專(zhuān)利名稱(chēng)：模擬虛擬空間的聲音使聽(tīng)者欣賞虛擬仿真聲音感受的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定任意空間中聲音的聲學(xué)特性，以使處于現(xiàn)實(shí)空間中的聽(tīng)者能夠感受到在其他任意空間中聲音的聲學(xué)效果的方法和設(shè)備。
更具體地講，本發(fā)明涉及一種根據(jù)聲音的聲學(xué)特性在現(xiàn)實(shí)空間中再現(xiàn)任意空間中聲音的方法和設(shè)備。
過(guò)去已經(jīng)有一些計(jì)算現(xiàn)實(shí)空間及虛擬空間中的聲音的聲學(xué)特性的方法。例如，許多傳統(tǒng)的被廣泛應(yīng)用的計(jì)算方法，諸如聲輻射線(xiàn)法、虛象法以及基于正則幾何聲學(xué)的類(lèi)似方法。然而，這些計(jì)算方法是有缺陷的，在計(jì)算結(jié)果中都忽略聲音和相位信息的波特性，導(dǎo)致相當(dāng)大的計(jì)算誤差。另一方面，還有一些計(jì)算方法，如有限元法、邊界元法以及類(lèi)似計(jì)算方法，這些方法考慮到了聲音的波特性，因而在確定聲音的實(shí)際聲學(xué)特性方面，其精確度是很好的。然而，這些計(jì)算方法如有限元法及邊界元法也有不足之處，對(duì)所謂的高頻的如16HKz和類(lèi)似頻率的聲頻帶，需要很大的計(jì)算量，才能獲得計(jì)算結(jié)果。這些事實(shí)使得即使用目前正在開(kāi)發(fā)的高級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)得到計(jì)算結(jié)果也是很困難的。
于是，顯然需要有一種能在比較短的時(shí)間內(nèi)高精度地確定聲音的聲學(xué)特性、并且與聲音的現(xiàn)實(shí)聲學(xué)特性相比，所確定的聲學(xué)特性具有很小的誤差的方法和設(shè)備。
待測(cè)的聲學(xué)特性被定義為一到達(dá)預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)，例如聽(tīng)眾席的一簇聲波，這簇聲波由體現(xiàn)為具有尖銳前沿的單脈沖瞬時(shí)信號(hào)如Δ近似函數(shù)的基本聲波構(gòu)成，瞬時(shí)信號(hào)作為在預(yù)定位置例如舞臺(tái)上產(chǎn)生的，并在空間進(jìn)行三維傳播，被限定空間的墻壁反射，到達(dá)預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)如聽(tīng)眾席的基本聲波。一般，這簇中的聲波被稱(chēng)為瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。所以，瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)代表從瞬時(shí)信號(hào)得到的并在空間從不同方向經(jīng)不同延時(shí)到達(dá)相同觀測(cè)點(diǎn)的聲波疊加之結(jié)果。通過(guò)應(yīng)用此種瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，可以再現(xiàn)語(yǔ)音和如音樂(lè)之類(lèi)的聲音，以及類(lèi)似的一般聲音。所以，能使一個(gè)聽(tīng)者感到仿佛他就坐在聽(tīng)眾席上欣賞舞臺(tái)上演奏的音樂(lè)。
根據(jù)本發(fā)明的第一基本方法確定的并在下文詳細(xì)描述的聲音的聲學(xué)特性是能夠?qū)崿F(xiàn)高度現(xiàn)實(shí)性的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。因而，這些瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)形成一簇高精度地代表頻率調(diào)整、相位延遲等的無(wú)數(shù)個(gè)脈沖。所以，如下文所述，當(dāng)利用瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)精確再現(xiàn)一種聲音時(shí)，則需要一種能高速處理數(shù)據(jù)聲音再現(xiàn)設(shè)備。
換言之，為了按數(shù)字模式存貯這種精確的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，需要按信號(hào)幅度用數(shù)字表示在每一所謂的取樣時(shí)間間隔內(nèi)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的響應(yīng)脈沖，這種脈沖隨時(shí)間而變化，并在從瞬時(shí)信號(hào)發(fā)出至瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)消失的時(shí)期內(nèi)用很短的時(shí)間間隔(例如取樣時(shí)間間隔，即取樣頻率的倒數(shù))將其劃分。然后，利用這些瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)再現(xiàn)在實(shí)際的音樂(lè)演奏或類(lèi)似場(chǎng)合中產(chǎn)生的聲音。在聲音的再現(xiàn)過(guò)程中，如圖9所示，采用了用于產(chǎn)生分立的數(shù)字信號(hào)的中央處理76(下文稱(chēng)CPU76)。該CPU76包括設(shè)定和存貯瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)83的存儲(chǔ)器，在存儲(chǔ)器中將多個(gè)響應(yīng)脈沖以數(shù)字形式沿時(shí)間軸排列；及乘積之和計(jì)算器84，其中，在實(shí)際音樂(lè)演奏中產(chǎn)生的并沿用離散信號(hào)80數(shù)字化表示的聲音與其瞬時(shí)信號(hào)83一起進(jìn)行實(shí)時(shí)卷積變換，由此產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)86。
根據(jù)這樣存貯的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，再現(xiàn)顯現(xiàn)音樂(lè)性能的聲音。為此目的，CPU76必須連續(xù)不停地在每個(gè)取樣時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)時(shí)地將所有瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)加在一起。例如為了再現(xiàn)20KHz的頻率，必須進(jìn)行48KHz的數(shù)字取樣。在混響時(shí)間，即瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)漸漸消亡到基本上可被忽略不計(jì)的點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間為1.3秒的情況下，所需取樣次數(shù)為65,536次。所以，為了再現(xiàn)聲音，每20.8毫秒(48KHz的倒數(shù))必須將65,536個(gè)脈沖數(shù)據(jù)相加，并將其加算結(jié)果輸出。這種高速卷積變換函數(shù)僅由很昂貴的CPU76提供。由于其價(jià)格高，使用這種昂貴的CPU76是不實(shí)際的。
因此，需要有一種不減弱其現(xiàn)實(shí)性的再現(xiàn)聲音的簡(jiǎn)單方法和設(shè)備。
另一方面，目前，廣泛使用視頻設(shè)備使我們?cè)谧约杭抑谢蛟谧约旱膫€(gè)人房間內(nèi)通過(guò)視頻盒式播放機(jī)欣賞各種電影和類(lèi)似畫(huà)面，為了豐富我們的欣賞，再現(xiàn)這些畫(huà)面的伴音是極為重要的。為此目的，電視機(jī)設(shè)有用于環(huán)繞語(yǔ)音聲音系統(tǒng)的常規(guī)揚(yáng)聲器輸出終端。某些電視機(jī)還設(shè)有模擬聲音再現(xiàn)系統(tǒng)，如Dolby環(huán)繞系統(tǒng)等等。然而，在實(shí)際的影劇院里，為使聽(tīng)眾欣賞到二維或三維聲場(chǎng)，在影院的側(cè)面墻壁或在影院的電影銀幕附近的適當(dāng)位置設(shè)置大量揚(yáng)聲器，例如10個(gè)或更多揚(yáng)聲器。所以，當(dāng)通過(guò)我們家中的電視機(jī)的環(huán)繞語(yǔ)音聲音系統(tǒng)的揚(yáng)聲器終端再現(xiàn)該畫(huà)面的伴音時(shí)，不可能欣賞到我們可在影院中體驗(yàn)到的三維聲場(chǎng)的感受。
另一方面，近來(lái)，對(duì)諸如虛擬畫(huà)面等所謂虛擬現(xiàn)實(shí)性的要求增加。因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)性能使我體驗(yàn)到實(shí)際環(huán)境的感覺(jué)，仿佛我們就在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，人們期望將虛擬現(xiàn)實(shí)性應(yīng)用于各種場(chǎng)合。然而，時(shí)至今日，基本上僅考慮了畫(huà)面圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)性，而很少對(duì)畫(huà)面圖像的伴音再現(xiàn)加以考慮。因而，在開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)性時(shí)，顯然需要有一種能使我們有種仿佛我們就在隨時(shí)間變化的虛擬環(huán)境中的感覺(jué)的聲音再現(xiàn)方法。
由于畫(huà)面場(chǎng)面隨時(shí)間變化，因此往往需要其聲音也隨時(shí)間變化。例如，先是一個(gè)房間的場(chǎng)面，跟著是大草原的后續(xù)場(chǎng)面?；蛘呤乔樾沃饾u變得更加突出的一系列場(chǎng)面。在此情況下，至今，根據(jù)每種場(chǎng)面的場(chǎng)景，按操作者的人為感覺(jué)增添或去掉混響。所以，實(shí)際再現(xiàn)的聲音不一定適合該場(chǎng)面，因而常常給聽(tīng)眾一種毫無(wú)自然規(guī)律的感覺(jué)，或往往損害虛擬現(xiàn)實(shí)性的效果。目前，對(duì)現(xiàn)實(shí)性的需求比以往更強(qiáng)烈。所以，需要適合于每一電影場(chǎng)面的空間的聲音再現(xiàn)以給該空間最大的現(xiàn)實(shí)性。如上所述，根據(jù)在每一電影場(chǎng)面所用的空間，自動(dòng)處理并精確地再現(xiàn)聲音，以便配合出現(xiàn)在空間內(nèi)的場(chǎng)面。這可改善娛樂(lè)節(jié)目的聲音，從而能使我們欣賞到不同于影劇院中使用Dolby環(huán)繞語(yǔ)音聲音系統(tǒng)所得到的現(xiàn)實(shí)性得到改善的聲場(chǎng)。
如上所述，顯然需要有一種用于確定聲音的實(shí)際和有效聲學(xué)特性的聲音模擬方法和設(shè)備；以及一種實(shí)際利用上述模擬結(jié)果來(lái)產(chǎn)生更逼真的聲音的方法和設(shè)備。
本發(fā)明之目的在于提供一種在任意設(shè)定的三維空間(下文稱(chēng)作虛擬空間)中在相對(duì)短時(shí)間用相對(duì)低速的處理單元高精度地產(chǎn)生聲音的聲學(xué)特性的聲音模擬方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供用上述虛擬空間中顯現(xiàn)的聲音的聲學(xué)特性產(chǎn)生使聽(tīng)者具有仿佛他就在虛擬空間的現(xiàn)實(shí)感覺(jué)的聲音的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種用瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)(上述虛擬空間中顯現(xiàn)的聲音的準(zhǔn)確聲學(xué)特性的信號(hào))簡(jiǎn)單地產(chǎn)生聲音同時(shí)在空間中保持該聲音的基本聲學(xué)特性的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種用于產(chǎn)生能使使用者在其家中或在其自己個(gè)人房間中欣賞電影和類(lèi)似圖像而使其具有仿佛他就是處在諸如影劇院和類(lèi)似音樂(lè)廳之類(lèi)的大廳中的聽(tīng)者的現(xiàn)實(shí)感覺(jué)的聲音的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用來(lái)產(chǎn)生能使使用者有當(dāng)場(chǎng)面隨時(shí)間變化時(shí)仿佛他就在每一電影和類(lèi)似圖像場(chǎng)面的空間中的現(xiàn)實(shí)感覺(jué)的聲音的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種產(chǎn)生適合于通過(guò)電纜、光纜或無(wú)線(xiàn)通信傳至用戶(hù)家中或其個(gè)人房間的圖像場(chǎng)面的聲音的方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明的上述各項(xiàng)目的是由下述措施實(shí)現(xiàn)的在從任意設(shè)定的虛擬空間中的任意位置分布的聲源發(fā)出的瞬時(shí)信號(hào)通過(guò)該虛擬空間進(jìn)行波動(dòng)傳播時(shí)，確定作用于預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的聲音模擬方法中，其改進(jìn)在于用從虛擬空間中的聲源輻射的多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量代表瞬時(shí)信號(hào)；以及該聲音模擬方法還包括至少一確定從限定虛擬空間邊界的每一部分到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能的步驟，在每一部分反射多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量的每一個(gè)。
通過(guò)使用本發(fā)明的聲音模擬方法，可以按簡(jiǎn)單方式在相對(duì)短時(shí)間內(nèi)確定聲音的聲學(xué)特性，而不必進(jìn)行象在常規(guī)方法中以無(wú)限序列方式增加的大量計(jì)算，其中聲波從聲源發(fā)出并被邊界反射，以使其聲學(xué)特性進(jìn)行波動(dòng)，在空間的所有方向上輻射；然后測(cè)定所有這些聲學(xué)特性，如此測(cè)定的所有聲學(xué)特性的每一特性后面還有被下一邊界進(jìn)一步反射的下一個(gè)聲學(xué)特性；然后測(cè)定下一個(gè)聲學(xué)特性；如此等等。
以其如下處理效果改進(jìn)本發(fā)明的上述方法。
在本發(fā)明的上述方法中就多個(gè)聲輻射線(xiàn)的每一個(gè)而言，每當(dāng)聲輻射線(xiàn)向量入射到限定虛擬空間的邊界的一部分并被其反射時(shí)，存貯包括正入射到邊界的該部分并被其反射的聲輻射線(xiàn)向量數(shù)據(jù)和邊界的該部分的位置數(shù)據(jù)的傳播沿革數(shù)據(jù)；以及基于傳播沿革數(shù)據(jù)和被在聲輻射線(xiàn)向量入射到并被其反射的邊界的該部分的位置的入射/反射聲輻射向量所占據(jù)的邊界的面積數(shù)據(jù)，確定從限定虛擬空間的邊界的該部分到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能。
再有，在本發(fā)明的上述方法中按時(shí)陣列數(shù)排列多個(gè)存儲(chǔ)部分；在這些存儲(chǔ)器部中，對(duì)應(yīng)于直至勢(shì)能到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的時(shí)間延遲的一個(gè)部分相加，并存貯勢(shì)能值，以測(cè)定時(shí)序瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，每當(dāng)進(jìn)行取樣操作時(shí)就可以用計(jì)數(shù)法表示瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)(包括隨時(shí)間變化的響應(yīng)信號(hào))。
