Фильтр виртуальной высоты для представления отраженного звука с помощью направленных вверх динамиков

Фильтр виртуальной высоты для представления отраженного звука с помощью направленных вверх динамиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка заявляет приоритет заявки на предварительный патент США №61/749789, поданной 7 января 2013 г., заявки на предварительный патент США №61/835466, поданной 14 июня 2013 г., и заявки на предварительный патент США №61/914854, поданной 11 декабря 2013 г., каждая из которых ссылкой включена в данный документ во всей своей полноте.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Один или несколько вариантов осуществления в целом относятся к обработке аудиосигналов, и более конкретно - к громкоговорителям и схемам для представления адаптивного аудиоконтента с помощью отраженных сигналов, генерируемых направленными вверх громкоговорителями.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Появление цифрового кинематографа создало новые стандарты для кинематографического звука, такие как включение нескольких каналов аудиоданных для обеспечения большей креативности для создателей контента и более захватывающего и реалистичного слухового восприятия для аудитории. Описания аудиоданных на основании моделей были разработаны для выхода за пределы традиционных систем подачи громкоговорителей и основанных на каналах аудиоданных как способа распространения пространственного аудиоконтента и представления в различных конфигурациях воспроизведения. Воспроизведение звука в настоящих трехмерных (3D) или виртуальных 3D средах превратилось в область усиленных разработок и развития. В пространственном представлении звука используются аудиообъекты, которые представляют собой аудиосигналы со связанными параметрическими описаниями источника положения мнимого источника (например, 3D координат), ширины мнимого источника и других параметров. Объектно-ориентированные аудиоданные могут быть использованы для многих мультимедийных приложений, таких как цифровые кинофильмы, видеоигры, симуляторы, и являются особо важными в домашней обстановке, где число громкоговорителей и их расположение в целом лимитировано или ограничено пределами относительно малой среды прослушивания.

[0004] Для более точного захвата и воспроизведения художественного замысла создателя для звуковой дорожки как в средах полноценных кинотеатров, так и домашних сред меньшего масштаба, были разработаны различные технологии. Был разработан формат пространственного аудиозвучания следующего поколения (также называемого «адаптивным аудиозвучанием»), который включает смесь аудиообъектов и традиционных основанных на каналах систем подачи громкоговорителей наряду с позиционными метаданными для аудиообъектов. В декодере пространственного аудиозвучания каналы отправляются прямо на их связанные громкоговорители или подвергаются понижающему микшированию относительно существующего набора громкоговорителей, и аудиообъекты представляются посредством декодера гибким образом. Параметрическое описание источника, связанное с каждым объектом, такое как позиционная траектория в 3D пространстве, берут в качестве входа наряду с количеством и положением громкоговорителей, подключенных к декодеру. Устройство представления применяет определенные алгоритмы для распределения аудиоданных, связанных с каждым объектом, между закрепленным набором громкоговорителей. Авторскую пространственную задумку каждого объекта, таким образом, оптимально представляют на конкретной конфигурации громкоговорителей, которая имеется в среде прослушивания.

[0005] Настоящие системы пространственного аудиозвучания, как правило, были разработаны для применения в кинематографии и, следовательно, предусматривают размещение в больших помещениях и применение относительно дорогого оборудования, включая массивы из нескольких громкоговорителей, распределенных по театру. Увеличивающийся объем усовершенствованного аудиоконтента, однако, становится доступным для воспроизведения в домашней обстановке с помощью технологии потоковой передачи и усовершенствованной мультимедийной технологии, такой как диски Blu-ray и т.п. Кроме того, возникающие технологии, такие как 3D телевидение и передовые компьютерные игры и симуляторы, подталкивают к применению сложного оборудования, такого как мониторы с большими экранами, приемники объемного звука и массивы громкоговорителей в домашней и других средах прослушивания. Несмотря на доступность такого контента, стоимость оборудования, сложность установки и размер помещения остаются реальными ограничителями, которые мешают полному применению пространственных аудиоданных в большинстве домашних сред. Например, в передовых объектно-ориентированных аудиосистемах, как правило, применяются расположенные над головой или высотные громкоговорители для воспроизведения звука, который должен возникать над головой слушателя. Во многих случаях, и особенно в домашней среде, такие высотные громкоговорители могут быть недоступны. В этом случае высотная информация теряется, если такие звуковые объекты проигрывают только через установленные на полу или стенах громкоговорители.

