным образом от следующих двух факторов:

1. Если импульсная характеристика громкоговорителя и помещение не являются полностью характеристикой минимальной фазы, тогда корректирующий фильтр должен быть фильтром так называемого типа со смешанной фазой, для того, чтобы скорректировать компоненты помех, которые не являются минимальной фазой. Поскольку почти все импульсные характеристики громкоговорителей для помещений содержат компоненты с неминимальной фазой (23), то фильтр минимальной фазы будет недостаточным для коррекции системы, так чтобы полностью достичь целевой характеристики. Поскольку схема фильтров со смешанной фазой для аудиоиспользования является значительно менее эффективной, чем схема фильтров с минимальной фазой, большинство существующих продуктов для цифровой предварительной коррекции используют фильтры, которые ограниченно являются типом фильтров с минимальной фазой.

2. Если импульсная характеристика громкоговорителя изменяется между различными измерительными положениями, что является обычным делом в помещении, тогда единственный фильтр не сможет полностью корректировать ответ громкоговорителя во всех измерительных положениях из-за конфликтных требований в различных положениях. В промежуточном смысле характеристика скорректированной системы может быть ближе к целевой, но из-за пространственной изменчивости системы всегда будут остаточные ошибки в каждом измерительном положении. Более того, если используется корректор смешанной фазы, тогда могут происходить ошибки в виде так называемых "предварительных вызовов" до тех пор, пока не будет спроектирован корректор с большой осторожностью (5). Ошибки предварительных вызовов известны как воспринимаемые гораздо более неприятными, чем ошибки последующих вызовов. В (5, 6) показано, как спроектировать корректор смешанной фазы, который смягчает проблему ошибок предварительных вызовов, корректируя только неминимально-фазовые помехи, которые являются общими для всех измерительных положений.

Таким образом, способ коррекции единственного канала имеет потенциальное ограничение в том, что он может корректировать импульсные и частотные характеристики в промежуточном смысле, когда рассматриваются многочисленные измерительные положения. В акустической среде, где исходная характеристика громкоговорителя сильно изменяется между измерительными положениями, эта изменчивость останется также в характеристиках скорректированного громкоговорителя, хотя скорректированная производительность системы в среднем будет ближе к целевым характеристикам. Более того, проектирование корректора в отношении только одного измерительного положения не является реалистичным вариантом, так как хорошо известно, что схемы с единственной точкой дают фильтры, которые являются исключительно ненадежными и ухудшают производительность системы во всех других положениях в помещении (13, 14).

Можно сделать вывод о том, что способы предварительной коррекции единственного канала являются наиболее эффективными для коррекции ухудшений, которые являются систематическими в интересующей пространственной области, то есть компоненты искажения, которые являются общими либо, по меньшей мере, почти общими для всех измерительных положений. Типично подобные систематические ухудшения вызваны самим громкоговорителем либо отражающими поверхностями, очень близкими к громкоговорителю, либо акустикой помещений при низких частотах, где длина волны является большой, сравнимой с интересующей областью. Если система воспроизведения звука, включающая свою акустическую среду, такова, что ее изменяющиеся пространственные помехи превосходят общие пространственные помехи, тогда улучшение качества звука, предлагаемое способами с единственным каналом, к сожалению, достаточно небольшое.

Принимая во внимание вышеизложенное, можно задать вопрос о том, возможно ли достичь стратегии предварительной коррекции с более высокой производительностью, например, используя громкоговорители и структуры фильтров гораздо более гибким способом, чем тот, который предлагается принятыми способами с единственным каналом. В исследовательской литературе, относящейся к акустике, определены несколько иные стратегии, которые не ограничиваются традиционной фильтрацией с единственным каналом (2, 7, 9, 10, 11, 12, 18, 21, 22, 24, 25, 29, 33, 34). Таким образом, известные способы могут быть сгруппированы в следующие категории.

1. Способы в первой категории основаны на физическом понимании акустики помещений и частично, акустической связи между громкоговорителями и режимами низкочастотных резонансов помещения. Хорошо известно, что тщательно выбранное физическое размещение громкоговорителей и использование нескольких сабвуферов является полезным для снижения воздействия режимов помещения (34).