為使現(xiàn)實(shí)空間中的揚(yáng)聲器再現(xiàn)具有如此現(xiàn)實(shí)性的聲音，以致聽(tīng)者感覺(jué)仿佛他就在虛擬空間中，當(dāng)按本發(fā)明的方法產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)時(shí)必須實(shí)施下列各步驟。
即，這些步驟是(a)設(shè)定作為虛擬空間的任意空間的步驟；(b)設(shè)定放置多個(gè)揚(yáng)聲器的預(yù)定現(xiàn)實(shí)空間的步驟；(c)將現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)設(shè)置的監(jiān)聽(tīng)點(diǎn)疊加在虛擬空間內(nèi)設(shè)置的觀測(cè)點(diǎn)上的步驟；(d)在從虛擬空間內(nèi)的聲源發(fā)出并在虛擬空間內(nèi)傳播而產(chǎn)生其時(shí)間延遲的瞬時(shí)信號(hào)的時(shí)間延遲過(guò)后確定作用于觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能的步驟；(e)將勢(shì)能分割為分配給安排在疊置的現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的多個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)部分的步驟；以及(f)通過(guò)根據(jù)其時(shí)間延遲將分配給每個(gè)揚(yáng)聲器的勢(shì)能的每一部分相加來(lái)確定每個(gè)揚(yáng)聲器的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的步驟。
如上所述，按本發(fā)明的上述方法，通過(guò)將勢(shì)能(從限定虛擬空間的墻壁表面的邊界反射到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能)分割為多個(gè)部分，每個(gè)部分分配給安排在現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的每個(gè)揚(yáng)聲器，可以再現(xiàn)方向性和縱深度非常優(yōu)秀的聲音。
在大多數(shù)情況下，在本發(fā)明的上述方法中所用的聲源一般由多個(gè)聲源構(gòu)成。所以，在本發(fā)明的方法使用多個(gè)聲源的情況下，對(duì)多個(gè)聲源的每一個(gè)而言必須進(jìn)行產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的上述步驟。例如，在將安放在大廳內(nèi)的多個(gè)揚(yáng)聲器用作這些聲源，而大廳構(gòu)成虛擬空間構(gòu)成的情況下，就每個(gè)聲源而言，通過(guò)確定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)聲音模擬，能使聽(tīng)者欣賞到仿佛他就在現(xiàn)實(shí)大廳中的聲音。這對(duì)聽(tīng)者想要欣賞到仿佛他就在設(shè)有多個(gè)揚(yáng)聲器的影院中的聲音的情況特別有效。
在本發(fā)明的上述方法中，為了使聽(tīng)者享受到仿佛他就在電影場(chǎng)景和類(lèi)似畫(huà)面中的感受，虛擬空間根據(jù)場(chǎng)景變化。而且，對(duì)應(yīng)于作為聲源的人和動(dòng)物位置的聲源位置也根據(jù)場(chǎng)景變化。
由于上述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的精確性是優(yōu)異的并通過(guò)進(jìn)行大量的數(shù)字取樣操作確定，為了現(xiàn)實(shí)再現(xiàn)基于這種瞬時(shí)響信號(hào)的聲音，一般必須使用高速乘積之和計(jì)算器。所以，為了減少數(shù)據(jù)處理操作量，同時(shí)保持再現(xiàn)聲音的高度現(xiàn)實(shí)性，必須從代表該空間的聲學(xué)特性的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中僅提取預(yù)定特性信號(hào)脈沖來(lái)確定一新的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。在這種提取中，特別是在延遲時(shí)基上變化的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的脈沖中，按其幅度峰值的絕對(duì)值遞增的順序選擇他們。還有，從在延遲時(shí)基上變化的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)脈沖中，按其幅度峰值的正值選取正脈沖，同時(shí)按相同方式也選取跟在上述正脈沖之后的其它負(fù)脈沖。通過(guò)提取伴隨正脈沖的這種負(fù)脈沖，可以再現(xiàn)有相當(dāng)縱深度的聲音。另外，還可以利用預(yù)定閾值提取瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；或者將瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)分為多個(gè)組，在每個(gè)組中，在時(shí)基上對(duì)多個(gè)信號(hào)打包并從中提取信號(hào)。
另一方面，本發(fā)明通過(guò)使用如此確定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)真實(shí)聲音的再現(xiàn)。更具體地講，就如此提取的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)而言，按其延時(shí)和相對(duì)幅值設(shè)定其每個(gè)脈沖。然后在每一延遲時(shí)間，根據(jù)每個(gè)上述相對(duì)幅值輸出連續(xù)輸入的每個(gè)聲音信號(hào)，以便將同時(shí)如此輸出的這些信號(hào)加起來(lái)，以產(chǎn)生待輸出的新聲音信號(hào)。并且，從如此輸出的聲音信號(hào)的頻率中，可以去掉預(yù)定頻率，以便去掉聲音信號(hào)脈沖中的高頻分量。還可以將混響施加在如此提取的脈沖的間隙中，以便以連續(xù)方式再現(xiàn)聲音。
本發(fā)明的方法包括以下各步驟根據(jù)待再現(xiàn)的聲音產(chǎn)生多個(gè)互不相同的瞬間響應(yīng)信號(hào)；以及當(dāng)再現(xiàn)聲音時(shí)在乘積之和計(jì)算器內(nèi)設(shè)定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，該瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)已被根據(jù)聲音存貯；因而，再現(xiàn)一新聲音，該新聲音具有根據(jù)產(chǎn)生待再現(xiàn)原始聲音的空間而適當(dāng)變化的聲學(xué)分量。
多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)可以事先存貯，并用伴隨聲音信號(hào)的同步信號(hào)來(lái)同步。如此得到的相應(yīng)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)可以在乘積之和計(jì)算器中設(shè)定，或也可以在如此發(fā)射的聲音信號(hào)被接收之前接收該瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，從而基于這種瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)再現(xiàn)聲音。


圖1是表明用于確定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的處理程序的流程圖；圖2是表示用于確定和存貯傳播沿革的處理程序流程圖；圖3是表明利用所謂的近似邊界積分根據(jù)每個(gè)聲輻射線(xiàn)向量傳播沿革計(jì)算瞬時(shí)響應(yīng)的處理程序流程圖；圖4是采用近似邊界積分用于計(jì)算、相加和存貯瞬時(shí)響應(yīng)的處理程序的流程圖。
圖5(a)是邊界的透視圖，表明微面積元及其被聲輻射向線(xiàn)量限定的面積大小。
圖5(b)是邊界的平面圖，表明微面積元及其被聲輻射線(xiàn)向量限定的面積大小。
圖6是表明一系列聲輻射線(xiàn)向量和待確定的直接和反射聲音的瞬時(shí)響應(yīng)在觀測(cè)點(diǎn)的總勢(shì)能對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)圖；圖7(a)是采用被稱(chēng)為虛像方法的常規(guī)正則計(jì)算得到的響應(yīng)的曲線(xiàn)圖；圖7(b)是采用本發(fā)明的計(jì)算程序在虛擬空間得到的脈沖響應(yīng)的曲線(xiàn)圖；圖8是采用瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)再現(xiàn)聲音的設(shè)備的方框圖；圖9是采用瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)再現(xiàn)聲音的原理示意圖；圖10(a)是按與圖7(b)所示的產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)相同的方法所得到的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的曲線(xiàn)圖，表明瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的幅度在對(duì)數(shù)標(biāo)度中隨時(shí)間變化；圖10(b)是按與圖7(b)所示的產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)相同的方法所得到的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的曲線(xiàn)圖，表明瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的幅度在對(duì)數(shù)標(biāo)度中隨時(shí)間變化；
圖11(a)是圖10(a)所示的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)波形的放大視圖，該波形是在0～4,096范圍取樣得到的并在時(shí)基軸上被放大；圖11(b)是另一個(gè)新的或從圖10(a)所示信號(hào)取樣的特征瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)波形的放大視圖，該波形在時(shí)基軸上被放大；圖12(a)是瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)組的曲線(xiàn)圖，特別表明不同于其它瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)組90；圖12(b)是圖12(a)所示曲線(xiàn)的放大部分，表明在時(shí)基軸上被放大了的信號(hào)組90；圖12(c)是圖12(a)所示曲線(xiàn)的放大部分，僅表明在時(shí)基軸上被放大了的信號(hào)組90的取樣脈沖；圖13是采用瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的取樣信號(hào)再現(xiàn)聲音的簡(jiǎn)單設(shè)備的原理方框圖；圖14是表明作用于空間內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能的示意圖；圖15是影院的平面圖，表明一個(gè)聲輻射線(xiàn)向量及其相對(duì)聽(tīng)眾的勢(shì)能。
圖16(a)是一個(gè)在現(xiàn)實(shí)空間上疊加圖15所示的虛擬空間的空間平面圖，表明分割成各分配給每個(gè)揚(yáng)聲器的四個(gè)部分的聲輻射線(xiàn)向量的勢(shì)能；圖16(b)是表明在圖16(a)所示的空間內(nèi)分割聲輻射線(xiàn)向量勢(shì)能的方法的示意圖；圖17是用于在圖15所示的影院內(nèi)再現(xiàn)聲音的設(shè)備的方框圖；圖18(a)是在設(shè)有作為聲源的揚(yáng)聲器的虛擬空間上疊置的現(xiàn)實(shí)空間的平面圖，示出用于聲音再現(xiàn)的揚(yáng)聲器和聽(tīng)音；圖18(b)是在設(shè)有作為聲源的揚(yáng)聲器的虛擬空間上疊置的現(xiàn)實(shí)空間的平面圖，示出用于聲音再現(xiàn)的揚(yáng)聲器和聽(tīng)者，虛擬空間包含幾個(gè)諸如人和動(dòng)物之類(lèi)的可動(dòng)聲源。
圖19是表明在隨時(shí)間變化的虛擬空間上疊置現(xiàn)實(shí)空間的原理示意圖；圖20是在虛擬空間隨時(shí)間變化的條件下，在現(xiàn)實(shí)空間里再現(xiàn)聲音的第一設(shè)備的方框圖；圖21是在虛擬空間隨時(shí)間變化的條件下，在現(xiàn)實(shí)空間里再現(xiàn)聲音的第二設(shè)備的方框圖；以及圖22是表明符合MPEG標(biāo)準(zhǔn)的圖面/伴音信號(hào)傳輸原理的示意圖。
下面，參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明首先，為了便于描述本發(fā)明，將參照?qǐng)D14描述用來(lái)確定作為本發(fā)明根本部分的聲音的波動(dòng)特性的Kirchhoff積分和所謂的近似邊界積分。然后闡明本發(fā)明。
Kirohhoff積分方程(即等式2)是從Kirchhoff三維波動(dòng)方程(即等式1)推導(dǎo)出來(lái)的。把方程2的變形稱(chēng)作近似邊界積分方程(即等式3)。
Kirchhoff三維波邊方程(即等式1)表示如下▿2φ-1C2∂2φ∂t2=-F(x,y,z,t)]]>其中的“Φ”是速度勢(shì)能；C是聲速；t是時(shí)間；F是波源；以及x，y和z三維坐標(biāo)。還有，在圖14中S2是限定任意空間的表面；Q是在S2上的任意點(diǎn)；P是確定瞬時(shí)響應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)；V是除觀測(cè)點(diǎn)P附近的面積V1的面積；以及dS2是S2上的微面積矢量。
等式2是Kirchoff三維波動(dòng)方程(即等式1)的積分，表示觀測(cè)點(diǎn)P的速度勢(shì)能，表達(dá)如下φP=14π∫v1r[F]tddv+14π∫s1{1r[▿Qφ]td-[φ]td▿Q(1r)+1cr[∂φ∂t]td▿r}·ds‾2]]>其中ΦP觀測(cè)點(diǎn)P的速度勢(shì)能；Otd是延時(shí)t-r/c；V是環(huán)繞觀測(cè)點(diǎn)P的任意空間；S2是V的表面；Q是S2上的任意點(diǎn)；以及r0是Q與觀測(cè)點(diǎn)P間的距離。
Kirchoff方程積分的變形(即近似邊界積分方程3)表達(dá)如下φP=1df(t-dc)]]>+14π∫s1[1crro∂∂tf(t-roc){cos(r‾,n‾)-cos(r‾o,n‾)}]]>+1rrof(t-roc){1rcos(r‾,n‾)-1rocos(r‾o,n‾)}]ds2]]>其中ΦP觀測(cè)點(diǎn)P的速度勢(shì)能；Otd是延時(shí)t-r/c；V是環(huán)繞觀測(cè)點(diǎn)P的任意空間；S2是V的表面；Q是S2上的任意點(diǎn)；以及r是Q與觀測(cè)點(diǎn)P間的距離；以及r0是波源與Q之間的總距離。
另外，f(t)表示由波源產(chǎn)生的聲音的瞬時(shí)信號(hào)。
現(xiàn)在基于上述近似邊界是積分方程3來(lái)描述產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的措施。雖然通過(guò)采用近似邊界積分方程3來(lái)描述上述措施，但也可采用任何其他合適的方程來(lái)描述，只要其它方程能象Kirchhoff積分方程和類(lèi)似方程一樣確定聲音的波特性即可。