[0006] Следовательно, существует необходимость в системе, которая позволяет воспроизводить полную пространственную информацию адаптивной аудиосистемы в среде прослушивания, которая может включать только часть полного массива громкоговорителей, предназначенного для воспроизведения, такой как с ограниченным количеством или отсутствующими расположенными над головой громкоговорителями, и в которой могут применяться направленные вверх громкоговорители для отражения звука в места, где прямые громкоговорители находиться не могут.

[0007] Также необходим способ фильтрования, в котором применяется требуемая передаточная функция частоты для сокращения или устранения прямых компонентов звука из высотных компонентов звука в аудиосигналах, предназначенных для отражения от верхних поверхностей среды прослушивания.

[0008] Также существует необходимость в системе громкоговорителей, которая включает требуемую передаточную функцию частоты прямо в конструкцию преобразователя громкоговорителей, предназначенных для отражения звука от верхних поверхностей.

[0009] Объект изобретения, обсуждаемый в разделе предпосылок изобретения, не следует полагать представляющим собой имеющийся уровень техники лишь в результате его упоминания в разделе предпосылок изобретения. Аналогично недостаток, упомянутый в разделе предпосылок изобретения или связанный с объектом изобретения из раздела предпосылок изобретения, не следует полагать ранее известным на имеющемся уровне техники. Объект изобретения в разделе предпосылок изобретения лишь представляет другие подходы, которые сами по себе также могут быть изобретениями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0010] Варианты осуществления относятся к громкоговорителям и схемам, которые отражают звук от потолка или верхней поверхности к месту прослушивания на расстоянии от громкоговорителя. Отраженный звук обеспечивает метки высоты для воспроизведения аудиообъектов, которые имеют проходящие над головой аудиокомпоненты. Громкоговоритель содержит один или несколько направленных вверх динамиков для отражения звука от верхней поверхности и представляет громкоговоритель виртуальной высоты. Фильтр виртуальной высоты, основанный на модели направленного слушания, применяют к сигналу направленного вверх динамика для улучшения восприятия высоты для аудиосигналов, передаваемых громкоговорителем виртуальной высоты, чтобы обеспечивать оптимальное воспроизведение проходящего над головой отраженного звука. Дополнительно фильтр виртуальной высоты может быть включен как часть схемы кроссовера, которая разделяет полный диапазон и отправляет высокочастотный звук на направленный вверх динамик. Процессы коррекции акустики помещения также применяют для поверки и поддержания фильтрования виртуальной высоты в системах, которые выполняют автоматическую коррекцию акустики помещения и другие процессы компенсации отклонений.

[0011] Такие громкоговорители и схемы приспособлены для применения вместе с адаптивной аудиосистемой для представления звука с помощью элементов отраженного звука, содержащих массив аудиодинамиков для распределения по среде прослушивания, где некоторые из динамиков являются направленными прямо динамиками, а другие - направленными вверх динамиками, которые направляют звуковые волны к потолку среды прослушивания для отражения в конкретную область прослушивания; устройство представления для обработки аудиопотоков и одного или нескольких наборов метаданных, которые связаны с каждым аудиопотоком и которые определяют местоположение воспроизведения в среде прослушивания соответствующего аудиопотока, причем аудиопотоки содержат один или несколько отраженных аудиопотоков и один или несколько прямых аудиопотоков; и систему воспроизведения для представления аудиопотоков в массив аудиодинамиков согласно одному или нескольким наборам метаданных, и причем один или несколько отраженных аудиопотоков передают на динамики воспроизведения отраженных аудиоданных.