2. Другим принципом является способ источника-стока (7, 8, 33), где режимы помещений ослабляются расположением множества сабвуферов симметрично в помещении, после чего корректировки задержек, усилений и фазовые корректировки используются для различных каналов сабвуферов. Согласно этому способу сабвуферы на передней стене помещения действуют как источники звука, тогда как сабвуферы с корректировками задержек, усилений и фаз на задней стене действуют как стоки, то есть поглотители звука, которые подавляют низкочастотные отражения от задней стены. Тем не менее, способ ограничен для работы только на самой нижней части спектра (ниже 150 Гц), и тип корректировок, выполненных над сигналами сабвуферов, является очень примитивным.

3. Третьим важным способом является модальное выравнивание (16, 21), в котором модальные резонансы и их время затухания выравниваются с помощью цифровых предварительных фильтров. Этот способ включает в себя явную идентификацию средних частот и времени затухания режимов единственного помещения и ограничен работой на очень низких частотах (типично только ниже 200 Гц), где допускается, что резонансы помещения являются четкими и хорошо разделенными по оси частот. Ссылка (16) рассматривает два возможных подхода, тип I, который является одноканальным выравнивателем, и тип II, который использует два либо более каналов для подавления режимов помещения. В (16) признано, что схема фильтра для модального выравнивания типа II не является эффективной, когда используется более чем два канала, и не представлено явное решение для многоканальной схемы. В совокупности подход является неудовлетворительным, так как он основывается на допущениях, которые в целом невыполнимы в типичном помещении, например, что все режимы, подлежащие выравниванию, хорошо разделены и оцениваются с высокой точностью.

4. Четвертая категория способов основана на схеме многоканального фильтра для различных задач. Одной задачей является активное управление шумом, где звук от одного либо нескольких громкоговорителей используется для подавления нежелательных акустических помех, см., например, (11). Второй задачей является получение точного воспроизведения определенных значений звукового давления в небольшом числе пространственных положений, типично положений в районе ушей слушателей. Этот подход часто упоминается как подавление переходного затухания, виртуальная визуализация акустических колебаний либо трансакустическое стерео (2, 22, 24, 25). Недостатком этого подхода является то, что его производительность является исключительно чувствительной к небольшим передвижениям слушателя и конкретно ненадежным к обычным реверберирующим помещениям. Третья общая задача относится к "голофоническим" акустическим методам исполнения, например синтез волнового поля (WFS) и амбиофонии высокого порядка (HOA) (10, 28, 30), которая нацелена на воспроизведение произвольных звуковых полей в больших областях в двух либо трех размерностях, используя большой набор громкоговорителей из 50 либо более громкоговорителей. Множество схем многоканальных фильтров предложено для улучшения производительности WFS, HOA и связанных методов, см., например, (9, 12, 18, 29). Четвертая задача касается минимизации деструктивной фазы взаимодействия в области переходной частоты между сабвуфером и сопутствующими громкоговорителями в звуковых системах, использующих так называемое управление низкочастотными сигналами (3). Эти упомянутые схемы многоканальных фильтров не подходят в качестве решений проблемы общей предварительной коррекции громкоговорителей. Во-первых, они значительно отличаются по своим задачам в сравнении со способами предварительной коррекции единственного канала. Во-вторых, предложенные вычислительные способы выдают фильтры с неудовлетворительными свойствами. Например, большинство способов проектирует фильтры в частотной области без связи с режимом широкополосного фильтра, например причинная связь, максимально допустимая задержка в системе и уровень и длительность ошибок предварительных вызовов.

Никакой из способов создания схем с многоканальными фильтрами в предшествующем уровне техники не является полезным для цели надежного широкодиапазонного громкоговорителя/коррекции в помещении существующего громкоговорителя, установленного для стерео либо многоканального воспроизведения звука.

Сущность изобретения

Общей задачей является предоставление стратегии расширенной предварительной коррекции для улучшения воспроизведения стерео либо многоканального аудиоматериала в двух либо более громкоговорителях.

Конкретной задачей является предоставление способа для определения контроллера предварительной коррекции аудио для ассоциированной системы формирования звука.

Другой конкретной задачей является предоставление системы для определения контроллера предварительной коррекции аудио для ассоциированной системы формирования звука.

Еще одной конкретной задачей является предоставление компьютерного программного продукта для определения контроллера предварительной коррекции аудио для ассоциированной системы формирования звука.

Также конкретной задачей является предоставление улучшенного контроллера предварительной коррекции аудио, а также аудиосистемы, содержащей подобный контроллер предварительной коррекции аудио и цифровой аудиосигнал, сформированный таким контроллером предварительной коррекции аудио.

Эти и другие цели выполнены изобретением, как задано прилагаемой формулой изобретения.