圖1～4表示本發(fā)明用于確定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)即脈動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的處理程序的流程圖。
圖1表示從程序開(kāi)始至停止的全處理過(guò)程，并分為兩個(gè)基本部分“處理程序A”和“處理程序B”。
步驟7，即圖1所示的“處理程序C”對(duì)應(yīng)于圖2所示的處理程序。另一方面，步驟10，即圖1所示的“處理程序D”對(duì)應(yīng)于圖3所示的處理程序。還有，圖3所示的“處理程序E”對(duì)應(yīng)于圖4所示的處理程序。
如圖1所示，在第一步驟1“初始化”，執(zhí)行作為完成處理程序的先決條件是“設(shè)定計(jì)算條件”、“設(shè)定波源條件”、“設(shè)定邊界”以及“設(shè)定輻射聲輻射線(xiàn)向量的波源”。
在“設(shè)定計(jì)算條件”中的集合是波源的三維坐標(biāo)；觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)目；每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；空間內(nèi)的空氣的溫度和濕度；分析頻率(即待計(jì)算的瞬時(shí)響應(yīng)中的最高頻率)；待計(jì)算的瞬時(shí)響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間T以及類(lèi)似參數(shù)。這種設(shè)定是借助輸入單元或外存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)通過(guò)輸入單元輸入必須的數(shù)據(jù)，或從外存儲(chǔ)單元取回必須的數(shù)據(jù)。
在“設(shè)定波源條件”中，從聲源發(fā)出的聲音的初始值被采用Δ近似函數(shù)及其形狀類(lèi)似于脈動(dòng)的導(dǎo)數(shù)表達(dá)成瞬時(shí)信號(hào)。如果應(yīng)用上需要，該初始值可以變換。
此外，根據(jù)在步驟1中所設(shè)定的空氣的溫度和濕度來(lái)計(jì)算聲音的傳播速度。根據(jù)Shanon取樣定理，基于分析頻率，設(shè)定與等于或超過(guò)分析頻率兩倍之高的頻率對(duì)應(yīng)的離散時(shí)間間隔。在“處理程序B”中所用的用于存貯待計(jì)算的瞬時(shí)響應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域的大小根據(jù)瞬時(shí)響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間間隔來(lái)確定。
在“設(shè)定邊界”中，設(shè)定關(guān)于限定聲場(chǎng)邊界的信息。這代表一個(gè)模擬聲音在其中的波動(dòng)傳播并由平面中的多個(gè)多邊形構(gòu)成的數(shù)字空間。在此“設(shè)定邊界”中，每個(gè)多邊形都被稱(chēng)為邊界。在“設(shè)定邊界”中的集合是邊界的數(shù)目；每個(gè)邊界的法線(xiàn)，即垂直線(xiàn)；每個(gè)邊界中每個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)；邊界的反射和吸收；以及類(lèi)似參數(shù)。順便提一句，在本發(fā)明實(shí)施例的以下說(shuō)明中，為了便于說(shuō)明，假定每個(gè)邊界在整個(gè)頻帶只進(jìn)行聲音的總反射和總吸收。
在“設(shè)定輻射聲輻射線(xiàn)向量的波源”中，計(jì)算從波源輻射的聲輻射線(xiàn)向量的數(shù)目N。在此設(shè)定中，模擬從波源傳播的聲音的波動(dòng)，以計(jì)算在邊界反射波動(dòng)的位置和時(shí)間，以便計(jì)算聲學(xué)特性(即在觀測(cè)點(diǎn)的聲音的速度勢(shì)能“Φp”)。這種聲音的波動(dòng)傳播模擬是采用數(shù)個(gè)向量實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)向量具有相同的立體角并從空間內(nèi)的波源輻射。這種向量被定義為本發(fā)明中的聲輻射線(xiàn)向量。設(shè)定輻射聲輻射線(xiàn)向量的數(shù)目N以使相鄰聲輻射線(xiàn)向量間的距離等于或小于分析頻率的波長(zhǎng)“λ”的1/2，最好是1/4。相鄰聲輻射線(xiàn)向量間的長(zhǎng)度取決于處理單元的容量和聲音再現(xiàn)中的近似程度，所以在某些情況下可以大于“λ”的1/2。
附帶說(shuō)明，代表聲音在空間內(nèi)傳播的聲音的波面的向量一般被稱(chēng)作聲輻射線(xiàn)向量。在這些聲輻射線(xiàn)向量中，從波源輻射的向量特別被稱(chēng)為輻射聲輻射線(xiàn)向量。
在步驟3中，采用聲輻射線(xiàn)向量來(lái)模擬從波源傳播的波動(dòng)。即，首先，計(jì)算第n個(gè)輻射聲輻射線(xiàn)向量的方向向量Dn以使N部分的輻射聲輻射線(xiàn)向量相對(duì)于波源在其之間形成相同的立體角。
在緊跟步驟3后的步驟4中選擇具有與由聲源傳播的聲輻射線(xiàn)向量相交的交點(diǎn)的邊界B。在緊跟步驟4的步驟5中，當(dāng)沒(méi)有與聲輻射線(xiàn)向量相交的邊界時(shí)，對(duì)后一個(gè)輻射聲輻射向量進(jìn)行計(jì)算。
另一方面，當(dāng)存在具有交點(diǎn)的某些邊界時(shí)，在邊界B反射聲輻射線(xiàn)向量。在此情況下，必須判斷是邊界的前面還是后面朝向聲輻射線(xiàn)向量。
這種判斷可通過(guò)確定邊界的法線(xiàn)即垂直線(xiàn)與聲輻射線(xiàn)向量間所形成的夾角是否在0～180°角度范圍內(nèi)來(lái)完成。換言之，在定義邊界的法線(xiàn)向量以使其在虛擬空間內(nèi)朝外延伸的情況下，當(dāng)邊界法線(xiàn)與輻射聲輻射線(xiàn)向量間所形成的角在0～180°角度范圍之內(nèi)(即當(dāng)其內(nèi)積為正)時(shí)，定義邊界為前。否則(即當(dāng)角度在180～360°角度范圍之內(nèi)時(shí))，定義邊界為后。之所以按上述方式定義角度，其原因在于，在操作中必須由計(jì)算機(jī)來(lái)判斷聲輻射線(xiàn)向量是否從對(duì)著其前面的邊界內(nèi)側(cè)發(fā)出的(即聲輻射線(xiàn)向量是否在邊界發(fā)生反射)，或者，聲輻射線(xiàn)向量是否從對(duì)著其后面的邊界的外側(cè)發(fā)出的(即聲輻射線(xiàn)向量是否僅僅穿過(guò)邊界因而不發(fā)生反射)。
根據(jù)以上定義，在緊跟步驟5后的步驟6中，當(dāng)邊界B對(duì)著聲輻射線(xiàn)向量的背面時(shí)，必須選擇任何另外的具有上述交點(diǎn)的邊界。另一方面，當(dāng)邊界B在聲輻射線(xiàn)向量之前時(shí)，緊跟步驟6之后是步驟7，即處理程序“C”。
在步驟7，即處理程序“C”中，當(dāng)設(shè)定邊界B以使其在步驟11完全吸收聲音波動(dòng)時(shí)，處理程序進(jìn)行到“結(jié)束”，如圖2所示。否則，緊跟步驟11之后是步驟12，在步驟12計(jì)算波源與邊界B的交點(diǎn)Q間的總傳播距離d。步驟12之后繼之以步驟13。在步驟13，當(dāng)所計(jì)算的傳播距離d是使得波動(dòng)到達(dá)點(diǎn)Q所經(jīng)過(guò)的時(shí)間有可能超過(guò)瞬時(shí)響的持續(xù)時(shí)間的距離時(shí)，緊跟步驟13之后是“結(jié)束”，如圖2所示。雖然，步驟11、12和13的處理次序可以互換，但圖2所示的處理次序?qū)κ固幚頃r(shí)間縮至最短是行之有效的。
另一方面，即在步驟13中，當(dāng)傳播距離不是如此情況時(shí)，緊跟步驟13后是步驟14，在步驟14，計(jì)算入射到邊界B上的聲輻射線(xiàn)向量的入射角“α”，以便按上述方程3確定入射聲輻射線(xiàn)向量與邊界面平的法線(xiàn)(即垂線(xiàn))間所形成的入射角。入射聲輻射線(xiàn)向量被定義為到達(dá)邊界B的第n個(gè)聲輻射線(xiàn)向量。另一方面，把入射到邊界“r”次的入射聲輻射線(xiàn)向量定義為“En，r”。所以“En，r”是從波源發(fā)出第r次到達(dá)邊界B的輻射聲輻射線(xiàn)向量。
然后，緊跟步驟14的是后續(xù)的步驟15。在步驟15中計(jì)算入射聲輻射線(xiàn)向量的反射向量的方向向量，反射向量在交點(diǎn)Q被反射。反射聲輻射線(xiàn)向量被定義為在邊界B處見(jiàn)到并被邊界B反射的第n個(gè)輻射聲輻射線(xiàn)向量Dn。在反射聲輻射線(xiàn)向量中被邊界反射“r”次的向量被定義“Fn，r”。所以“Fn，1”是首次被邊界反射的第n個(gè)聲輻射線(xiàn)向量。
緊跟步驟15的是后續(xù)步驟16。在步驟16中在主存儲(chǔ)器或外存儲(chǔ)單元中存貯的是邊界的排列編號(hào)B；波源與交點(diǎn)Q間的總傳播距離“d”；交點(diǎn)Q的三維坐標(biāo)；入射聲輻射線(xiàn)向量的方向向量“En，r”；以及反射聲輻射線(xiàn)向量的方向向量“Fn，r”。將每當(dāng)邊界反射輻射聲輻射線(xiàn)向量Dn時(shí)計(jì)算的一組數(shù)據(jù)定義為輻射聲輻射線(xiàn)向量的傳播沿革。之所以將傳播沿革存貯于存儲(chǔ)器，其原因在于在聲輻射線(xiàn)向量每次被邊界表面S2的任意點(diǎn)反射時(shí)，必須計(jì)算其勢(shì)能作用于觀測(cè)點(diǎn)P的聲輻射線(xiàn)向量的速度勢(shì)能(上述方程3中表示)。上述總傳播距離“d”對(duì)應(yīng)于方程3的“ro”。
緊跟步驟16的是后續(xù)步驟17。在步驟17所選擇的是另一個(gè)或下一個(gè)具有新的交點(diǎn)Q的邊界B，在交點(diǎn)Q，另一個(gè)邊界與具有方向“Fn，r”的反射聲輻射線(xiàn)向量相交。緊跟著步驟17的是后續(xù)步驟18。當(dāng)不存在具有交點(diǎn)Q的邊界B時(shí)，處理程序進(jìn)行到“結(jié)束”，如圖2所示。當(dāng)存在具有交點(diǎn)Q的任何其他邊界時(shí)，緊跟步驟18的是后續(xù)步驟19。在步驟19，當(dāng)具有交點(diǎn)Q的入射聲輻射線(xiàn)向量入射到邊界B的背面時(shí)，必須找到另一個(gè)具有交點(diǎn)Q的邊界B。當(dāng)具有交點(diǎn)Q的入射聲輻射線(xiàn)向量入射到所找到的另一邊界B的前面時(shí)，緊跟步驟19之后的是步驟11，重復(fù)上述處理程序。
在對(duì)第n個(gè)輻射聲輻射線(xiàn)向量完成處理程序“C”之后，從圖1可見(jiàn)，對(duì)每個(gè)隨后的輻射聲輻射線(xiàn)向量重復(fù)相同的處理程序。即，在對(duì)所有的輻射聲輻射線(xiàn)向量完成處理程序之后，跟在處理程序“C”之后是隨后的處理程序“B”。
總之，實(shí)行由一系列的步驟1～9組成的處理程序“A”，以計(jì)算和存貯所有的聲輻射線(xiàn)向量的傳播沿革。
由上述說(shuō)明可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)處理程序“A”的設(shè)備包括一存貯初始數(shù)據(jù)的裝置；一計(jì)算和確定傳播記錄數(shù)據(jù)的裝置；以及存貯傳播記錄數(shù)據(jù)的裝置。
另一方面，由圖3可見(jiàn)，在隨后的處理程序“D”是基于n部分輻射聲輻射線(xiàn)向量的傳播沿革實(shí)行計(jì)算的，過(guò)程如下即，處理程序“D”從步驟21開(kāi)始。在步驟21，從存儲(chǔ)器和類(lèi)似單元取回計(jì)算瞬時(shí)響應(yīng)的第一觀測(cè)點(diǎn)P的坐標(biāo)。首先，有關(guān)“n＝0”的輻射聲輻射線(xiàn)向量的傳播沿革的數(shù)據(jù)是在步驟21之后的步驟22取回的。就所取回的傳播沿革中的第一個(gè)邊界B而言，當(dāng)它的背面朝向觀測(cè)點(diǎn)P時(shí)，在步驟32取回后續(xù)傳播沿革繼續(xù)該處理程序。另一方面，當(dāng)邊界B的前面朝向觀測(cè)點(diǎn)P時(shí)，處理程序進(jìn)展至步驟25，計(jì)算從觀測(cè)點(diǎn)P向記錄在傳播沿革中的交點(diǎn)Q延伸的方向向量R。跟著步驟25的是步驟26，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)P與交點(diǎn)Q之間的距離RD。跟著步驟265的是步驟27，當(dāng)連接觀測(cè)點(diǎn)P至交點(diǎn)Q的直線(xiàn)與余下的一個(gè)邊界相交時(shí)，判斷來(lái)自交點(diǎn)Q的速度勢(shì)能不作用于觀測(cè)點(diǎn)P。其結(jié)果是，處理程序進(jìn)展至步驟32。另一方面，在步驟27，當(dāng)連接觀測(cè)點(diǎn)P與交點(diǎn)Q的直線(xiàn)不與任何其它邊界相交時(shí)，跟著步驟27之后的是步驟28，在此步驟判斷，在時(shí)間周期T內(nèi)波動(dòng)是否到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)P。當(dāng)判斷在時(shí)間周期T內(nèi)波動(dòng)到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)P時(shí)，則邊界B上的速度勢(shì)能作用于該觀測(cè)點(diǎn)P，因而跟著步驟28之后的是處理程序“E”。附帶說(shuō)明，上述判斷是依賴(lài)于在初始化的瞬時(shí)響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間T內(nèi)波動(dòng)是否傳播了一預(yù)定距離作出的，該預(yù)定距離是總傳播距離d(即聲源和交點(diǎn)Q間的距離)和距離RD之和。
如圖4所示，在處理程序“E”由以交點(diǎn)Q代表的邊界的所謂微面積元形成的并作用于觀測(cè)點(diǎn)P的速度勢(shì)能是采用方程3計(jì)算的；并基于速度勢(shì)能作用于觀測(cè)點(diǎn)P的時(shí)間，將瞬時(shí)響應(yīng)存貯于陣列中。當(dāng)某些數(shù)據(jù)早已存貯在陣列的相同位置中時(shí)，使瞬時(shí)響應(yīng)與該數(shù)據(jù)相加。更具體地說(shuō)，該微面積元被定義為在交點(diǎn)Q內(nèi)被用來(lái)限定聲輻射線(xiàn)向量的立體角所形成的面積。在圖5(A)中，多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量朝向邊界發(fā)出，這些聲輻射線(xiàn)向量之一(實(shí)線(xiàn)所示)在邊界上形成微面積元。圖5(B)是在邊界上所形成的微面積元的平面圖。從這些附圖中可見(jiàn)，邊界上的微面積元的大小可變，并由聲輻射線(xiàn)向量與邊界平面間所形成的角度確定。具體地講，在數(shù)據(jù)處理中，邊界上的微面積元的面積大小可以等于自波源至交點(diǎn)Q的總距離和上述立體角兩者限定的錐體的底面積。在此情況下，其近似精度雖然稍微變差，但在實(shí)際中是足夠的。還有，在此情況下，由于僅基于距離d和立體角就可確定微面積元的面積大小，故此可以加速數(shù)據(jù)處理的操作速度。附帶說(shuō)一下，微面積元的面積大小對(duì)應(yīng)于方程3的“dS2”項(xiàng)。
由圖4可見(jiàn)，處理程序從步驟41開(kāi)始，計(jì)算方程3的積分項(xiàng)的第一項(xiàng)。緊跟步驟41的是后續(xù)步驟42，計(jì)算方程3的積分項(xiàng)的第2項(xiàng)。在本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算中，因?yàn)樵谶吔缟下暤姆瓷浜臀諆H定義為總反射和總吸收，則計(jì)算中所用的函數(shù)f(t)可以定義為等于波源的初始化瞬變函數(shù)。當(dāng)反射和吸收各是一部分時(shí)，對(duì)應(yīng)于邊界特性的函數(shù)f(t)可以被確定為每次聲輻射線(xiàn)向量被邊界反射時(shí)的傳播沿革“Fn，r”。
緊跟步驟42的是后續(xù)步驟43，其中，計(jì)算邊界上微面積元的面積大小，以確定積分近似值。
緊跟著步驟43的是后續(xù)步驟44，其中確定在步驟41所得到的計(jì)算結(jié)果和在步驟43所得到的邊界上微面積元的面積大小之積；再用卷積變換計(jì)算法處理確定的乘積和聲源的初始值。