[0012] Варианты осуществления также относятся к громкоговорителям или системам громкоговорителей, которые включают требуемую передаточную функцию частоты прямо в конструкцию преобразователя громкоговорителей, приспособленных отражать звук от верхних поверхностей, причем требуемая передаточная функция частоты отфильтровывает прямые компоненты звука из высотных компонентов звука в адаптивном аудиосигнале, произведенном устройством представления.

[0013] Варианты осуществления также относятся к способам осуществления и применения или разворачивания громкоговорителей, схем и конструкций преобразователя, которые оптимизируют представление и воспроизведение контента отраженного звука с помощью передаточной функции частоты, которая отфильтровывает прямые компоненты звука от высотных компонентов звука в системе аудиовоспроизведения.

ВКЛЮЧЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ССЫЛКИ

[0014] Каждая публикация, патент и/или патентная заявка, упомянутые в этом описании, включены в данный документ с помощью ссылки во всей своей полноте до той же степени, как если бы каждая отдельная публикация и/или патентная заявка были специально и отдельно указаны как включенные с помощью ссылки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0015] На следующих графических материалах подобные номера ссылок используют для обозначения подобных элементов. Хотя следующие графические материалы представляют различные примеры, один или несколько вариантов осуществления не ограничены примерами, представленными на графических материалах.

[0016] Фиг. 1 представляет применение направленного вверх динамика, в котором используется отраженный звук для имитации расположенного над головой громкоговорителя в среде прослушивания.

[0017] Фиг. 2 представляет собой изображение выполненных как единое целое громкоговорителя виртуальной высоты и фронтально направленного громкоговорителя, согласно одному варианту осуществления.

[0018] Фиг. 3 - график, который представляет амплитудную характеристику фильтра виртуальной высоты, полученную из модели направленного слушания, согласно одному варианту осуществления.

[0019] Фиг. 4А представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока громкоговорителя, имеющего направленный вверх динамик, согласно одному варианту осуществления.

[0020] Фиг. 4В представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока представления для приведения в действие направленного вверх динамика, согласно одному варианту осуществления.

[0021] Фиг. 5 представляет фильтр высоты, получающий информацию о положении и обходной сигнал, согласно одному варианту осуществления.

[0022] Фиг. 6 представляет угол наклона направленного вверх динамика, используемого в громкоговорителе виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.

[0023] Фиг. 7 - схема, представляющая систему фильтра виртуальной высоты, включающую схему кроссовера, согласно одному варианту осуществления.

[0024] Фиг. 8А - принципиальная схема высокого уровня фильтра двухполосного кроссовера, используемого вместе с фильтром виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.

[0025] Фиг. 8В представляет двухполосный кроссовер, который осуществляет фильтрование виртуальной высоты в цепи фильтрования верхних частот, согласно одному варианту осуществления.

[0026] Фиг. 8С представляет кроссовер, который совмещает сети фильтра кроссовера направленного вверх и фронтально направленного громкоговорителей для применения с различными высокочастотными динамиками, согласно одному варианту осуществления.

[0027] Фиг. 9 представляет частотную характеристику двухполосного кроссовера, представленного на фиг. 8, согласно одному варианту осуществления.

[0028] Фиг. 10 представляет собой изображения различных конфигураций направленных вверх и направленных прямо или фронтально громкоговорителей для применения с фильтром виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.

[0029] Фиг. 11 представляет собой блок-схему системы представления виртуальной высоты, которая включает возможности коррекции акустики помещения и обнаружения громкоговорителей виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.

[0030] Фиг. 12 представляет собой график, который представляет эффект фильтрования предыскажения для калибровки, согласно одному варианту осуществления.

[0031] Фиг. 13 представляет собой блок-схему, представляющую способ выполнения фильтрования виртуальной высоты в адаптивной аудиосистеме, согласно одному варианту осуществления.

[0032] Фиг. 14А представляет собой принципиальную схему, представляющую аналоговую схему фильтра виртуальной высоты, согласно одному варианту осуществления.

