Síntesis local de un campo acústico por medio de un cuerpo virtual de difusión.

Procedimiento para la definición de las señales de excitación para la reproducción de un campo acústico y deseado en el interior de un ámbito local de los oyentes por medio de varios altavoces situados en posiciones exteriores al ámbito los oyentes

, con los siguientes pasos:

- definición de un campo acústico virtual difundido exteriormente al ámbito de los oyentes, que se crea con la difusión del campo acústico deseado en un cuerpo de difusión virtual con una geometría equivalente a la geometría del ámbito de los oyentes, poseyendo el cuerpo de difusión virtual condiciones marginales acústicamente blandas, acústicamente duras o mixtas;

- inversión del tiempo de las señales de campo acústico virtual difundido.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11181445.

Solicitante: DEUTSCHE TELEKOM AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: FRIEDRICH-EBERT-ALLEE 140 53113 BONN ALEMANIA.

Inventor/es: SPORS,SASCHA, HELWANI,KARIM, AHRENS,JENS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > SISTEMAS ESTEREOFONICOS > H04S3/00 (Sistemas que utilizan más de dos canales, p. ej. sistemas cuadrafónicos (H04S 5/00, H04S 7/00 tienen prioridad))

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Fragmento de la descripción:

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DESCRIPCIÓN

Síntesis local de un campo acústico por medio de un cuerpo virtual de difusión El presente invento se refiere a la reproducción, respectivamente la síntesis de un campo acústico en un ámbito limitado de oyentes, en especial a la síntesis de un campo acústico por difusión en un cuerpo 5 virtual de difusión seguida de una inversión del tiempo.

Se conocen numerosos procedimientos para la reproducción de audio o para la síntesis física de un campo acústico.

Así por ejemplo, en las técnicas estereofónicas de la reproducción de audio se crea con dos o más altavoces por medio de las diferencias de nivel o de las diferencias de tiempo de propagación una impresión espacial durante la audición natural. La impresión de audición espacial deseada se crea en este caso únicamente en el interior de un margen limitado, el llamado â??sweet spotâ??. En el pasado se presentó una serie de procedimientos, que tratan de la reproducción, respectivamente ampliación del â??sweet spotâ?? en la reproducción estereofónica (ilusoria) . A título de ejemplo se remita aquí a los documentos DE-A10200505204, DE-A-10125229 o US-B-6633648.

Con la estereofonía sólo se puede crear generalmente la impresión de una fuente acústica, que posea al menos una separación de los altavoces más próximos. Sin embargo, no es posible lograr una síntesis física de un campo acústico complejo deseado.

Por el contrario, la síntesis del campo de ondas (WFS) hace posible la síntesis física de un campo acústico en un margen amplio. Una descripción de la síntesis de un campo de ondas puede ser 20 consultada por ejemplo en los documentos A.J. Berkhout, D. de Vries, y P. Vogel. Acoustic control by wave field synthesis. Journal of the Acoustical Society of America, volumen 93 (5) :2764-2778, mayo 1993

o S. Spors, R. Rabenstein y J. Ahrens. The Theor y of Wave Field Sinthesis Revisited. En Proceedings of 124th Convention of the Audio Wave Engineering Society, mayo 17-20, Amsterdam, Países Bajos 2008. Se pueden utilizar disposiciones de altavoces con forma convexa o recta cualquiera, que no tienen que 25 estar necesariamente cerradas. Las señales de excitación de los altavoces pueden ser calculadas analíticamente. En el margen de audición potencial, por ejemplo dentro de una disposición de altavoces, no se produce un â??sweet spotâ?? manifiesto en el que la reconstrucción del campo acústico sea significativamente más exacta que en el resto de la zona de audición. Debido a la separación finita de los altavoces se producen en la realización práctica grandes desviaciones con relación al campo acústico deseado en el ámbito potencial de oyentes (Aliasing) .

Otra familia de procedimientos para la reconstrucción del campo acústico en los que la señal de excitación puede ser calculada analíticamente se denomina â??Ambisonicsâ??. La formulación tradicional de â??Ambisonicsâ?? (véase por ejemplo B.J. Daniel , Representation de champs acoustiques, application à la transmission et à al reproduction de scÃnes sonores complexes dans un contexte multimedia, PhD thesis, 35 Université de Paris 6, 2001) exige la disposición circular, respectivamente esférica de los altavoces. Con la ayuda de algoritmos numéricos se generan las señales de altavoz, que dan lugar a la reproducción del campo acústico deseado. La limitación, necesaria en el procedimiento de cálculo, del ancho de banda en el espacio de la función de excitación da lugar a que la reconstrucción del campo acústico deseado posea la mayor exactitud (â??Sweet spotâ??) en el centro de la disposición de altavoces. Cuando más se aleje el lugar contemplado, tanto mayores son las desviaciones.

Las ampliaciones de la formulación tradicional de â??Ambisonicsâ?? (véase por ejemplo J. Ahrens y S. Spors. Analytical driving functions for higher order Ambisonics. En IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP) , Las Vegas, Nevada, marzo 30th abril 4th 2008) hacen posible el cálculo analítico de las señales de excitación de los altavoces, que es varias veces más eficiente, que 45 los procedimientos numéricos. Sin embargo, sigue existiendo la restricción de que el â??Sweet Spotâ?? se halle en el centro de la disposición de altavoces y de que sólo se puedan utilizar disposiciones circulares o esféricas de los altavoces.