緊跟步驟44的是后續(xù)步驟45，其中確定在步驟42所得到的計(jì)算結(jié)果與在步驟43所得到的邊界上的微面積元的面積大小之乘積；并采用卷積變換計(jì)算法處理所確定的乘積和波源初始值微分值。
在步驟45之后的步驟46～48中，將基于近似邊界的積分結(jié)果的瞬時(shí)響應(yīng)存貯于存儲(chǔ)器或類(lèi)似單元中。為了在觀測(cè)點(diǎn)P再現(xiàn)聲音的聲學(xué)特性，提供在其中存貯待計(jì)算的瞬時(shí)響應(yīng)的數(shù)字陣列。該陣列可以在處理程序“A”進(jìn)行的初始化中提供。在該陣列中，依據(jù)波動(dòng)到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)P的時(shí)間Dt在存儲(chǔ)待計(jì)算的瞬時(shí)響應(yīng)的陣列中確定單元j。所以，將在觀測(cè)點(diǎn)P對(duì)應(yīng)于時(shí)間Dt的瞬時(shí)響應(yīng)結(jié)果加到并存貯于數(shù)字陣列的對(duì)應(yīng)單元j中。更具體地講，在步驟46，基于波源和聲輻射線(xiàn)向量的交點(diǎn)Q間的總距離d和距離RD之和來(lái)確定波動(dòng)到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)P的時(shí)間Dt。
緊跟步驟46的是步驟47，其中，確定在數(shù)字陣列中對(duì)應(yīng)于時(shí)間Dt的單元j。緊跟步驟47的是步驟48，其中，將在步驟44、45所得到的時(shí)序中的數(shù)據(jù)加到并存貯于數(shù)字陣列對(duì)應(yīng)單元j中。在上述相加和存貯中，當(dāng)某些其它數(shù)據(jù)早已存貯在單元j中時(shí)，將數(shù)據(jù)加到這些其它數(shù)據(jù)中，將結(jié)果存貯在單元j中，從而獲得了與近似積分相同的效果。另外，通過(guò)按時(shí)序方式排列陣列單元，可以按時(shí)序(即按陣列單元的順序)在觀測(cè)點(diǎn)P取回能再現(xiàn)聲音的聲場(chǎng)特性，因而，實(shí)現(xiàn)了有效地再現(xiàn)聲音的方法和設(shè)備。
在完成處理程序“E”之后，繼續(xù)對(duì)后續(xù)輻射聲輻射線(xiàn)向量傳播沿革的數(shù)據(jù)處理。當(dāng)?shù)趎個(gè)輻射聲輻射線(xiàn)向量的傳播沿革所有的數(shù)據(jù)被計(jì)算后，對(duì)第n+1個(gè)輻射聲輻射線(xiàn)向量進(jìn)行相同操作。在對(duì)所有的輻射聲輻射線(xiàn)向量的計(jì)算完成之后，按圖3所示的方式，進(jìn)行對(duì)后續(xù)觀測(cè)點(diǎn)P的數(shù)據(jù)處理。
總之，在處理程序“D”中利用積分根據(jù)每個(gè)在邊界被反射的聲輻射線(xiàn)向量的傳播沿革來(lái)計(jì)算聲輻射線(xiàn)向量作用于觀測(cè)點(diǎn)P的速度勢(shì)能；以及確定并存貯觀測(cè)點(diǎn)P的瞬時(shí)響應(yīng)。
由上可見(jiàn)，完成處理程序“D”的裝置可以是任何裝置，只要該裝置能利用近似積分來(lái)處理所存貯的傳播沿革。換言之，該裝置可以是通過(guò)包括一系列步驟的軟件操作的處理單元；或是計(jì)算機(jī)，或是裝備有利用近似邊界積分執(zhí)行合適處理程序的硬件的某些其它單元。
在完成處理程序“D”之后，按著是圖1所示的步驟49。在步驟49中，為了確定從聲源發(fā)出的并作用于觀測(cè)點(diǎn)P的直達(dá)聲的聲學(xué)特性，將瞬時(shí)特性加到并存貯在陣列的單元j中，單元j對(duì)應(yīng)于直達(dá)聲到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)P的時(shí)間。
圖6表示一系列聲輻射線(xiàn)向量和待確定的直達(dá)和反射聲的瞬時(shí)響應(yīng)，表明在觀測(cè)點(diǎn)P的總勢(shì)能對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)。更具體地講，在處理程序“D”中，每當(dāng)每個(gè)聲放射線(xiàn)向量在邊界反射時(shí)，計(jì)算并按時(shí)序存貯作用于觀測(cè)點(diǎn)P的勢(shì)能，以便將觀測(cè)點(diǎn)P的瞬時(shí)響應(yīng)作為整體確定下來(lái)。參照?qǐng)D6所示的曲線(xiàn)則容易理解處理程序“D”及直達(dá)聲的相加。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D7(a)和圖7(b)來(lái)描述產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的方法。圖7(a)表示采用稱(chēng)作虛象法的常規(guī)正則計(jì)算法所得到的響應(yīng)信號(hào)。另一方面，圖7(b)表示通過(guò)上述處理程序?qū)嶋H得到的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的幅度波形。與圖7(a)所示的常規(guī)波形相比，很明顯，圖7(b)所示的幅度波形除正波形之外還包括負(fù)波形。由這一事實(shí)可知，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)響應(yīng)的幅度波形的再現(xiàn)，而迄今為止很難對(duì)其進(jìn)行確定或在其確定過(guò)程中需要大量的操作時(shí)間。
現(xiàn)在，將描述根據(jù)上述波形的真實(shí)聲音再現(xiàn)。
如圖8所示，通過(guò)諸如CD播放機(jī)、唱片播放機(jī)、盒帶播放機(jī)以及類(lèi)似設(shè)備之類(lèi)的聲音再現(xiàn)設(shè)備70再現(xiàn)模擬聲音信號(hào)，并通過(guò)線(xiàn)71輸入給乘積之和計(jì)算器72。然后將經(jīng)過(guò)計(jì)算器72如此處理的聲音信號(hào)以模擬模式經(jīng)線(xiàn)79發(fā)送給放大器80，并在此被放大。最后將所放大的聲音信號(hào)通過(guò)線(xiàn)81提供給揚(yáng)聲器82，以便再現(xiàn)聲音。乘積之和計(jì)算器包括一用于實(shí)際執(zhí)行卷積計(jì)算法的中央處理單元(下文稱(chēng)作CPU)76；一通過(guò)線(xiàn)75與CPU76的輸入端連接的A/D轉(zhuǎn)換器73；以及通過(guò)線(xiàn)77與CPU的輸出端連接的D/A轉(zhuǎn)換器78。然而，在聲音再現(xiàn)設(shè)備70發(fā)送其數(shù)字模式的輸出信號(hào)的情況下，自然要去掉A/D轉(zhuǎn)換器。以乘積之和計(jì)算器72為例，是由被稱(chēng)為L(zhǎng)ake DSP Pty.Ltd的公司提供的產(chǎn)品——“數(shù)字音頻卷積處理器FDP1加”。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，將描述乘積之和計(jì)算器72內(nèi)所進(jìn)行的信號(hào)處理的原理，把從A/D轉(zhuǎn)換器73發(fā)送的數(shù)字信號(hào)輸入到CPU76，并在此進(jìn)行處理，再將如此處理后的信號(hào)發(fā)送給線(xiàn)77。
如圖9所示，離散信號(hào)85是模擬信號(hào)在時(shí)基上的離散表示法，并在線(xiàn)71上顯現(xiàn)。將關(guān)于該離散信號(hào)85的波形中定時(shí)和幅度的數(shù)據(jù)作為數(shù)字信號(hào)輸入給CPU76，在其內(nèi)所存儲(chǔ)的是通過(guò)上述用于產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的處理程序，或通過(guò)任何其它合適的處理程序所確定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。為了確定實(shí)際離散數(shù)字信號(hào)86，在CPU76卷積計(jì)算部分84中針對(duì)其每個(gè)分割的離散時(shí)間處理離散信號(hào)85(實(shí)時(shí)輸入給CPU76)的所有數(shù)據(jù)以便由卷積計(jì)算部84產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)83的響應(yīng)信號(hào)。由于必須再現(xiàn)所有的帶著由瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)引起的其延遲時(shí)間的聲音，對(duì)其每個(gè)離散的時(shí)間間隔，在卷積計(jì)算部84將離散信號(hào)85的所有上述數(shù)據(jù)作對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)83中時(shí)間分割部分?jǐn)?shù)量的多次加算。例如，為了再現(xiàn)其頻率高至20KHz的聲音，當(dāng)使用持續(xù)時(shí)間為1.3秒的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)(將信號(hào)分割為每秒48000部分)時(shí)，必須使用65,536個(gè)分支部分。所以，為了再現(xiàn)聲音，必須在每20.8微秒(即1/48,000秒)對(duì)65,536個(gè)分支部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行加算，以便產(chǎn)生模擬輸出。
在上述處理中，最好使用上述由稱(chēng)作Lake DSP Pty.Ltd.的公司提供的產(chǎn)品——“數(shù)字音頻卷積處理器FDP1加”。
另一方面，也需要有一種再現(xiàn)聲音的簡(jiǎn)單而便宜的方法和設(shè)備，現(xiàn)在對(duì)其加以描述。
圖10(a)是瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的幅度在時(shí)基上的對(duì)數(shù)表示，該信號(hào)是通過(guò)與產(chǎn)生如圖7(b)所示的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)相同的方法產(chǎn)生的。圖10(b)是瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的能量在時(shí)基上的對(duì)數(shù)表示，該信號(hào)是通過(guò)與產(chǎn)生如圖7(b)所示的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)相同的方法產(chǎn)生的。在以下的描述中，瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的離散時(shí)間間隔被設(shè)定為20.8微秒，對(duì)應(yīng)于48KHz的取樣次數(shù)，而再現(xiàn)中的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為1.3秒，以使瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)取樣次數(shù)的總數(shù)在時(shí)基上設(shè)定為65,536次。這里，65,536個(gè)取樣次數(shù)的每一次均被其取樣號(hào)碼(即取樣編號(hào))識(shí)別。
在圖10(a)中，在聲源產(chǎn)生瞬時(shí)信號(hào)時(shí)的時(shí)間被定義為取樣No.0，表明取樣No.0之后的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的波形。從圖10(a)可見(jiàn)，主要脈沖都集中在曲線(xiàn)的前半部直至接近取樣No.4000。另一方面，從圖10(b)可見(jiàn)，在取樣No.65,536曲線(xiàn)在時(shí)基上的瞬時(shí)響應(yīng)中的衰減標(biāo)明在60dB左右。所以，雖然瞬時(shí)響應(yīng)中的衰減取決于空間的大小、限定空間墻壁的材料和類(lèi)似因素，顯而易見(jiàn)，持續(xù)時(shí)間為1.3秒已充分滿(mǎn)足本發(fā)明的目的。
圖11(a)表示圖10(a)所示的從取樣No.0至No.4096范圍內(nèi)波形的放大視圖。由圖11(a)可見(jiàn)，直至4,000左右的取樣號(hào)仍有主要脈沖。在這些主要脈沖中，幅度特別大的脈沖存在于更有限的范圍內(nèi)。所以，僅取出圖10(a)所示特性的那些脈沖，以便產(chǎn)生另一個(gè)新的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，如圖11(b)所示。然后，用如此取出的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)聲音再現(xiàn)中作為圖9所示的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)83，證實(shí)合成或再現(xiàn)的聲音為三維聲音。
由以上事實(shí)，顯然帶有足夠大的的幅度的脈沖能到達(dá)聽(tīng)者耳朵，在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，能刺激聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)。與諸如僅按指數(shù)模式衰減并廣泛用于產(chǎn)生三維混響效果的回聲之類(lèi)的混響相反，上述脈沖能使聽(tīng)者欣賞三維的空間特性和在其內(nèi)固有的空間感。所以，通過(guò)再現(xiàn)這樣的特性部分，可以再現(xiàn)在再現(xiàn)空間內(nèi)預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)(即聽(tīng)音點(diǎn))檢測(cè)到的聲音特性，被檢測(cè)的聲音仿佛就是在該空間產(chǎn)生的。另一方面，除上述特性脈沖外的其余脈沖用作對(duì)聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)中特性脈沖的補(bǔ)充要素，因而不必以與特性脈沖相比的高精度再現(xiàn)。
再有，通過(guò)采用包括正脈沖和負(fù)脈沖(負(fù)脈沖跟在正脈沖之后)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)可以辨認(rèn)真實(shí)的空間圖象。實(shí)際上，由于負(fù)脈沖代表邊界的間斷部分，通過(guò)采用負(fù)脈沖，可以去掉瞬時(shí)響應(yīng)頻率中的分量，也可以使聽(tīng)者辨認(rèn)空間的三維形狀，特別是其斷斷續(xù)續(xù)的邊界，如從上述方程2和3所見(jiàn)。換言之，這些負(fù)脈沖是由邊界的預(yù)定部分，或限定三維空間的墻壁表面(該部分包括邊界間所形成的凹形交叉區(qū))和邊界的材料有變化的某些邊界區(qū)產(chǎn)生的。認(rèn)為這些負(fù)脈沖在聽(tīng)覺(jué)上給出空間的實(shí)象。所以，在三維聲音的再現(xiàn)中讓負(fù)脈沖與對(duì)應(yīng)的正脈沖一起再現(xiàn)是至關(guān)重要的。
如上所述，借助于提取瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的特性脈沖；以及使用如此提取的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的特性脈沖再現(xiàn)聲音的特征部分，可以辨認(rèn)空間內(nèi)聲音的聲學(xué)特性的實(shí)質(zhì)部分。另外，借助于從大量的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)中提取用于制備新的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的數(shù)據(jù)，可以顯著減少數(shù)據(jù)處理中的負(fù)載(即待相加的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)的數(shù)目)。