[0033] Фиг. 14В представляет примерную кривую частотной характеристики схемы, представленной на фиг. 14А, вместе с требуемой характеристической кривой.

[0034] Фиг. 15А представляет собой примерные значения коэффициентов для цифровой реализации фильтра виртуальной высоты согласно одному варианту осуществления.

[0035] Фиг. 15В представляет примерную кривую частотной характеристики фильтра, представленного на фиг. 15А, вместе с требуемой характеристической кривой.

[0036] Фиг. 16 представляет собой изображение громкоговорителя, включающего направленные прямо и вверх динамики в едином кожухе, согласно одному варианту осуществления.

[0037] Фиг. 17 представляет собой изображение иллюстративного размещения громкоговорителей, имеющих направленные вверх динамики и компоненты фильтра виртуальной высоты, в среде прослушивания.

[0038] Фиг. 18 представляет передаточную функцию фильтра меток высоты для применения в зависящих от высоты конструкциях преобразователя согласно одному варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0039] Описаны системы и способы для адаптивной аудиосистемы, которая представляет отраженный звук для адаптивных аудиосистем через направленные вверх громкоговорители, которые включают схемы фильтров виртуальной высоты для представления объектно-ориентированного аудиоконтента с помощью отраженного звука, чтобы воспроизводить проходящие над головой звуковые объекты и обеспечивать метки виртуальной высоты. Особенности одного или нескольких вариантов осуществления, описанных в данном документе, могут быть реализованы в аудио- или аудиовизуальной (AV) системе, которая обрабатывает аудиоинформацию источника в системе микширования, представления и воспроизведения, которая содержит один или несколько компьютеров или устройств обработки, выполняющих программные команды. Любой из описанных вариантов осуществления может быть применен отдельно или вместе с другим в любом сочетании. Хотя мотивом создания различных вариантов осуществления могли быть различные недостатки имеющегося уровня техники, которые могут быть описаны или упомянуты в одном или нескольких местах в данном описании, варианты осуществления не обязательно устраняют любой из этих недостатков. Другими словами, различные варианты осуществления могут устранять различные недостатки, которые могут быть описаны в данном описании. Некоторые варианты осуществления могут лишь частично устранять некоторые недостатки или лишь один недостаток, который может быть описан в описании, а некоторые варианты осуществления могут не устранять никакие из этих недостатков.

[0040] Для целей настоящего описания, следующие термины обладают связанными значениями: термин «канал» означает аудиосигнал плюс метаданные, в которых положение закодировано как идентификатор канала, например, окружение слева и спереди или справа и сверху; «основанные на каналах аудиоданные» - это аудиоданные, форматированные для воспроизведения с помощью предварительно определенного набора зон громкоговорителя со связанными номинальными положениями, например, 5.1, 7.1 и т.п.; термин «объект» или «объектно-ориентированные аудиоданные» означает один или несколько аудиоканалов с параметрическим описанием источника, таким как положение мнимого источника (например, 3D координаты), ширина мнимого источника и т.п.; «адаптивные аудиоданные» означает основанные на каналах и/или объектно-ориентированные аудиосигналы плюс метаданные, которые представляют аудиосигналы на основании среды воспроизведения с помощью аудиопотока, плюс метаданные, в которых положение закодировано в виде 3D положения в пространстве; и «среда прослушивания» означает любую открытую, частично замкнутую или полностью замкнутую область, такую как помещение, которая может быть использована для воспроизведения аудиоконтента отдельно или с видео или другим контентом, и может быть реализована дома, в кинотеатре, театре, аудитории, студии, игровой приставке и т.п. Такая область может иметь одну или несколько поверхностей, расположенных в ней, таких как стены или перегородки, которые могут прямо или диффузно отражать звуковые волны.