Además de estos procedimientos establecidos se desarrolló en lo últimos años una serie de procedimientos generalizados para la síntesis de un campo acústico. Estos se basan en la solución 50 explícita de la ecuación de síntesis. Esta describe las relaciones matemáticas entre el campo acústico sintetizado en una zona de sonorización definida y las señales de excitación de una distribución continua de fuentes de sonido por medio de una ecuación integral. Esta se puede resolver aplicando la teoría de operadores, como se describe en F.M. Fazi, P.A. Nelson y R. Potthast, Analogies and Differences between three Methods for Sound Field Reproduction, Ambisonic Symposium, Junio 2009, Graz, Austria. 55 Para ello se descomponen las magnitudes del campo acústico en funciones básicas ortogonales. La formulación concreta de estas funciones básicas depende de la geometría en la que se basa. Este método es en general laborioso desde el punto de vista numérico y está mal condicionado. Esto hace, que su aplicación en la práctica sea compleja. Sin embargo, la formulación del problema físico existente en la forma de una ecuación de síntesis brinda una visión de los mecanismos necesarios para la síntesis de un 60 campo acústico. En la publicación de F.M. Fazi et al. mencionada más arriba se expuso, que las E11181445

condiciones acústicas marginales se corresponden con las condiciones marginales de un cuerpo de difusión con Dirichlet homogéneo. De aquí se puede deducir directamente, que el campo acústico externo de un sistema para la síntesis del campo acústico equivale a la difusión del campo acústico en el contorno del sistema. Las condiciones marginales en el cuerpo de difusión se corresponden entonces con condiciones Dirichlet homogéneas, es decir, que el sistema para la síntesis del campo acústico se comporta como un cuerpo de difusión acústicamente blando.

Además, en E.G. Williams, Fourier Acoustics: Sound Radiation and Nearfield Acoustical Holography, Academic Press, 1999 se describe un procedimiento para la síntesis, respectivamente extrapolación de un campo acústico por medio de una distribución continua de las fuentes de sonido con característica de monopolo. Partiendo a la integral de Kirchhoff-Helmholtz se demuestra, que los monopolos tienen que ser excitados con la diferencia de las ondas acústicas desde dentro y desde fuera en direcciones normales a la superficie. Esto significa, que no se necesita una solución explícita de la ecuación de síntesis. En relación con ello se demostró en la publicación de F.M. Fazi et al. ya mencionada más arriba, que la condición fundamental se corresponde después de una presión acústica continua y de una velocidad discontinua de las partículas de sonido por encima del borde de la distribución de fuentes secundarias con las condiciones marginales de un cuerpo de dispersión acústicamente blando. Esto significa, que la diferencia necesaria de las velocidades de las partículas de sonido en la dirección normal puede ser obtenida a partir de la difusión del campo acústico virtual en un cuerpo de difusión con una geometría equivalente a la del sistema de síntesis. El campo acústico externo se corresponde entonces nuevamente con la difusión del campo acústico virtual en el cuerpo de difusión equivalente.

Los dos procedimientos, es decir la síntesis del campo de ondas y la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Procedimiento para la definición de las señales de excitación para la reproducción de un campo acústico y deseado en el interior de un ámbito local de los oyentes por medio de varios altavoces situados en posiciones exteriores al ámbito los oyentes, con los siguientes pasos:

- definición de un campo acústico virtual difundido exteriormente al ámbito de los oyentes, que se crea con la difusión del campo acústico deseado en un cuerpo de difusión virtual con una geometría equivalente a la geometría del ámbito de los oyentes, poseyendo el cuerpo de difusión virtual condiciones marginales acústicamente blandas, acústicamente duras o mixtas;

- inversión del tiempo de las señales de campo acústico virtual difundido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los altavoces se disponen con forma circular o lineal o rectangular u ovalada o esférica.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que se corrigen las amplitudes de los altavoces.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el campo acústico virtual difundido se describe como generado por una fuente virtual.

5. Campo acústico 4, en el que la fuente virtual es una fuente puntual o una onda plana.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes y con el paso de la elección de los altavoces a utilizar entre varios altavoces.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que se eligen altavoces, que no se hallen en la dirección de propagación del campo acústico virtual difundidlo.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que en la elección de los altavoces se eligen altavoces, cuya dirección de propagación concuerda, referida al ámbito local de los oyentes, con la dirección de propagación del campo acústico virtual difundido.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el campo acústico virtual difundido se define con una síntesis 2, 5 dimensional del campo de ondas.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el ámbito de los oyentes se sitúa dinámicamente en el interior de la disposición de altavoces.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el ámbito de los oyentes se adapta a la posición de un oyente móvil.

12. Procedimiento para la reproducción de un campo acústico deseado en el interior de un ámbito local de oyentes por medio de varios altavoces situados en posiciones exteriores al ámbito de los oyentes, con los siguientes pasos.

- definición de las señales de excitación para la reproducción del campo acústico deseado en el interior del ámbito de los oyentes para los altavoces de acuerdo con el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11 y

- excitación de los altavoces con las señales invertidas en el tiempo.

13. Procedimiento para generar una zona de silencio o una zona con una presión acústica reducida en el interior del campo acústico, con los pasos:

a) definición de primeras señales de excitación para la reproducción del campo acústico deseado en el interior del ámbito de los oyentes para los altavoces según el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11;

b) definición de segundas señales de excitación para la reproducción del campo acústico deseado en el interior de la zona abarcada por los altavoces;

c) excitación de los altavoces con las señales invertidas en el tiempo;

d) superposición con fase invertida de las señales de excitación según el paso c) con señales de excitación para los altavoces según el paso b) .

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que el paso b) tiene lugar por medio de una síntesis del campo de ondas o de â??near-field compensated higher-order Ambisonicsâ??.