Основной идеей является определение контроллера предварительной коррекции аудио для ассоциированной системы формирования звука, содержащей в совокупности более двух громкоговорителей N≥2, каждый из которых имеет вход. Контроллер предварительной коррекции аудио имеет множество входов L≥1 для L входного сигнала(ов) и N выходов для N выходных сигналов контроллера, по одному на каждый громкоговоритель системы формирования звука, и контроллер предварительной коррекции аудио в целом имеет множество регулируемых параметров фильтра. Уместно оценить для, по меньшей мере, одного из подмножества N входов громкоговорителя импульсную характеристику для каждой из множества M≥2 измерительных положений, распределенных в интересующей области среды прослушивания на основе измерений звука в M измерительных положениях. Также важно определить для каждого из L входных сигналов один выбранный громкоговоритель из N громкоговорителей в качестве главного громкоговорителя и выбранное подмножество S, включающее в себя, по меньшей мере, один из N громкоговорителей в качестве поддерживающего громкоговорителя(ей), где главный громкоговоритель не является частью этого подмножества. Ключевой точкой является определение для каждого главного громкоговорителя целевой импульсной характеристики в каждом из M измерительных положений с целевой импульсной характеристикой, обладающей задержкой в распространении звука, где задержка в распространении звука определяется на основе расстояния от главного громкоговорителя до соответствующего измерительного положения. Тогда замысел состоит в том, чтобы определить для каждого из L входных сигналов на основе выбранного главного громкоговорителя и выбранного поддерживающего громкоговорителя(ей), параметров фильтра контроллера предварительной коррекции аудио так, чтобы критериальная функция оптимизировалась при ограничении стабильности динамических свойств контроллера предварительной коррекции аудио. Критериальная функция включает в себя взвешенное суммирование мощностей разниц между скорректированными оцениваемыми импульсными характеристиками и целевыми импульсными характеристиками по М измерительным положениям.

Различные аспекты изобретения включают в себя способ, систему и компьютерную программу для определения контроллера предварительной коррекции аудио, такой определяемый контроллер предварительной коррекции, аудиосистему, включающую в себя, например, контроллер предварительной коррекции аудио, а также цифровой аудиосигнал, сформированный подобным контроллером предварительной коррекции аудио.

Настоящее изобретение предлагает следующие преимущества:

- схема улучшенной конструкции для контроллера предварительной коррекции аудио.

- Улучшенное воспроизведение стерео либо многоканального аудиоматериала по сравнению с двумя либо более громкоговорителями.

- Лучшая производительность в помещениях либо средах прослушивания, где импульсные характеристики громкоговорителей изменяются с пространственным положением.

- Более высокая гибкость, где улучшения производительности не ограничены для низких частот.

- Управление аспектами, например, причинной связью и дефектами предварительного вызова.

Другие преимущества и признаки, предлагаемые настоящим изобретением, будут приняты во внимание при прочтении последующего описания вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Изобретение вместе с дополнительными объектами и их преимуществами может быть понято по ссылкам на последующее описание, воспринимаемое вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 описывает одноканальный корректор R, у которого имеется сигнал w(t) в качестве входного сигнала. Корректор порождает управляющий сигнал u(t), который действует в качестве входа в стабильную линейную динамическую SIMO-модель (единственный вход и многочисленные выходы) H акустической системы. Модель H имеет один вход и М выходов, где М выходов представляют собой М измерительных положений. Акустические сигналы в М измерительных положениях представлены вектором-столбцом y(t). Желательные свойства динамической системы заданы стабильной SIMO-моделью D, у которой имеется один вход и М выходов. Когда сигнал w(t) используется в качестве входа в D, результирующий выход является вектором y_ref(t) желательного сигнала с М элементами. М-мерный вектор y_m(t) сигнала представляет собой измерение y(t) и вектор e(t) сигнала, который также имеет размерность М, представляет собой возможные помехи измерений.

Фиг. 2 описывает многоканальный корректор R, у которого имеется сигнал w(t) в качестве входного сигнала. Корректор порождает многоканальный управляющий сигнал u(t), с N элементами, который действует в качестве входа в стабильную линейную динамическую MIMO-модель (многочисленные входы и многочисленные выходы) H акустической системы. Модель H имеет N входов и M выходов, где N входов представляет собой входы в N громкоговорителей и M выходов представляет собой M измерительных положений. Акустические сигналы в М измерительных положениях представлены вектором-столбцом y(t). Желательные свойства динамической системы заданы стабильной SIMO-моделью D, у которой имеется один вход и М выходов. Когда сигнал w(t) используется в качестве входа в D, результирующий выход является вектором y_ref(t) желательного сигнала с М элементами. М-мерный вектор y_m(t) сигнала представляет собой измерение y(t) и вектор e(t) сигнала, который также имеет размерность М, представляет собой возможные помехи измерений.