[0041] Варианты осуществления относятся к системе представления отраженного звука, которая приспособлена для функционирования с системой форматирования и обработки звука, которую можно назвать «системой пространственного аудиозвучания» или «адаптивной аудиосистемой», которая основана на технологии форматирования и представления аудиоданных, обеспечивающей улучшенное погружение аудитории в атмосферу воспроизведения, более качественное художественное управление и гибкость и масштабируемость системы. В целом адаптивная аудиосистема обычно содержит систему кодирования, распространения и декодирования аудиоданных, приспособленную для генерирования одного или нескольких битовых потоков, содержащих как обычные основанные на каналах аудиоэлементы, так и элементы кодирования аудиообъектов. Такой комбинированный подход обеспечивает более высокую эффективность кодирования и гибкость представления по сравнению с отдельно взятыми подходами, основанными на каналах или объектах. Пример адаптивной аудиосистемы, которая может быть использована вместе с настоящими вариантами осуществления, описан в рассматриваемой заявке на предварительный патент США 61/636429, поданной 20 апреля 2012 г., под названием «System and Method for Adaptive Audio Signal Generation, Coding and Rendering», которая включена в данный документ ссылкой и прикреплена к нему как Приложение 1.

[0042] В целом, аудиообъекты можно рассматривать как группы звуковых элементов, которые могут быть восприняты как возникающие из конкретного физического положения или положений в среде прослушивания. Такие объекты могут быть статическими (стационарными) или динамическими (движущимися). Аудиообъектами управляют с помощью метаданных, которые определяют положение звука в данный момент времени, наряду с другими функциями. Когда объекты воспроизводят, их представляют в соответствии с позиционными метаданными, используя имеющиеся громкоговорители, вместо обязательного вывода в предопределенный физический канал.

[0043] Иллюстративной реализацией адаптивной аудиосистемы и связанного аудиоформата является платформа Dolby® Atmos™. Такая система включает высотную (вверх/вниз) размерность, которая может быть реализована как система окружения 9.1 или подобная конфигурация объемного звука (например, 11.1, 13.1, 19.4 и т.п.) Система окружения 9.1 может содержать составные пять громкоговорителей в плоскости пола и четыре громкоговорителя в высотной плоскости. В целом, эти громкоговорители могут быть использованы для создания звука, который должен возникать из любого положения, более или менее точно в пределах среды прослушивания. В обычных коммерческой или профессиональной реализации громкоговорители в высотной плоскости обычно предоставляют как установленные в потолке громкоговорители, или громкоговорители, установленные высоко на стене, над аудиторией, как часто можно увидеть в кинотеатре. Эти громкоговорители обеспечивают метки высоты для сигналов, которые должны быть услышаны выше слушателя, путем прямой передачи звуковых волн вниз к аудитории из расположенных над головой положений.

Система громкоговорителей виртуальной высоты

[0044] Во многих случаях, таких как обычная домашняя обстановка, устанавливаемые на потолке расположенные над головой громкоговорители устанавливать невозможно или непрактично. В этом случае высотное измерение должно быть обеспечено громкоговорителями, установленными на полу или низко на стене. В одном варианте осуществления высотное измерение обеспечивают направленными вверх громкоговорителями, которые имитируют высотные громкоговорители путем отражения звука от потолка. В адаптивных аудиосистемах определенные техники виртуализации реализуют посредством устройства представления для воспроизведения проходящего над головой аудиоконтента через эти направленные вверх громкоговорители, и громкоговорители используют специальную информацию относительно того, какие аудиообъекты следует представлять выше стандартной горизонтальной плоскости, чтобы соответственно направлять аудиосигналы.

[0045] С целью описания термин «динамик» означает один электроакустический преобразователь, который создает звук в ответ на входной электрический аудиосигнал. Динамик может быть реализован в любых соответствующих типах, геометрических формах и размерах, и может включать рупоры, конусы, преобразователи на гибких проводах и т.п. Термин «громкоговоритель» означает один или несколько динамиков в единой оболочке, и термины «кожух» или «корпус» означают единую оболочку, которая охватывает один или несколько динамиков.