對(duì)于在瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的這些部分，最好通過(guò)以下程序(1)～(6)去除或取樣特征部分過(guò)程(1)按脈沖幅度最大值(即絕對(duì)值)的順序來(lái)取樣瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的特征部分。此過(guò)程(1)容易完成。在過(guò)程(1)中，送到聽(tīng)眾聽(tīng)覺(jué)的聲學(xué)模擬量由脈沖幅度大小代表。在此取樣中，為防止待取樣的脈沖數(shù)量無(wú)限增加，可以將待取樣的脈沖數(shù)量限制在預(yù)定數(shù)量。另一方面，也可以設(shè)定預(yù)定的閾值，僅讓幅度超過(guò)閾值的脈沖被取樣。
過(guò)程(2)在圖11(b)所示的曲線(xiàn)中，預(yù)先設(shè)定一預(yù)定閾值。然后，按時(shí)間順序，在對(duì)應(yīng)于曲線(xiàn)時(shí)基原點(diǎn)的時(shí)間產(chǎn)生聲音的條件下，僅取樣其幅度的絕對(duì)值超過(guò)閾值的脈沖。過(guò)程(2)可以有效地應(yīng)用于聲音出現(xiàn)的開(kāi)始區(qū)特別重要的那些情況，即不使用達(dá)不到閾值的脈沖。
過(guò)程(3)在過(guò)程(3)，當(dāng)過(guò)程(2)實(shí)施的取樣數(shù)量到達(dá)預(yù)定數(shù)量時(shí)，該脈沖的取樣操作結(jié)束。所以，過(guò)程(3)對(duì)中央處理單元(即CPU)加算數(shù)量的容量有限的情況特別有用。
過(guò)程(4)對(duì)每個(gè)信號(hào)組的脈沖，選擇幅度最大的脈沖，并定義為第一脈沖。在圖12(a)所示的實(shí)例中，不同于其余信號(hào)的信號(hào)90，形成信號(hào)組90。圖12(b)表示在時(shí)基上放大的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)曲線(xiàn)圖。從圖12(b)可見(jiàn)，在范圍從取樣No.1024-2000左右的區(qū)域內(nèi)存在離散的脈沖峰點(diǎn)。根據(jù)取樣定時(shí)，這些脈沖間的時(shí)間間隔可經(jīng)常低于聽(tīng)者聽(tīng)覺(jué)不能覺(jué)察的預(yù)定值。所以不必再現(xiàn)或取樣所有的脈沖峰點(diǎn)。換言之，取樣這些脈沖峰點(diǎn)之一已經(jīng)足夠，該峰點(diǎn)足以能使聽(tīng)者的聽(tīng)覺(jué)覺(jué)察到。例如，從熟知的“Haas”效應(yīng)可見(jiàn)，當(dāng)這些信號(hào)以10微秒和類(lèi)似的在時(shí)基曲線(xiàn)上的很短的時(shí)間間隔相互分開(kāi)時(shí)，聽(tīng)者不可能區(qū)分出單個(gè)的信號(hào)。在此情況下，一個(gè)選中的脈沖可以是各脈沖串中的第一個(gè)峰值脈沖，或其中的最大脈沖。在圖12(c)的情況下，僅取樣各脈沖串中的第一個(gè)脈沖。
過(guò)程(5)可將上述過(guò)程(1)-(4)的每個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間限定在一預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度。至于在空間內(nèi)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)從聲源沿各方向發(fā)送的直達(dá)波在反射波上的疊加，確定作用于觀測(cè)點(diǎn)的聲音的幅度。在此情況下，在經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間周期后，使波源的能量衰減，以致不可能獲得足夠的脈沖峰值。例如，從圖10(a)和10(b)可見(jiàn)，對(duì)取樣No.65,530，在觀測(cè)點(diǎn)的能量衰減到達(dá)近似60dB.所以不必把脈沖取樣延續(xù)到取樣No.65,530。在上面，基于能量衰減確定過(guò)程(1)-(4)中每個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。也可以根據(jù)脈沖幅度的大小確定過(guò)程(1)-(4)中每個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。如圖10(a)和10(b)所示，幅度等于或大于0.005的脈沖的第一范圍在時(shí)基上基本延伸到取樣No.4.096。換言之，在超出取樣No.4,096的第二范圍內(nèi)沒(méi)有幅度等于或超過(guò)0.005的脈沖。因此，可僅在上面第一范圍內(nèi)對(duì)峰值脈沖取樣。
過(guò)程(6)在各用于取樣脈沖的上述過(guò)程(1)-(5)中，實(shí)際上最好將負(fù)峰值脈沖跟所對(duì)應(yīng)的正峰值脈沖一起取樣。如上所述，負(fù)峰值脈沖與所對(duì)應(yīng)的正峰值脈沖配合，可以再現(xiàn)其頻率分量還能使聽(tīng)者欣賞到三維的空間實(shí)象。
如上所述，有各式各樣的取樣脈沖過(guò)程。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D13，描述不用高性能的乘積之和計(jì)算器在上述脈沖取樣完成后，基于瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，簡(jiǎn)單再現(xiàn)聲音的本發(fā)明的設(shè)備。
如圖3所示，在本發(fā)明使用一簡(jiǎn)單型的乘積之和計(jì)算器100替代圖8所示的乘積之和計(jì)算器72的CPU76。簡(jiǎn)單型乘積之和計(jì)算器100包括多抽頭的延遲電路110、混響部120和均衡器130。
多抽頭延遲電路110包括一延遲線(xiàn)112、多個(gè)加權(quán)部114和多個(gè)加算部118。多個(gè)抽頭信號(hào)的多個(gè)輸出線(xiàn)115設(shè)在加算部118。該信號(hào)由延遲線(xiàn)112經(jīng)過(guò)加權(quán)部114傳送至加算部118的輸出線(xiàn)115。
多抽頭延遲電路110從輸入線(xiàn)75接收聲音信號(hào)，并基于預(yù)定延遲時(shí)間和幅度處理該信號(hào)，以便發(fā)送輸出信號(hào)?，F(xiàn)在使用經(jīng)對(duì)圖11(a)和11(b)所示的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)取樣后制備的新的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)描述多抽頭延遲電路110的功能。
待取樣的信號(hào)用參考標(biāo)號(hào)P1-P30(下文稱(chēng)作脈沖P1-P30)表示。所以脈沖總數(shù)是30。
在延遲線(xiàn)112中的設(shè)定對(duì)應(yīng)于由多個(gè)輸出線(xiàn)(即抽頭)115第一抽頭發(fā)送的脈沖P1位置的延遲時(shí)間。脈沖P1代表到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的直達(dá)聲，并對(duì)應(yīng)于取樣No.793。因而，脈沖P1的持續(xù)時(shí)間是793×1/48,000＝16.52毫秒。所設(shè)定的延遲線(xiàn)112接收來(lái)自輸入線(xiàn)75的信號(hào)，并在經(jīng)過(guò)所設(shè)定延遲時(shí)間后將信號(hào)發(fā)送至第一加權(quán)部114。
再有，設(shè)定待再現(xiàn)的信號(hào)幅度，并在加權(quán)部114受控。在此情況下，待再現(xiàn)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中的脈沖幅度是這樣設(shè)定的，使其大小相互成比例。更具體地講，在圖11(b)的情況下，脈沖P29的幅度最大。所以，脈沖P1是這樣設(shè)定的，使其接近脈沖P29的70％。其結(jié)果，在對(duì)應(yīng)于脈沖P1的第一加權(quán)部114中，對(duì)由延遲線(xiàn)112供給的信號(hào)按70％的加權(quán)比在其幅度中加權(quán)，并發(fā)送至第一輸出線(xiàn)115。
作為上述設(shè)定的結(jié)果，由輸入線(xiàn)75供給的輸入信號(hào)經(jīng)16.52毫秒之后從第一輸出線(xiàn)115發(fā)送。如此輸出的信號(hào)的幅度被加權(quán)為輸入信號(hào)幅度的70％，并用于脈沖P1的再現(xiàn)，這就使聽(tīng)者在聲音出現(xiàn)的16.52毫秒內(nèi)聽(tīng)到一種恰如來(lái)自其聲源的直達(dá)聲。
然后，對(duì)第二輸出線(xiàn)115進(jìn)行脈沖P2的設(shè)定。待設(shè)定的延遲時(shí)間是22.16(即1,064/48,000)毫秒。在此情況下，加權(quán)比是63％。由于這種設(shè)定，在自其聲源發(fā)出聲音的22.16微秒內(nèi)可使聽(tīng)者聽(tīng)到第一特性聲音。
按著與上述相同的方式，對(duì)每個(gè)余下的脈沖P3至P30進(jìn)行設(shè)定。至于對(duì)負(fù)脈沖，在上述幅度設(shè)定中，必須對(duì)這些負(fù)脈沖附加設(shè)定負(fù)指示。在完成這些設(shè)定后，在多抽頭延遲線(xiàn)110中，對(duì)應(yīng)于已針對(duì)單獨(dú)輸出線(xiàn)115設(shè)定的單獨(dú)延遲時(shí)間的信號(hào)被連續(xù)地從輸出線(xiàn)115發(fā)送。
通常，線(xiàn)75上的輸入信號(hào)是連續(xù)的聲音信號(hào)，如音樂(lè)等。所以，多抽頭延遲電路110設(shè)有加算部118，將從輸出線(xiàn)115在同一時(shí)間發(fā)送的所有信號(hào)全部相加，這是由于，例如當(dāng)經(jīng)過(guò)第二延遲時(shí)間后，從第二輸出線(xiàn)115發(fā)送跟在第一信號(hào)后的第二輸入聲音信號(hào)的同時(shí)，從第一傳輸出線(xiàn)115發(fā)送(經(jīng)第一延遲時(shí)間后)第一輸入聲音信號(hào)。所以，當(dāng)輸入信號(hào)的取樣頻率是48KHz時(shí)在每個(gè)取樣間隔，比如為1/48,000秒，將同時(shí)存在的脈沖P1-P30的信號(hào)全加起來(lái)。
另一方面，為使用線(xiàn)116上的輸出信號(hào)，使聽(tīng)者欣賞到更真實(shí)的聲場(chǎng)，最好使用混響部120以便把混響加到聲音中去?；祉懖?20可以是市售產(chǎn)品。在混響部120，以多抽頭延遲電路110中的每個(gè)取樣頻率處理過(guò)的信號(hào)隨時(shí)間指數(shù)衰減的方式將混響加到聲音中去。在此情況下，混響時(shí)間和混響的衰減特性根據(jù)實(shí)際所用的混響部120變化。所加的混響可以輕易地平滑被取樣的新的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)脈沖之間的間隙。再有，不必?fù)?dān)心取樣的特征脈沖會(huì)損害影像的聲音?；祉懙募尤雽?duì)上述從信號(hào)組中選取一個(gè)脈沖的過(guò)程(5)特別有效。
帶有混響的信號(hào)通過(guò)線(xiàn)117輸入到均衡器130。出現(xiàn)在線(xiàn)116、117上的信號(hào)僅包括取樣的類(lèi)脈沖特性信號(hào)，所以包括極其多的高頻分量。均衡器130用作低通濾波器，以去掉這些高頻分量，并控制發(fā)送到線(xiàn)77的輸出信號(hào)的頻率特性。
如上所述，在瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中的大量脈沖中，僅選擇和取樣特征脈沖，以通過(guò)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中有限數(shù)量脈沖的卷積計(jì)算，制備新的在空間中實(shí)現(xiàn)所謂的三維聲音再現(xiàn)的簡(jiǎn)單的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。所以，在本發(fā)明中，在三維虛擬空間的聲音再現(xiàn)中，可以使用一很簡(jiǎn)單的乘積之和計(jì)算器或普通的抽頭數(shù)量有限的抽頭/延遲系統(tǒng)。
現(xiàn)在，描述利用在現(xiàn)實(shí)空間設(shè)置的多個(gè)揚(yáng)聲器，在虛擬空間內(nèi)再現(xiàn)聲音中所用的產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的方法。產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的方法適合再現(xiàn)聲音的現(xiàn)實(shí)空間，并能使處在現(xiàn)實(shí)空間的聽(tīng)者欣賞到在虛擬空間再現(xiàn)的聲音。
圖15表示影劇院的平面圖，表明多個(gè)聽(tīng)眾席和按所謂Dolby環(huán)繞系統(tǒng)模式再現(xiàn)聲音所安排的多個(gè)揚(yáng)聲器。安排在圖15所示劇院中的揚(yáng)聲器數(shù)量是14個(gè)。這些揚(yáng)聲器由參考標(biāo)號(hào)SP1-SP14代表，并環(huán)繞聽(tīng)眾配置，如圖15所示。由揚(yáng)聲器SP1-SP14發(fā)送的聲音形成直達(dá)聲和來(lái)自墻壁反射聲。這些直達(dá)和反射聲到達(dá)聽(tīng)眾，能使聽(tīng)眾欣賞到影劇院原有的聲音。
為了真實(shí)再現(xiàn)這種聽(tīng)眾可欣賞的聲音，必須產(chǎn)生用作瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)分量的勢(shì)能，該勢(shì)能在聲音再現(xiàn)中到達(dá)聽(tīng)眾。產(chǎn)生這種勢(shì)能的方法之一與參照?qǐng)D7(a)和7(b)所描述的產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的方法相同。在此方法中，將影劇院中環(huán)繞聽(tīng)眾的墻壁定義為邊界。被這種邊界限定的空間形成虛擬空間。揚(yáng)聲器形成多個(gè)聲源，以便從這些揚(yáng)聲器來(lái)的聲音在所限定的虛擬空間中傳播作用于聽(tīng)眾。所以，通過(guò)計(jì)算上述勢(shì)能，確定作用于聽(tīng)眾的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，可以得到與實(shí)際作用于影劇院中聽(tīng)眾的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)相同的勢(shì)能。
例如，在圖15中來(lái)自揚(yáng)聲器SP1作用于聽(tīng)者P的直達(dá)聲的聲輻射線(xiàn)向量用參考標(biāo)號(hào)D0代表；入射到對(duì)應(yīng)于墻壁W的邊界的入射聲輻射線(xiàn)向量用參考標(biāo)號(hào)D1代表；以及入射到聽(tīng)者P的速度勢(shì)能用參考標(biāo)號(hào)Φ代表。該速度勢(shì)能Φ形成全部瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)分量，這是從被邊界上如圖5(b)所示的微面積反射的入射聲輻射線(xiàn)向量D1得到的。
現(xiàn)在，描述在現(xiàn)實(shí)空間中的影劇院的聲音再現(xiàn)。通過(guò)在現(xiàn)實(shí)空間中形成的聲場(chǎng)中合成產(chǎn)生影劇院的三維虛擬聲場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)這種聲音再現(xiàn)。附帶說(shuō)明，將在現(xiàn)實(shí)空間如此合成產(chǎn)生的聲場(chǎng)在下文稱(chēng)作合成聲場(chǎng)。