Фиг. 3 является схематическим представлением, иллюстрирующим пример аудиосистемы, включающей в себя систему формирования звука и контроллер предварительной коррекции аудио.

Фиг. 4 является схематической блок-схемой примера системы, основанной на компьютере, подходящей для реализации изобретения.

Фиг. 5 является схематичной блок-схемой алгоритма, иллюстрирующей способ для определения контроллера предварительной коррекции аудио согласно примерному варианту осуществления.

Фиг. 6 представляет собой частотные характеристики громкоговорителя в помещении, измеряемые в 64 положениях (серые линии) и их среднее среднеквадратическое (RMS) значение (черная линия).

Фиг. 7 является частотной характеристикой того же громкоговорителя, как и на фиг. 6, после использования одноканального фильтра с предварительной коррекцией для его входа. Чертеж показывает частотные характеристики, измеряемые в 64 положениях (серые линии) и их среднее среднеквадратическое значение (черная линия).

Фиг. 8 показывает результат многоканальной предварительной коррекции, где громкоговоритель фиг. 6 использовался в качестве главного громкоговорителя, и дополнительные 15 громкоговорителей использовались в качестве поддерживающих громкоговорителей. Чертеж показывает частотные характеристики, измеряемые в 64 положениях (серые линии) и их среднее среднеквадратическое значение (черная линия).

Фиг. 9 показывает каскадную диаграмму либо кумулятивное затухание спектра того же самого громкоговорителя, как и на фиг. 6, когда не используется никакой предварительной коррекции. Каскад, показанный на чертеже, является средним кумулятивным затуханием спектра импульсной характеристики громкоговорителя в 64 положениях.

Фиг. 10 показывает каскадную диаграмму либо кумулятивное затухание спектра того же самого громкоговорителя, как и на фиг. 7, где используется одноканальный фильтр предварительной коррекции. Каскад, показанный на чертеже, является средним кумулятивным затуханием спектра скорректированной импульсной характеристики громкоговорителя в 64 положениях.

Фиг. 11 показывает каскадную диаграмму либо кумулятивное затухание спектра того же самого громкоговорителя, как и на фиг. 8, где стратегия многоканальной предварительной коррекции используется для коррекции главного громкоговорителя, используя 15 дополнительных поддерживающих громкоговорителей. Каскад, показанный на чертеже, является средним кумулятивным затуханием спектра скорректированной импульсной характеристики громкоговорителя в 64 положениях.

Подробное описание

По всем чертежам одни и те же условные обозначения используются для аналогичных либо соответствующих элементов.

Предложенная технология основана на утверждении, что математические модели динамических систем и оптимизация цифровых фильтров предварительной коррекции на основе моделей предоставляют мощные средства для проектирования фильтров, которые улучшают производительность различных типов аудиооборудования с помощью модификации входных сигналов в оборудование. Кроме того, следует отметить, что соответствующие модели могут быть получены с помощью измерений во множестве измерительных положений, распределенных в интересующей области в среде прослушивания.

Как упомянуто, основным замыслом является определение контроллера предварительной коррекции аудио для ассоциированной системы формирования звука. Как проиллюстрировано в примере на фиг. 3, система формирования звука содержит совокупность из N≥2 громкоговорителей, у каждого из которых есть вход громкоговорителя. Контроллер предварительной коррекции аудио имеет множество L≥1 входов для L входных сигналов и N выходов для N выходных сигналов контроллера, один на каждый громкоговоритель системы формирования звука. Следует понимать, что выходные сигналы контроллера направлены в громкоговорители, то есть во входной путь громкоговорителей. Выходные сигналы контроллера могут быть переданы во входы громкоговорителей через дополнительную схему (обозначенную с помощью пунктирной линии), например, цифро-аналоговых преобразователей, усилителей и дополнительных фильтров. Дополнительная схема также может включать в себя беспроводную линию связи.