[0046] Фиг. 1 представляет применение направленного вверх динамика, в котором используется отраженный звук для имитации одного или нескольких расположенных над головой громкоговорителей. Схема 100 представляет пример, в котором положение 106 прослушивания расположено в конкретном месте в среде прослушивания. Система не содержит никаких высотных громкоговорителей для передачи аудиоконтента, содержащего метки высоты. Вместо этого кожух громкоговорителя или массив громкоговорителей содержит направленный вверх динамик наряду с фронтально направленным динамиком (динамиками). Направленный вверх динамик приспособлен (относительно положения и угла наклона) для отправки своей звуковой волны 108 вверх в конкретную точку 104 на потолке 102, в которой она отражается назад вниз в положение 106 прослушивания. Полагается, что потолок изготовлен из соответствующих материала и состава, чтобы удовлетворительно отражать звук вниз в среду прослушивания. Важные характерные признаки направленного вверх динамика (например, размер, мощность, положение и т.п.) могут быть выбраны на основании состава потолка, размера помещения и других важных характерных признаков среды прослушивания.

[0047] Вариант, представленный на фиг. 1, представляет случай, когда направленный вперед динамик или динамики заключены в первом кожухе 112, а направленный вверх динамик заключен в отдельном втором кожухе 110. Направленный вверх громкоговоритель для громкоговорителя виртуальной высоты обычно располагают сверху направленного вперед громкоговорителя, но также возможны и другие ориентации. Следует отметить, что для создания множества имитируемых высотных громкоговорителей вместе может быть использовано любое число направленных вверх динамиков. Альтернативно ряд направленных вверх динамиков может быть приспособлен для передачи звука по существу в одну и ту же точку на потолке для получения определенного эффекта или определенной интенсивности звука.

[0048] Фиг. 2 представляет один вариант осуществления, в котором направленный вверх динамик(-и) и направленный вперед динамик(-и) расположены в одном и том же кожухе. Как представлено на фиг. 2, кожух 202 громкоговорителя содержит как направленный вперед динамик 206, так и направленный вверх динамик 204. Хотя на фиг. 1 и фиг. 2 представлен только один направленный вверх динамик, в некоторых вариантах осуществления в систему воспроизведения может быть включено несколько направленных вверх динамиков. Для варианта осуществления, представленного на фиг. 1 и 2, следует отметить, что динамики могут быть любых соответствующих форм, размеров и типов, в зависимости от требующихся амплитудно-частотных характеристик, а также любых других важных ограничений, таких как размер, номинальная мощность, стоимость компонентов и т.п.

[0049] Как представлено на фиг. 1 и 2, направленные вверх динамики расположены так, что они направляют звук под углом вверх к потолку, где он затем может отражаться вниз к слушателю. Угол наклона может быть установлен в зависимости от характерных признаков среды прослушивания и требований системы. Например, направленный вверх динамик 204 может быть наклонен вверх от 10 градусов до 30 градусов и может быть расположен над фронтально направленным динамиком 206 в оболочке 202 громкоговорителя, чтобы сводить к минимуму взаимные помехи со звуковыми волнами, исходящими из фронтально направленного динамика 206. Направленный вверх динамик 204 может быть установлен под фиксированным углом, или он может быть установлен так, что угол наклона можно регулировать вручную. Альтернативно может быть использован сервомеханизм, чтобы обеспечивать автоматическое или электрическое управление углом наклона и направлением передачи направленного вверх динамика. Для определенных звуков, таких как звуковое сопровождение, направленный вверх динамик может быть направлен прямо вверх из верхней поверхности оболочки 202 громкоговорителя, чтобы создавать так называемый «направленный вертикально вверх» динамик. В этом случае значительный компонент звука может отражаться назад вниз на громкоговоритель, в зависимости от акустических характеристик потолка. Однако в большинстве случаев обычно используют некоторый угол наклона, чтобы помогать направлять звук путем отражения от потолка в другое или более центральное положение в среде прослушивания. Громкоговоритель может дополнительно содержать два входных контакта, причем первый входной контакт приспособлен для получения сигналов, соответствующих звуковым волнам, которые должны отражаться от верхней поверхности среды прослушивания, а второй входной контакт приспособлен для приема сигналов, соответствующих звуковым волнам, которые должны передаваться вдоль оси, приблизительно соответствующей плоскости земли.