虛擬空間是這樣疊置在現(xiàn)實(shí)空間上的，使現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的聽(tīng)者的位置與虛擬空間內(nèi)的聽(tīng)眾位置一致。圖16(a)所示的是一現(xiàn)實(shí)空間144。將現(xiàn)實(shí)空間144內(nèi)的聽(tīng)者142的位置疊置在圖15所示的聽(tīng)眾P的位置上。在現(xiàn)實(shí)空間144內(nèi)配置的是由參考標(biāo)號(hào)140a、140b、140c和140d代表的四部揚(yáng)聲器。如圖16(a)所示，聽(tīng)者142被這些揚(yáng)聲器環(huán)繞。假定，基于作用于圖15所示的聽(tīng)眾的勢(shì)能的聲音可以借助這四部揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d再現(xiàn)。則聽(tīng)者能欣賞到虛擬空間的聲音。附帶說(shuō)明，聽(tīng)者142的相對(duì)位置和揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d相互間的相對(duì)位置僅是在現(xiàn)實(shí)空間的設(shè)定中需要的。基于這些相對(duì)位置信息，產(chǎn)生與虛擬空間相關(guān)的合成聲場(chǎng)。
在圖16(a)和16(b)中，詳細(xì)地表明了圖15所示的勢(shì)能“Φ(1，1)”。該勢(shì)能“Φ(1，1)”被分為分配給單個(gè)揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d的多個(gè)部分。如圖16(a)所示，由于勢(shì)能“Φ(1，1)”通過(guò)揚(yáng)聲器140a和140b間的空間到達(dá)聽(tīng)者142，該勢(shì)能“Φ(1，1)”被分為分配給揚(yáng)聲器140a、140b的兩部分。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D16(b)，描述分割勢(shì)能“Φ(1，1)”的方法。
在圖16(b)中直線(xiàn)a-a′通過(guò)揚(yáng)聲器140a的中心和聽(tīng)者142的中心，而直線(xiàn)b-b′通過(guò)揚(yáng)聲器140b的中心和聽(tīng)者142的中心。直線(xiàn)a-a′與直線(xiàn)b-b′在勢(shì)能“Φ(1，1)”的端點(diǎn)“Φe”相交。勢(shì)能的起始點(diǎn)為“Φb”。讓直線(xiàn)a-a′、b-b′之一平行于原始位置移動(dòng)，形成直線(xiàn)c-c′，與直線(xiàn)a-a′、b-b′中的另一直線(xiàn)相交于點(diǎn)G。在此情況下，直線(xiàn)“Φb”-G形成其勢(shì)能平行于直線(xiàn)a-a′的向量，該勢(shì)能被用于揚(yáng)聲器140a。另一方面，直線(xiàn)G-“Φe”形成其勢(shì)能平行于直線(xiàn)b-b′的向量，該勢(shì)能被用于揚(yáng)聲器140b。
對(duì)所有的勢(shì)能進(jìn)行上述的這種分割操作，能把作用于聽(tīng)眾的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)分成分配給四部揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d的多個(gè)部分。附帶說(shuō)明，這里所用的勢(shì)能雖然是通過(guò)近似聲音積分確定的，但也可使用通過(guò)另一種合適的計(jì)算法確定的勢(shì)能。另外，上述分割操作是一種常規(guī)的對(duì)向量的數(shù)學(xué)分割操作。所以，即使在現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的揚(yáng)聲器是三維配置的情況下，當(dāng)每一勢(shì)能通過(guò)由三部揚(yáng)聲器限定的空間時(shí)，通過(guò)對(duì)向量進(jìn)行三維數(shù)學(xué)分割操作，可以確定單個(gè)揚(yáng)聲器的勢(shì)能。
然后，參照?qǐng)D17描述采用將分配單個(gè)揚(yáng)聲器的勢(shì)能相加所制備的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)來(lái)再現(xiàn)真實(shí)聲音的方法。
圖17所示的是帶有14個(gè)Dolby環(huán)繞輸出聲道SP1～SP14的聲音輸出單元150；帶有卷積計(jì)算功能包括A/D變換器和D/A變換器的56個(gè)乘積之和計(jì)算器152；將來(lái)自乘積之和計(jì)算器的輸出混合，以制備供給單個(gè)揚(yáng)聲器的信號(hào)的混合器154；用于各個(gè)揚(yáng)聲器的四個(gè)放大器156；以及四個(gè)揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d。附帶說(shuō)明，在現(xiàn)實(shí)空間144，在聽(tīng)者前方還設(shè)有一部用來(lái)再現(xiàn)電影畫(huà)面的電視機(jī)142。
從圖15所示用于聲音輸出單元150的聲道SP1的揚(yáng)聲器發(fā)送的聲音以各種模式在虛擬空間內(nèi)傳播，通過(guò)其各種速度勢(shì)能作用于聽(tīng)眾P。在此情況下，每種勢(shì)能均分配給四部揚(yáng)聲器中的每一個(gè)，如參照?qǐng)D16(a)所描述的。所以，就每個(gè)揚(yáng)聲器而論將分配給四個(gè)揚(yáng)聲器的這種勢(shì)能相加，以便制備用于單個(gè)揚(yáng)聲器的四部分瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)并分別存貯于第1～第4乘積之和計(jì)算器152。如在上述聲道SP1中那樣，在聲音輸出單元150的每個(gè)其余的聲道SP2～SP14中，設(shè)置用于單個(gè)揚(yáng)聲器的四部乘積之和計(jì)算器152。所以，用于再現(xiàn)所有瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的乘積之和計(jì)算器的必要數(shù)量是56，因?yàn)?4×4＝56，其中的14是虛擬空間中聲源即揚(yáng)聲器的數(shù)目；而4用于聲音再現(xiàn)的實(shí)際揚(yáng)聲器的數(shù)目。
根據(jù)先前參照?qǐng)D8和9所描述的過(guò)程，在這些計(jì)算器152中處理由聲音輸出單元150發(fā)送到乘積之和計(jì)算器152的輸出信號(hào)，并作為虛擬聲音信號(hào)由此發(fā)出。然后使從乘積之和計(jì)算器152發(fā)出的虛擬聲音信號(hào)輸入到混合器154，并在此經(jīng)受用于單個(gè)揚(yáng)聲器的混合操作。之后，將經(jīng)過(guò)混合操作的聲音信號(hào)由混合器154發(fā)送到放大器156，并在此被放大。將如此放大的聲音信號(hào)從放大器156供給單個(gè)揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d，如圖17所示，以便由這些揚(yáng)聲器再現(xiàn)聲音。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，聽(tīng)者142可以欣賞到Dolby環(huán)繞模式的聲音，仿佛他就在影劇院。在本發(fā)明的上述實(shí)施方案中，使用四部再現(xiàn)聲音的揚(yáng)聲器。然而，本發(fā)明也可以使用任何其它所希望數(shù)目，如2、8聲道或更多聲道的揚(yáng)聲器。還有，在本發(fā)明的上述實(shí)施方案中，雖然揚(yáng)聲器是按平面配置的，即二維布置，本發(fā)明也可以三維配置揚(yáng)聲器，分配到按三維配置的每個(gè)揚(yáng)聲器的是作用于觀測(cè)點(diǎn)的速度勢(shì)能的一部分，各部分是通過(guò)分割速度勢(shì)能制備的。如上所述，可通過(guò)對(duì)向量進(jìn)行眾所周知的數(shù)學(xué)分割完成速度勢(shì)能的分割。
附帶說(shuō)明，實(shí)際執(zhí)行在乘積之和計(jì)算器152中進(jìn)行的卷積計(jì)算的中央處理單元可以使用圖13所示的更便宜的多抽頭延遲電路110替代。借助使用這種便宜的多抽頭延遲電路110，使聽(tīng)者在家中即可欣賞到影劇院中Dolby環(huán)繞模式的聲音。
如上所述，為借助于現(xiàn)實(shí)空間的揚(yáng)聲器(下文稱(chēng)作再現(xiàn)揚(yáng)聲器)再現(xiàn)影劇院或類(lèi)似大廳中的聲音，必須把所希望的影劇院和類(lèi)似大廳定義為虛擬空間；為每個(gè)現(xiàn)實(shí)空間的再現(xiàn)揚(yáng)聲器確定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，該瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)是從由影劇院的揚(yáng)聲器(下文稱(chēng)作裝配揚(yáng)聲器，以區(qū)別再現(xiàn)揚(yáng)聲器)在聲源產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)得到的，使聽(tīng)者感受到瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；以及對(duì)分配給單個(gè)系統(tǒng)揚(yáng)聲器的立體聲或Dolby環(huán)繞聲信號(hào)執(zhí)行卷積計(jì)算。以上適用于借助現(xiàn)實(shí)空間的再現(xiàn)揚(yáng)聲器的聲音再現(xiàn)，以便使聽(tīng)者在家中能欣賞到在虛擬空間的影劇院和類(lèi)似大廳中的聲音。
另外，本發(fā)明在制備新的聲源方面也是有效的。例如，在電影場(chǎng)景中，為了再現(xiàn)作用于在其聲音是由人、動(dòng)物和其它作用于聽(tīng)者的對(duì)象引起的聲學(xué)環(huán)境中欣賞電影的聽(tīng)者的聲音，必須將這種電影場(chǎng)景定義為虛擬空間；將在聲學(xué)環(huán)境中的人、動(dòng)物和其它對(duì)象的位置定義為聲源在虛擬空間的位置；以及將與上面描述的相同的合成過(guò)程施加于與現(xiàn)實(shí)空間相關(guān)的虛擬空間。圖18(a)表示當(dāng)用配置在上述的影劇院和類(lèi)似大廳的虛擬空間中的揚(yáng)聲器作聲源時(shí)，再現(xiàn)揚(yáng)聲器140a～140d和現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的聽(tīng)者間的位置關(guān)系。圖18(b)表示當(dāng)電影場(chǎng)景在以人和動(dòng)物作聲源的聲學(xué)環(huán)境的虛擬空間中形成時(shí)，再現(xiàn)揚(yáng)聲器140a～140d和現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的聽(tīng)者間的位置關(guān)系。
圖18(a)和圖18(b)間的不同之處在于，圖18(a)中的虛擬空間的聲源是固定裝配的揚(yáng)聲器，而圖18(b)中的虛擬空間的聲源是可移動(dòng)的人和動(dòng)物。然而，由于任何一個(gè)固定裝配的揚(yáng)聲器和可移動(dòng)的人和動(dòng)物都可形成虛擬空間的聲源，可以按圖18(a)和18(b)所示的情況實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。至于每個(gè)可移動(dòng)的聲源，諸如虛擬空間中的人和動(dòng)物，必須在每個(gè)所希望的時(shí)間間隔計(jì)算每個(gè)這種可移動(dòng)的聲源在虛擬空間中的位置，以確定每個(gè)所希望時(shí)間間隔的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，該瞬時(shí)呼應(yīng)信號(hào)來(lái)源于計(jì)算的位置上所產(chǎn)生并作用于聽(tīng)者的聲音。所以，在本發(fā)明中，在每個(gè)所希望的時(shí)間間隔確定其勢(shì)能；然后基于如此確定的勢(shì)能，根據(jù)上述處理，在每個(gè)所希望的時(shí)間間隔產(chǎn)生瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。這里至關(guān)重要的事項(xiàng)是在本發(fā)明中應(yīng)用可移動(dòng)的聲源可實(shí)現(xiàn)已為人注目的計(jì)算機(jī)制圖再現(xiàn)逼真聲音的裝置，在未來(lái)的電影生產(chǎn)過(guò)程中可以自動(dòng)產(chǎn)生和編輯聲音。
本發(fā)明還提供一動(dòng)態(tài)聲音，這對(duì)改變多個(gè)虛擬空間是更有效的?，F(xiàn)在，將描述在根據(jù)電影場(chǎng)景改變多個(gè)虛擬空間中聲音再現(xiàn)的方法，但也不限于影院的虛擬空間。
圖19表示隨時(shí)間變化的聲學(xué)虛擬空間158和在該聲學(xué)虛擬空間158內(nèi)的現(xiàn)實(shí)空間144之間關(guān)系。更具體地講，在時(shí)間T1，現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的聽(tīng)者142將其自身基本上置于長(zhǎng)方形的虛空間中部，在現(xiàn)實(shí)空間144按如下方式與虛擬空間158相結(jié)合的條件下，裝配于聽(tīng)者142所在的現(xiàn)實(shí)空間144的四個(gè)揚(yáng)聲器140a、140b、140c、140d再現(xiàn)從環(huán)繞現(xiàn)實(shí)空間144的虛擬空間158發(fā)出的聲音。另一方面，在時(shí)間T2，現(xiàn)實(shí)空間144與由墻壁環(huán)繞的假定平面視圖基本上為方形的，虛擬空間的角部相結(jié)合。最后，在時(shí)間T3，現(xiàn)實(shí)空間與有相當(dāng)高度的虛擬空間的上部相結(jié)合。上述虛擬空間是根據(jù)電影場(chǎng)景設(shè)定的。如上所述，當(dāng)現(xiàn)實(shí)空間與虛擬空間所希望的部分相結(jié)合，所希望部分隨時(shí)間變化時(shí)，可以讓處在現(xiàn)實(shí)空間的聽(tīng)者欣賞到最適合于每個(gè)電影場(chǎng)景的最佳聲音。所以，例如，在大草原和類(lèi)似場(chǎng)景的廣闊電影場(chǎng)景中，可以通過(guò)與廣闊電影場(chǎng)景一起再現(xiàn)的聲音，讓聽(tīng)者欣賞到廣闊的感覺(jué)。在另一情況下，例如，也可以按如下方式生產(chǎn)電影電影場(chǎng)景變得越重要，虛擬空間被放得越大，產(chǎn)生其混響效果，以增加場(chǎng)景的重要性。