В целом, контроллер предварительной коррекции аудио имеет множество регулируемых параметров фильтра, которые необходимо определить в схеме проекта фильтра. Контроллер предварительной коррекции аудио при проектировании должен формировать таким образом N выходных сигналов контроллера в системе формирования звука с целью модификации динамической характеристики скорректированной системы, как измерено во множестве M≥2 измерительных положений, распределенных в интересующей области в среде прослушивания.

Фиг. 5 является схематичной блок-схемой алгоритма, иллюстрирующей способ для определения контроллера предварительной коррекции аудио согласно примерному варианту осуществления. Этап SI включает в себя оценку для, по меньшей мере, одного из множества N входов громкоговорителя, импульсную характеристику для каждой из множества M≥2 измерительных положений, распределенных в интересующей области в среде прослушивания на основе измерений звука в M измерительных положениях. Этап S2 включает в себя определение для каждого из L входных сигналов один выбранный громкоговоритель из N громкоговорителей в качестве главного громкоговорителя и выбранное подмножество S, включающее в себя, по меньшей мере, один из N громкоговорителей в качестве поддерживающего громкоговорителя(ей), где главный громкоговоритель не является частью этого подмножества. Этап S3 включает в себя определение для каждого главного громкоговорителя целевой импульсной характеристики в каждом из M измерительных положений с целевой импульсной характеристикой, обладающей задержкой в распространении звука, где задержка в распространении звука определяется на основе расстояния от главного громкоговорителя до соответствующего измерительного положения. Этап S4 включает в себя определение для каждого из L входных сигналов на основе выбранного главного громкоговорителя и выбранного поддерживающего громкоговорителя(ей), параметров фильтра контроллера предварительной коррекции аудио так, чтобы критериальная функция оптимизировалась при ограничении стабильности динамических свойств контроллера предварительной коррекции аудио. Критериальная функция включает в себя взвешенное суммирование мощностей разниц между скорректированными оцениваемыми импульсными характеристиками и целевыми импульсными характеристиками по М измерительным положениям.

Иными словами, контроллер предварительной коррекции аудио выполнен с возможностью управления акустической характеристикой P главных громкоговорителей, где P≤L и P≤N, с помощью комбинированного использования P главных громкоговорителей и для каждого главного громкоговорителя дополнительное число поддерживающих громкоговорителей 1≤S≤N-1 из N громкоговорителей.

Если существует два либо более входных сигналов, то есть L≥2, то способ также может в себя включать дополнительный этап S5 объединения всех параметров фильтра, заданных для L входных сигналов, в объединенное множество параметров фильтра для контроллера предварительной коррекции аудио. Контроллер предварительной коррекции аудио с объединенным набором параметров фильтра выполнен с возможностью работы по L входным сигналам для формирования N выходных сигналов контроллера для громкоговорителей для получения целевых импульсных характеристик.

В качестве примера для контроллера предварительной коррекции аудио желательно иметь возможность создания нулевого сигнала на выходе в некоторые из N громкоговорителей для некоторого набора регулируемых параметров фильтра.

Предпочтительно, чтобы целевые импульсные характеристики являлись ненулевыми и включали в себя регулируемые параметры, которые могут быть модифицированы в допустимых пределах. Например, регулируемые параметры целевых импульсных характеристик, а также регулируемые параметры контроллера предварительной коррекции аудио могут регулироваться совместно с целью оптимизации критериальной функции.

В конкретном примерном варианте осуществления этап определения параметров фильтра контроллера предварительной коррекции аудио основан на ЛКГ-оптимизации (линейно-квадратичная гауссовская, LQG) параметров постоянного, линейного и зависимого контроллера с многопеременной прямой связью в указанной целевой динамической системе, и на динамической модели системы формирования звука. Как упомянуто, выходные сигналы контроллера могут быть переданы на входы громкоговорителя через дополнительную схему. Например, каждый из N выходных сигналов контроллера контроллера предварительной коррекции аудио могут быть поданы в соответствующий громкоговоритель через всечастотный фильтр, включающий в себя компонент корректировки фазы и компонент задержки, что приводит к N отфильтрованным выходным сигналам контроллера.

Дополнительно критериальная функция включает в себя элементы выбраковки, при этом элементы выбраковки таковы, что контроллер предварительной коррекции аудио, полученный оптимизацией критериальной функции, порождает уровни сигнала ограниченной величины по выбранному подмножеству выводов контроллера предварительной коррекции, получая ограниченные уровни сигнала по выбранным входам громкоговорителя для N громкоговорителей для заданных частотных диапазонов.