[0050] В одном варианте осуществления в адаптивной аудиосистеме применяются направленные вверх динамики для обеспечения высотного элемента для проходящих над головой аудиообъектов. Это достигается частично путем восприятия отраженного звука сверху, как представлено на фиг. 1 и 2. На практике, однако, звук не расходится идеально направленным образом по пути отражения от направленного вверх динамика. Некоторый звук из направленного вверх динамика будет проходить по пути прямо от динамика к слушателю, ослабляя восприятие звука из отраженного положения. Сила этого нежелательного прямого звука по сравнению с требуемым отраженным звуком обычно представляет собой функцию диаграммы направленности направленного вверх динамика или динамиков. Для компенсации этого нежелательного прямого звука было показано, что включение обработки сигналов для введения воспринимаемых меток высоты в аудиосигнал, подаваемый в направленные вверх динамики, улучшает позиционирование и воспринимаемое качество сигнала виртуальной высоты. Например, модель направленного прослушивания была разработана для создания фильтра виртуальной высоты, который, при использовании для обработки аудиоданных, воспроизводимых направленным вверх динамиком, улучшает воспринимаемое качество воспроизведения. В одном варианте осуществления фильтр виртуальной высоты получают как из физического положения громкоговорителя (приблизительно на уровне слушателя), так и отраженного положения громкоговорителя (над слушателем) относительно положения прослушивания. Для физического положения громкоговорителя первый направленный фильтр определяют на основании модели звука, проходящего прямо из местоположения громкоговорителя в уши слушателя в положении прослушивания. Такой фильтр может быть получен из модели направленного прослушивания, такой как база данных измерений HRTF (передаточная функция головы) или параметрической модели бинаурального слушания, модели ушной раковины или другой подобной модели передаточной функции, которая использует метки, которые помогают воспринимать высоту. Хотя модель, которая учитывает модели ушной раковины, обычно является полезной, поскольку помогает определять, как воспринимают высоту, функция фильтра не предназначена для изолирования эффектов ушной раковины, но скорее для обработки отношения уровней звука из одного направления в другое направление, и модель ушной раковины является примером одной такой модели бинаурального слушания, которая может быть использована, хотя также могут быть использованы и другие.

[0051] Затем определяют инверсию этого фильтра и применяют для удаления направленных меток для аудиоданных, проходящих по пути прямо от физического положения громкоговорителя к слушателю. Затем, для отраженного положения громкоговорителя, второй направленный фильтр определяют на основании модели звука, проходящего прямо из отраженного положения громкоговорителя в уши слушателя в том же положении прослушивания с помощью той же модели направленного слушания. Этот фильтр применяют прямо, по существу передавая направленные метки, которые бы получило ухо, если бы звук исходил из отраженного положения громкоговорителя над слушателем. На практике эти фильтры могут сочетаться таким образом, который обеспечивает один фильтр, который как, по меньшей мере, частично удаляет направленные метки из физического положения громкоговорителя, так и, по меньшей мере, частично вставляет направленные метки из отраженного положения громкоговорителя. Такой единый фильтр обеспечивает кривую частотной характеристики, которая в данном документе называется «передаточной функцией фильтра высоты», «характеристической кривой фильтра виртуальной высоты», «требуемой передаточной функцией частоты», «характеристической кривой метки высоты» или подобными словами для описания фильтра или характеристической кривой фильтра, которая отфильтровывает прямые компоненты звука от высотных компонентов звука в системе аудиовоспроизведения.