圖20表示根據(jù)電影場(chǎng)景再現(xiàn)聲音的設(shè)備的方框圖。在圖20所示的設(shè)備中，將包括聲音信號(hào)和與聲音信號(hào)同步的同步信號(hào)信息的輸入信號(hào)72輸入至設(shè)備的輸入部160。使用有關(guān)同步信號(hào)的信息，使再現(xiàn)的聲音與電影場(chǎng)景同步。在輸入部160，將輸入信號(hào)172解調(diào)或在預(yù)定頻帶內(nèi)的頻率中取樣，以得到聲音信號(hào)180和同步信號(hào)174，將二者分開(kāi)并被輸入到D/A變換器168和控制部162。在圖20中用虛線(xiàn)表達(dá)D/A變換器168，是因?yàn)楫?dāng)輸入信號(hào)172是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，需要表示不需要的D/A變換器168。另一方面，根據(jù)輸入到控制部162的同步信號(hào)174，控制部162給存儲(chǔ)器部164和中央處理單元部166發(fā)出控制信號(hào)176。預(yù)先存貯在存儲(chǔ)器部164的是被中央處理單元部166使用的多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。在這些瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中，從存儲(chǔ)器部164取回由控制部162發(fā)出的控制信號(hào)指定的那一個(gè)，以便實(shí)時(shí)地從存儲(chǔ)器部164發(fā)出依賴(lài)于電影場(chǎng)景的一預(yù)定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)178。附帶說(shuō)明，在上面指定一預(yù)定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的方法中，例如，也可以隨著同步信號(hào)的出現(xiàn)連續(xù)取回瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。另一方式，也可以使用包括識(shí)別一預(yù)定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的地址信息的同步信號(hào)，通過(guò)地址信息來(lái)指定預(yù)定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。在中央處理單元部166，根據(jù)控制部162發(fā)出的控制信號(hào)176，設(shè)定另外發(fā)出的一個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)178。該中央處理單元部166有兩種功能基本上與圖8所示的中央處理單元部76相同的卷積計(jì)算功能和根據(jù)控制信號(hào)176設(shè)定存儲(chǔ)器部164發(fā)出的任意一個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)178的設(shè)定功能。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員用市售的DSP(即數(shù)字信號(hào)處理器)很容易實(shí)現(xiàn)設(shè)定功能和卷積計(jì)算功能。在中央處理單元部166中，其內(nèi)早已設(shè)定了預(yù)定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)上面參照?qǐng)D8和9早已描述的過(guò)程，基于瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，對(duì)數(shù)字聲音信號(hào)182進(jìn)行卷積計(jì)算。然后將經(jīng)過(guò)卷積計(jì)算得到的合成信號(hào)從中央處理單元部166發(fā)送到A/D變換器170，如圖20所示。所以，由A/D變換器170發(fā)出的聲音再現(xiàn)信號(hào)186代表根據(jù)每一電影場(chǎng)景設(shè)定的對(duì)應(yīng)于虛擬空間的聲音。然后將該聲音再現(xiàn)信號(hào)186(下文也稱(chēng)作虛擬空間聲音)通過(guò)放大器發(fā)送到揚(yáng)聲器，以便再現(xiàn)聲音，使聽(tīng)者欣賞對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的電影場(chǎng)景的聲音。
雖然上面所描述的是對(duì)應(yīng)于隨時(shí)間變化的虛擬空間的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的設(shè)定，很顯然，本發(fā)明也適用于另一種瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)自身能與虛擬空間一起變化的情況，如聲源隨時(shí)間移動(dòng)的情況。
附帶說(shuō)明，在目前廣泛使用的影視盤(pán)LD及類(lèi)似帶中，沒(méi)有同步信號(hào)。所以，在此情況下的圖象重現(xiàn)中，從圖象重現(xiàn)開(kāi)始時(shí)計(jì)時(shí)，以便由控制部162控制預(yù)先存貯的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，使之根據(jù)隨計(jì)時(shí)變化的電影場(chǎng)景，從存儲(chǔ)器部164發(fā)送到中央處理單元部166。所以，在此情況下，輸入部160可以被省去。換言之，將在圖象重現(xiàn)開(kāi)始時(shí)所產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)輸入到控制部162，以使控制部162根據(jù)觸發(fā)信號(hào)開(kāi)始計(jì)時(shí)。在經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間周期后，控制部162將控制信號(hào)發(fā)送到存儲(chǔ)器部164和中央處理單元部166。
至于上面的存貯在存儲(chǔ)器部或裝置164中的各種瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，在從遠(yuǎn)距離經(jīng)信號(hào)傳送再現(xiàn)視頻信號(hào)的情況下，很顯然，在頻信傳送之前已將瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)傳送給存儲(chǔ)器部164。
根據(jù)未來(lái)多媒體的開(kāi)發(fā)，數(shù)字電視廣播的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)間通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮/編碼的視頻/伴音信號(hào)傳送和接收技術(shù)的開(kāi)發(fā)，可以適當(dāng)改善輸入部160的設(shè)計(jì)。例如，可以相對(duì)于ISO標(biāo)準(zhǔn)中的MPEG2標(biāo)準(zhǔn)將輸入部160作如下的改變。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D22來(lái)描述使用MPEG2標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳送原理。將視頻信號(hào)和伴音信號(hào)分別輸入到各自發(fā)送編碼信號(hào)的不同編碼器。將每個(gè)編碼信號(hào)分組，以便于其分組傳輸?shù)組PEG2的傳送/流信號(hào)(TS)多路復(fù)用單元和MPEG2的程序/流信號(hào)(PS)多路復(fù)用單元，由每個(gè)單發(fā)送一實(shí)際的流信號(hào)(TS或PS)。TS分組的結(jié)構(gòu)包括分組標(biāo)題；適配字段(adaptationfield)和/或分段負(fù)載(bayload)(即數(shù)據(jù)部分)。適配字段包括時(shí)間信息，即稱(chēng)作PCR(即程序時(shí)鐘基準(zhǔn))的程序標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。另一方面，將分段負(fù)載用于發(fā)送各種數(shù)據(jù)。所以，借助使用適配字段和分段負(fù)載(即數(shù)據(jù)部分)，可以使用同步信號(hào)，使之可以實(shí)現(xiàn)上述的同步控制。附帶說(shuō)明，在此情況下，由于輸入信號(hào)是分組的流信號(hào)，當(dāng)然需要使用解碼實(shí)際視頻信號(hào)的功能，也需將同步信號(hào)分開(kāi)，這可根據(jù)傳送協(xié)定通過(guò)適當(dāng)改變解碼/取樣控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。換言之，本發(fā)明之特征在于，通過(guò)依據(jù)電影每個(gè)場(chǎng)景隨時(shí)間任意改變虛擬空間，本發(fā)明提供信息更生動(dòng)的聲學(xué)部分，因而不限于圖20所示的方框圖。
也可以使用圖21所示的方框圖，只要它能到達(dá)本發(fā)明的目的。圖20和圖21所示的方框圖之間的不同點(diǎn)在于，后者無(wú)存儲(chǔ)器部，以致瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)178從控制部162直接發(fā)送到中央處理單元部166。在此情況下，通過(guò)由廣播電臺(tái)，卡拉OK控制臺(tái)，圖像CD等發(fā)送的包括視頻信號(hào)和聲音信號(hào)的輸入信號(hào)192，經(jīng)輸入部160接收每一電影場(chǎng)景的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。在輸入部160，將所接收的輸入信號(hào)192分為聲音信號(hào)180和另一包括瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)178的信號(hào)194，以便通過(guò)在由控制部162發(fā)送到中央處理單元部166的控制信號(hào)176執(zhí)行的控制下的控制部162，將瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)178供給中央處理單元部166并在其內(nèi)設(shè)定。
附帶說(shuō)明，圖20和21所示的中央處理單元166也可以用適當(dāng)?shù)呐c如圖13所示的具有簡(jiǎn)化的功能的，可按簡(jiǎn)易方式廉價(jià)實(shí)現(xiàn)三維聲音再現(xiàn)的中央處理單元部100具有相同卷積計(jì)算功能的裝置替代。所以，本發(fā)明可以提供家用的消費(fèi)品。特別是由于在家用視頻設(shè)備和計(jì)算機(jī)中伴隨移動(dòng)畫(huà)面的伴音輸出，是雙聲道模式，用設(shè)有八部乘積之和計(jì)算器的中央處理單元部166由四支揚(yáng)聲器可再現(xiàn)伴音，計(jì)算器的數(shù)量明顯少于圖13所示的乘積之和計(jì)算器的數(shù)量(56部)，所以，可將本發(fā)明應(yīng)用到消費(fèi)品中。
權(quán)利要求
1.一種聲音模擬方法，用于當(dāng)由位于任意設(shè)定的虛擬空間中的任意位置的聲源所產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)以波動(dòng)方式在所述虛擬空間傳播時(shí)，確定作用于預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，其特征在于包括以下各步驟用多個(gè)在所述聲源的所述位置產(chǎn)生的并由此在所述虛擬空間的所有方向輻射的聲輻射線(xiàn)向量代表所述瞬時(shí)信號(hào)；以及每當(dāng)每個(gè)所述聲輻射線(xiàn)向量被所述邊界所述部分反射并繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，確定從限定所述虛擬空間邊界的一部分到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能。
2.一種聲音模擬方法，用于當(dāng)由位于任意設(shè)定的虛擬空間中的任意位置的聲源所產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)以波動(dòng)方式在所述虛擬空間傳播時(shí)，確定作用于預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，其特征在于包括以下各步驟用多個(gè)在所述聲源的所述位置產(chǎn)生的并由此在所述虛擬空間的所有方向輻射的聲輻射線(xiàn)向量代表所述瞬時(shí)信號(hào)；每當(dāng)所述聲輻射線(xiàn)向量入射到限定所述虛擬空間的邊界的一部分并由此反射時(shí)存貯傳播沿革數(shù)據(jù)，所述傳播沿革數(shù)據(jù)包括所述聲輻射線(xiàn)的入射數(shù)據(jù)和反射數(shù)據(jù)以及所述邊界的所述部分的數(shù)據(jù)；以及基于所述傳播沿革數(shù)據(jù)和所述邊界的每塊區(qū)域，確定從所述邊界的每個(gè)所述部分到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能，所述區(qū)域是被所述邊界的所述部分的所述聲輻射線(xiàn)向量每個(gè)入射和反射聲輻射線(xiàn)向量占據(jù)。
3.如權(quán)利要求1或2記述的聲音模擬方法，其特征在于提供一形成為時(shí)陣列數(shù)的存儲(chǔ)器部；以及在所述存儲(chǔ)器部?jī)?nèi)的所述陣列的各個(gè)部分中，被分配給由所述到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能引起的延時(shí)的單個(gè)部分通過(guò)一附加處理存貯所述勢(shì)能，以便按時(shí)序模式確定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。
4.一種聲音模擬方法，包括以下各步驟(a)設(shè)定一任意虛擬空間；(b)設(shè)定一預(yù)定的在其內(nèi)設(shè)有多個(gè)揚(yáng)聲器的現(xiàn)實(shí)空間；(c)在所述現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)的聽(tīng)音點(diǎn)上疊置所述虛擬空間內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)；(d)在經(jīng)歷對(duì)應(yīng)于在所述虛擬空間內(nèi)的聲源所產(chǎn)生并在其中傳播的瞬時(shí)信號(hào)的延時(shí)后，確定作用于所述觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能(e)將所述朝向所述觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能分割為分配給設(shè)置在如此疊置的現(xiàn)實(shí)空間中的所述各個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)部分；以及(f)通過(guò)對(duì)所述勢(shì)能的所述部分求和來(lái)確定每個(gè)所述揚(yáng)聲器的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，以便對(duì)應(yīng)于所述延時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所記述的聲音模擬方法，其特征在于，所述步驟(d)是用于檢測(cè)如權(quán)利要求1或2記載的所述勢(shì)能的步驟。
6.如權(quán)利要求4所記述的聲音模擬方法，其特征在于，所述步驟(f)是對(duì)每個(gè)所述揚(yáng)聲器按時(shí)序模式通過(guò)下列各步驟來(lái)確定所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的步驟相對(duì)于每個(gè)所述揚(yáng)聲器提供多個(gè)所述形成為時(shí)序陣列的存儲(chǔ)器部；以及當(dāng)所述勢(shì)能到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于由所述勢(shì)能所引起的所述延時(shí)，在所述時(shí)序陣列中的所述存儲(chǔ)器部之一中相加并存貯分配給每個(gè)所述揚(yáng)聲器的所述勢(shì)能的所述部分；以及因而按時(shí)序模式確定每個(gè)所述揚(yáng)聲器的所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4～6任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于所述聲源包括多個(gè)聲源；以及對(duì)所述多個(gè)聲源的每一個(gè)確定每個(gè)所述揚(yáng)聲器的所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。
8.如權(quán)利要求4～7任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于將所希望的現(xiàn)存的大廳之一設(shè)定為所述虛擬空間；以及將所述聲源設(shè)定在安裝于所述大廳內(nèi)的所述揚(yáng)聲器的位置。
9.如權(quán)利要求4～7任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于所述虛擬空間的大小是可變的；以及對(duì)所述大小可變的虛擬空間的每個(gè)相位進(jìn)行所述步驟(d)～(f)。