Элементы выбраковки могут быть по-разному выбраны множество раз, и этап определения параметров фильтров контроллера предварительной коррекции аудио повторяется для каждого выбора элементов выбраковки, что приводит ко множеству образцов контроллера предварительной коррекции аудио, каждый из которых порождает уровни сигнала с конкретными ограниченными значениями для S поддерживающих громкоговорителей для заданных частотных диапазонов.

В еще одном дополнительном варианте осуществления критериальная функция содержит представление возможных ошибок в оцениваемых импульсных характеристиках. Это представление ошибок спроектировано как набор моделей, который описывает допускаемый диапазон ошибок. В этом конкретном варианте осуществления критериальная функция также содержит операцию объединения, которая может быть суммированием, взвешенным суммированием либо статистическим ожиданием по упомянутому набору моделей.

В конкретном примере этап определения параметров фильтра контроллера предварительной коррекции аудио также основан на регулировании параметров фильтра контроллера предварительной коррекции аудио для достижения частотной характеристики целевого значения подобной системы формирования звука, включающей в себя контроллер предварительной коррекции аудио в, по меньшей мере, подмножестве M измерительных положений.

В качестве примера этап регулирования параметров фильтра контроллера предварительной коррекции аудио основан на оценке частотных характеристик величин в, по меньшей мере, подмножестве М измерительных положений и, следовательно, на определении модели с минимальной фазой системы формирования звука, включая контроллер предварительной коррекции аудио.

Предпочтительно, чтобы этап оценки для каждого одного из, по меньшей мере, подмножества N входов громкоговорителей импульсной характеристики в каждом из множества М измерительных положений был основан на модели, описывающей динамическую характеристику системы формирования звука в М измерительных положениях.

Как понятно специалисту, контроллер предварительной коррекции аудио может быть создан с помощью реализации параметров фильтра в структуре аудиофильтра. Структура аудиофильтра затем типично реализуется вместе с системой формирования звука, чтобы дать возможность сформировать целевую импульсную характеристику в М измерительных положениях в среде прослушивания.

Предложенная технология может использоваться во многих аудиоприложениях. Например, система формирования звука может быть автомобильной аудиосистемой либо мобильной студийной аудиосистемой, и среда прослушивания может быть частью автомобиля либо мобильной студии. Другие примеры системы формирования звука включают в себя аудиосистему домашнего кинотеатра, аудиосистему концертного зала, домашнюю аудиосистему либо профессиональную аудиосистему, где соответствующая среда прослушивания является частью домашнего кинотеатра, концертного зала, дома, студии, аудитории либо любых других помещений.

Теперь будет более подробно описана предложенная технология со ссылкой на различные неограничивающие, примерные варианты осуществления.

Управление звуковым полем с помощью линейной динамической предварительной коррекции

Линейные фильтры, динамические системы либо модели, которые могут иметь многочисленные входы и/или многочисленные выходы, представлены с помощью матриц переходных функций в последующем и обозначены с помощью каллиграфических букв полужирным шрифтом, например, H(q^-1) либо просто H. Отдельным случаем матрицы переходных функций является матрица, которая включает в себя только FIR-фильтры в качестве элементов. Такие матрицы упоминаются как полиномиальные матрицы и обозначаются с помощью полужирных курсивных прописных букв, например, B(q^-1) либо просто B. В данном документе q^-1 обозначает оператор обратного сдвига, который при произведении действия над сигналом s(t) приводит к s(t-1), то есть q^-1s(t)=s(t-1). Аналогично qs(t)=s(t+1). При оценке полиномиальной либо рациональной матрицы в частотной области сложная переменная z либо е^jw меняется на q. Зависимая матрица FIR-фильтров (полиномиальная матрица) B(q^-1) производит операции только над входными сигналами, которые являются текущими либо прошедшими в отношении индекса времени t. Таким образом, она будет иметь матрицы элементов, которые являются полиномиальными только в операторе q^-1 обратного сдвига. Аналогично полиномиальная матрица B(q, q^-1) производит действия как над последующими, так и над прошедшими сигналами, тогда как B(q) производит действия только над последующими сигналами. Верхний индекс ()^T, например, В^T(q^-1) либо B^T означает транспозицию, и, когда используется для векторной, рациональной либо полиномиальной матрицы, это означает, что транспонированный вектор-строка становится вектором-столбцом, и j-ая строка рациональной либо полиномиальной матрицы становится j-тым столбцом той же самой матрицы. Ана