[0052] Что касается модели фильтра, если P₁ представляет частотную характеристику в дБ первого фильтра, моделирующего передачу звука от физического положения громкоговорителя, а Р₂ представляет частотную характеристику в дБ второго фильтра, моделирующего передачу звука от отраженного положения громкоговорителя, то суммарная характеристика фильтра виртуальной высоты Р_Т в дБ может быть выражена как: Р_Т=α(P₂-P₁), где α - это коэффициент масштабирования, который контролирует мощность фильтра. При α=1 фильтр применяется максимально, а при α=0 фильтр ничего не делает (ответ 0 дБ). На практике α устанавливают в диапазоне между 0 и 1 (например, α=0,5) на основании относительного баланса отраженного звука к прямому. Поскольку уровень отраженного звука возрастает по сравнению с отраженным звуком, так должен вести себя и α, чтобы более полно придавать направленные метки отраженного положения громкоговорителя этому нежелательному пути прямого звука. Однако α не следует делать настолько большим, чтобы повредить воспринимаемому тембру аудиоданных, проходящих по отраженному пути, который уже содержит надлежащие направленные метки. На практике было обнаружено, что значение α=0,5 хорошо функционирует с диаграммами направленности стандартных динамиков громкоговорителей в направленной вверх конфигурации. В целом, точные значения фильтров P₁ и Р₂ будут функцией азимута физического положения громкоговорителя относительно слушателя и возвышения отраженного положения громкоговорителя. Возвышение, в свою очередь, является функцией расстояния физического положения громкоговорителя от слушателя и разницы между высотой потолка и высотой громкоговорителя (предполагая, что голова слушателя находится на высоте громкоговорителя).

[0053] На фиг. 3 представлены характеристики фильтра виртуальной высоты Р_Т с α=1, полученные из модели направленного слушания на основании базы данных характеристик HRTF, усредненных по большому набору объектов. Черные линии 303 представляют фильтр Р_Т, рассчитанный в диапазоне углов азимута и диапазоне углов возвышения, соответствующих приемлемым расстояниям до громкоговорителей и значениям высоты потолка. Глядя на эти различные примеры Р_Т, в первую очередь можно заметить, что большинство из каждого изменения фильтра возникает на более высоких частотах, выше 4 Гц. Кроме того, каждый фильтр демонстрирует пик, расположенный приблизительно на 7 кГц, и впадину приблизительно на 12 кГц. Точный уровень пика и впадины отличаются на несколько дБ между различными характеристическими кривыми. Учитывая близкое согласование в положении пика и впадины у набора характеристик, было обнаружено, что единая средняя характеристика 302 фильтра, представленная толстой серой линией, может служить в качестве универсального фильтра меток высоты для большинства приемлемых физических положений громкоговорителя и размеров помещения. Учитывая это открытие, для громкоговорителя виртуальной высоты может быть спроектирован единый фильтр Р_Т, и для приемлемой пропускной способности не требуется знание точного положения громкоговорителя и размеров помещения. Однако для улучшенной пропускной способности такое знание может быть использовано, чтобы динамически устанавливать фильтр Р_Т в одну из конкретных черных кривых, представленных на фиг. 3, соответствующих конкретным положениям громкоговорителя и размерам помещения.

[0054] Обычное применение такого фильтра виртуальной высоты для представления виртуальной высоты предназначено для аудиоданных, которые должны быть предварительно обработаны фильтром, демонстрирующим одну из амплитудных характеристик, представленных на фиг. 3 (например, средняя кривая 302), до того как они будут проиграны через направленный вверх громкоговоритель виртуальной высоты. Фильтр может быть предоставлен как часть блока громкоговорителя, или он может представлять собой отдельный компонент, который предоставлен как часть устройства представления, усилителя или другого промежуточного компонента аудиообработки. Фиг. 4А представляет фильтр виртуальной высоты, встроенный как часть блока громкоговорителя, имеющего направленный вверх динамик, согласно одному варианту осуществления. Как показано в системе 400, представленной на фиг. 4А, адаптивный аудиопроцессор 402 выдает аудиосигналы, которые содержат отдельные высотные компоненты сигнала и прямые компоненты сигнала. Высотные компоненты сигнала предназначены для проигрывания через направленный вверх громкоговоритель 408, а прямые компоненты аудиосигнала предназначены для проигрывания через направленный прямо или вперед громкоговоритель 407. Компоненты сигнала не обязательно являются различными в плане частотного содержимого или аудиоконтента, но вместо этого различаются н