10.如權(quán)利要求4～7任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于所述聲源的位置是可變的；以及對(duì)在其位置是可變的所述聲源的每個(gè)位置進(jìn)行所述步驟(d)～(f)。
11.如權(quán)利要求4～7任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于所述虛擬空間的大小是可變的；所述聲源存在于所述虛擬空間的每一相位并且其位置是可變的；以及對(duì)所述其位置是可變的并存在于所述大小可變的虛擬空間的每一相位中的所述聲源的每一位置進(jìn)行所述步驟(d)～(f)。
12.一種聲音模擬方法，其特征在于包括以下各步驟從代表一空間的聲學(xué)特性的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中取樣預(yù)定的信號(hào)脈沖；以及基于如此取樣的所述預(yù)定信號(hào)脈沖確定一新的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所記述的聲音模擬方法，其特征在于在所述取樣步驟中，多個(gè)所述預(yù)定信號(hào)脈沖是按所述脈沖的幅度峰值的絕對(duì)值遞增的順序從所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中取樣的。所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)在延遲的時(shí)基上是變化的。
14.如權(quán)利要求12所記述的聲音模擬方法，其特征在于在所述取樣步驟中，多個(gè)所述預(yù)定信號(hào)脈沖是按所述脈沖的幅度峰值的絕對(duì)值遞增的順序從所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中取樣的。所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)在延遲的時(shí)基上是變化的；以及對(duì)跟在正脈沖之后的負(fù)脈沖也進(jìn)行取樣的所述步驟。
15.如權(quán)利要求12所記述的聲音模擬方法，其特征在于在所述取樣步驟中，設(shè)定對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的每個(gè)脈沖的延時(shí)的閾值；以及在所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的所述脈沖中，對(duì)其幅度峰值的絕對(duì)值超過(guò)所述閾值的脈沖取樣。
16.如權(quán)利要求12所記述的聲音模擬方法，其特征在于在所述取樣步驟中，所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的所述脈沖被分割為預(yù)定數(shù)目的脈沖組；以及從每個(gè)所述脈沖組中至少取樣一個(gè)脈沖。
17.如權(quán)利要求12所記述的聲音模擬方法，其特征在于所述取樣步驟中，所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的所述脈沖被分割為預(yù)定數(shù)目的脈沖組；從每個(gè)所述脈沖組中至少取樣一個(gè)脈沖；以及也對(duì)跟隨如此取樣的所述一個(gè)脈沖之后的負(fù)脈沖取樣。
18.如權(quán)利要求12～17任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于僅對(duì)在預(yù)定時(shí)間周期之內(nèi)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行所述取樣步驟。
19.如權(quán)利要求12～18任意一項(xiàng)所記述的聲音模擬方法，其特征在于通過(guò)權(quán)利要求1～11的任意一項(xiàng)所記述的方法確定所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；以及然后對(duì)經(jīng)如此確定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行所述取樣步驟。
20.一種聲音再現(xiàn)的方法，包括使用通過(guò)權(quán)利要求1～19任意一項(xiàng)所記述的方法確定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生聲音的步驟。
21.一種聲音再現(xiàn)方法，包括以下各步驟設(shè)定通過(guò)權(quán)利要求12-19任意一項(xiàng)所記述的方法所確定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的每個(gè)脈沖的延時(shí)和每個(gè)所述脈沖相對(duì)幅值；在每一個(gè)所述延時(shí)根據(jù)所述相對(duì)幅值發(fā)送單獨(dú)的聲音信號(hào)，依次輸入所述聲音信號(hào)；以及將所述單獨(dú)的聲音信號(hào)一個(gè)個(gè)地加起來(lái)，制備一新的聲音信號(hào)，該信號(hào)被同時(shí)發(fā)送。
22.如權(quán)利要求21所記述的聲音再現(xiàn)方法，其特征在于該方法還包括對(duì)所述新的聲音信號(hào)的施加濾波步驟，以使所述新的聲音信號(hào)的預(yù)定頻率分量衰減。
23.如權(quán)利要求21所記述的聲音模擬方法，其特征在于該方法還包括將混響加進(jìn)所述新的聲音信號(hào)的步驟。
24.一種為再現(xiàn)聲音在乘積之和計(jì)數(shù)器中設(shè)定一瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的聲音再現(xiàn)的方法，其特征在于該法包括以下各步驟根據(jù)被再現(xiàn)的所述聲音產(chǎn)生多個(gè)所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；存貯所述多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；以及當(dāng)再現(xiàn)所述聲音時(shí)，在所述乘積之和計(jì)算器中根據(jù)所述聲音設(shè)定所存貯的所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。
25.一種為再現(xiàn)聲音在乘積之和計(jì)數(shù)器中設(shè)定一瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的聲音再現(xiàn)的方法，其特征在于該法包括以下各步驟根據(jù)被再現(xiàn)的所述聲音產(chǎn)生多個(gè)所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；存貯所述多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；向被再現(xiàn)的所述聲音的聲音信號(hào)加入同步信號(hào)；以及當(dāng)再現(xiàn)所述聲音信號(hào)時(shí)，在所述乘積之和計(jì)算器中，根據(jù)所加入的所述同步信號(hào)設(shè)定預(yù)定的所存貯的所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)之一。
26.一種聲音模擬設(shè)備，當(dāng)由位于任意設(shè)定的一空間內(nèi)的任意位置的聲源所產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)以波動(dòng)模式在所述空間傳播時(shí)，用于確定作用于一預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，其特征在于該設(shè)備包括第一存儲(chǔ)裝置，用于存貯多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量和限定所述空間的假設(shè)為多邊形的多個(gè)邊界中每一個(gè)的坐標(biāo)，所述聲輻射線(xiàn)向量從所述聲源位置輻射；以及一處理裝置，每當(dāng)每個(gè)所述聲輻射線(xiàn)向量被所述邊界的一部分反射并繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，用于對(duì)每個(gè)所述多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量確定勢(shì)能，所述勢(shì)能從限定所述空間的所述邊界的所述部分到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)。
27.一種聲音模擬設(shè)備，當(dāng)由位于任意設(shè)定的一空間內(nèi)的任意位置的聲源所產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)以波動(dòng)模式在所述空間傳播時(shí)，用于確定作用于一預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)，其特征在于該設(shè)備包括第一存儲(chǔ)裝置，用于存貯多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量和限定所述空間的假設(shè)為多邊形的多個(gè)邊界中每一個(gè)的坐標(biāo)，所述聲輻射線(xiàn)向量從所述聲源位置輻射；以及一處理裝置，每當(dāng)所述聲輻射線(xiàn)向量的每個(gè)入射向量和反射向量入射到所述邊界的一部分或從其反射并繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，用于確定傳播沿革數(shù)據(jù)，所述傳播沿革數(shù)據(jù)包括所述聲輻射線(xiàn)向量的所述入射向量和所述反射向量以及對(duì)所述聲輻射線(xiàn)向量的所述入射向量和所述反射向量而言的所述邊界的入射部分和反射部分；以及第二存儲(chǔ)裝置，用于存貯所述傳播沿革數(shù)據(jù)；因而所述處理裝置根據(jù)所述傳播沿革數(shù)據(jù)和所述邊界區(qū)域確定從所述邊界的所述入射部分到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能，該區(qū)域由所述邊界的所述入射部分和所述反射部分中的所述聲輻射線(xiàn)向量的入射向量和反射向量所占據(jù)。
28.如權(quán)利要求26或27所記述的聲音模擬設(shè)備，其特征在于該設(shè)備還包括具有時(shí)序陣列的第三存儲(chǔ)裝置，當(dāng)所述勢(shì)能到達(dá)所述觀測(cè)點(diǎn)時(shí)能對(duì)應(yīng)于由所述勢(shì)能引起的延時(shí)按時(shí)序模式相加和存貯勢(shì)能。
29.一種聲音再現(xiàn)裝置，包括一具有至少一個(gè)聲音輸出的聲音輸出裝置；至少一個(gè)乘積之和計(jì)算器，用于根據(jù)被設(shè)定的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行卷積計(jì)算，由所述聲音輸出發(fā)送的所述聲音信號(hào)，所述乘積之和計(jì)算器在數(shù)量上對(duì)應(yīng)于所述聲音輸出和至少一個(gè)揚(yáng)聲器；以及所述乘積之和計(jì)算器備有用于存貯多個(gè)所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)的存儲(chǔ)器部；因而所述多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)中的任意一個(gè)是從所述存儲(chǔ)器部取回的，并設(shè)定為所述聲音信號(hào)的所述卷積計(jì)算的操作中的一個(gè)參數(shù)。
30.一種聲音再現(xiàn)設(shè)備，用于通過(guò)對(duì)外部設(shè)備提供的聲音信號(hào)的處理，發(fā)送一種根據(jù)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)制備的新的聲音信號(hào)，其特征在于包括一輸入部，輸入一與聲音信號(hào)一起傳送的同步信號(hào)；一存儲(chǔ)器部，用于存貯多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；一乘積之和計(jì)算器，根據(jù)一組所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)對(duì)由所述外部裝置提供的所述聲音信號(hào)進(jìn)行卷積計(jì)算，以制備由所述乘積之和計(jì)算器發(fā)送的所述新的聲音信號(hào)；以及一控制部，用于從所述存儲(chǔ)器部取回預(yù)定的所述多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)之一，并根據(jù)所輸入的所述同步信號(hào)在所述乘積之和計(jì)算器內(nèi)設(shè)定所述預(yù)定信號(hào)；因而發(fā)送根據(jù)所述同步信號(hào)變化的所述聲音信號(hào)。
31.一種聲音再現(xiàn)設(shè)備，用于通過(guò)對(duì)外部設(shè)備提供的聲音信號(hào)的處理，發(fā)送一種根據(jù)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)制備的新的聲音信號(hào)，其特征在于包括一輸入部，輸入一與聲音信號(hào)一起傳送的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；一存儲(chǔ)器部，用于存貯多個(gè)瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；一乘積之和計(jì)算器，根據(jù)已在所述乘積之和計(jì)算器內(nèi)設(shè)定的所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)對(duì)由所述外部裝置提供的所述聲音信號(hào)進(jìn)行卷積計(jì)算，以制備由所述乘積之和計(jì)算器發(fā)送的所述新的聲音信號(hào)；以及一控制部，用于在所述乘積之和計(jì)算器內(nèi)設(shè)定已輸入的所述瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)；從而發(fā)送根據(jù)已輸入的所述聲音信號(hào)具有新的聲學(xué)特性新的聲音信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明聲音模擬能使聽(tīng)者在現(xiàn)實(shí)空間欣賞任意設(shè)定的虛擬空間的聲音。按本模擬,瞬時(shí)信號(hào)由多個(gè)聲輻射線(xiàn)向量代表;每當(dāng)聲輻射線(xiàn)向量從邊界反射并繼續(xù)傳播時(shí),確定與聲輻射線(xiàn)向量相關(guān)的勢(shì)能;以及通過(guò)對(duì)勢(shì)能求和確定瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。再有按本模擬:虛擬空間中的觀測(cè)點(diǎn)疊置在現(xiàn)實(shí)空間中的監(jiān)聽(tīng)點(diǎn)上;在經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)信號(hào)的延遲時(shí)間后確定作用于觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能;把朝向觀測(cè)點(diǎn)的勢(shì)能分割成分配給單個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)部分;以及對(duì)各勢(shì)能求和確定用于每個(gè)揚(yáng)聲器的瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)。
文檔編號(hào)G10K11/00GK1172320SQ9710081
公開(kāi)日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1997年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月4日
發(fā)明者淺山宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社泰姆韋爾