Un procesador para proporcionar una mejora en línea de la reflexión temprana en un sistema de sonido,

comprendiendo el procesador:

múltiples entradas adaptadas para recibir múltiples señales de entrada de uno o más micrófonos situados cerca de una o más fuentes de sonido dentro de una sala para detectar predominantemente el sonido directo;

una fase de generación de reflexión temprana que tiene una respuesta finita de impulsos y que sin realimentación interna genera un número de reproducciones discretas retardadas de las señales de entrada, comprendiendo la fase de generación de reflexión temprana por lo menos una matriz de acoplamiento cruzado que es una matriz ortonormal de acoplamiento cruzado para acoplar dichas múltiples entradas con las salidas, y la fase de generación de reflexión temprana tiene una matriz unitaria de función de transferencia de tal manera que el procesador tiene una ganancia general de potencia que es constante con la frecuencia para mejorar la estabilidad en el sistema de sonido, por lo que la estabilidad del sistema de sonido en relación con dichas reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono es independiente de los tiempos de retardo y las amplitudes en la fase de generación de reflexión temprana;

y en el que dichas múltiples salidas están adaptadas para producir las reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono para varios altavoces colocados para retransmitir dichas reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono en la sala.

Sistema de mejora de la reflexión temprana en línea para mejorar la acústica

Ímbito técnico

La invención comprende un sistema y un método en línea de mejora de la reflexión temprana para mejorar la acústica de una sala o auditorio.

Antecedentes

La acústica de una sala tiene un impacto significativo en la percepción de una audiencia de la calidad de una actuación en directo. Hay varias propiedades de las salas que han sido identificadas como que están en correlación con las impresiones subjetivas de calidad. El parámetro medido en primer lugar era el tiempo de reverberación. Esta es una propiedad global de la sala que tiene un valor similar en todas las ubicaciones. Está gobernadá por el volumen de la sala y la absorción de las superficies de la sala, y la calidad de la reverberación también esta gobernada por la forma de la sala. Las salas con un tiempo largo de reverberación pueden proporcionar una sensación de envolvimiento que produce un mayor disfrute de las actuaciones tales como la ópera o música clásica. Sin embargo, la misma acústica puede reducir la inteligibilidad de las palabras habladas y por lo tanto ser inadecuada para los discursos.

Se han determinado otros parámetros que se relacionan con las propiedades de la parte más temprana de la respuesta, tal como la claridad. Los auditorios más recientes se han diseñado con reflectores colocados específicamente para mejorar la parte temprana de la respuesta de la sala a los sonidos que proceden del escenario.

Para lograr un máximo disfrute de diversas actuaciones, la acústica de una sala debe corresponderse con la actuación pretendida. Por esta razón, muchas salas se han fabricado acústicamente ajustables. Por ejemplo se han utilizado elementos absorbentes ajustables como cortinas movibles o paneles giratorios para controlar el tiempo de reverberación. Se han construido espacios acústicos extra que pueden acoplarse a la zona principal cuando es necesario proporcionar más reverberación.

Durante muchos años se han utilizado sistemas electroacústicos para mejorar la acústica de las salas. El sistema más sencillo es el sistema de refuerzo de sonido o de megafonía, en el que el sonido producido por los artistas en el escenario es detectado por micrófonos cercanos y el sonido es amplificado y retransmitido desde uno o más conjuntos de altavoces. El objetivo de tales sistemas normalmente es proyectar el sonido directo sin reverberación a la audiencia para eliminar los efectos de la sala y mejorar la claridad.

Más recientemente, se han desarrollado formas más complejas de sistemas de sonido con el propósito de proporcionar una acústica ajustable en las salas. El sistema básico de refuerzo de sonido se ha desarrollado aún más introduciendo elementos de procesamiento de sonido tales como retardos, que permiten la creación de reflexiones adicionales del sonido -véase "Complex simulation of acoustic fields by thedelta stereophony system (DDS) ", de W. Anhert, J. Audio Eng. Soc., vol. 35, nº . 9, págs. 643-652, septiembre de 1987, y la patente de EEUU

5.142.586. El sistema de estereofonía delta descrito por Anhert proporciona reflexiones de sonido que se disponen para llegar más tarde que el sonido directo, con el fin de mantener una localización correcta. Para una ubicación dada del receptor, pueden escogerse los retardos apropiados para evitar preceder al sonido directo, pero los retardos deben ser cambiados para ubicaciones diferentes de los receptores. El sistema ACS descrito en la patente de EE.UU. 5.142.586 reivindica el proporcionar reflexiones en los momentos apropiados para todas las ubicaciones de receptores, mediante la creación de frentes de onda. Los retardos se escogen utilizando el principio de Huygens, y su cuantificación matemática por ecuaciones integrales es descrito por A. J. Berknout, D. de Vries y P. Vogel, "Acoustic control by wave field synthesis, " J. Acoust. Soc. Am., vol. 93, no. 5, págs. 2764-2778, Mayo 1993. Los frentes de onda se generan utilizando series de altavoces. Estos sistemas electroacústicos ofrecen una respuesta más controlable de reflexión temprana que la que puede lograrse utilizando reflectores pasivos.

También se han introducido dispositivos de reverberación para proporcionar un tiempo mayor de reverberación para fuentes en el escenario -véase por ejemplo la patente de EE.UU. 5.109.419. También se han empleado mayor número de altavoces para proporcionar reflexiones y reverberación mejores, tal como para zonas debajo de la platea. Los micrófonos también se han colocado más alejados de los artistas para ser menos molestos, si bien todavía con objeto de detectar el sonido directo.

Los sistemas explicados anteriormente evitan la realimentación de los altavoces a los micrófonos, ya que tal realimentación puede llevar a una variación del timbre y a inestabilidad si la ganancia del circuito es demasiado alta. A causa de este hecho, pueden denominarse genéricamente sistemas en línea o no regenerativos. Tales sistemas pueden proporcionar grandes aumentos de la reverberación para fuentes de sonido que están cerca de los micrófonos (es decir en el escenario) , pero tienen un efecto pequeño para fuentes de sonido en otras posiciones en la sala.

Un segundo tipo de sistema de mejora es el sistema que no está en línea o regenerativo, que procura utilizar la realimentación entre altavoces y micrófonos para lograr una mejora global de la reverberación que se produce para cualquier ubicación de fuente de sonido -véase A. Krokstad, "Electroacoustic means of controlling auditorium acoustics, " Applied Acoustics, vol. 24, págs. 275-288, 1998 y F. Kawakami and Y. Shimizu, "Active field control in auditoria, " Applied Acoustics, vol. 31, págs. 47-75, 1990. Como el tiempo de reverberación natural sin ayuda es en gran parte el mismo para todas las ubicaciones de fuentes, los sistemas regenerativos pueden proporcionar una reverberación mejorada más natural. Los sistemas que no están en línea utilizan normalmente muchos micrófonos independientes, amplificadores, canales de altavoces, cada uno con una ganancia baja de circuito. Cada canal proporciona una pequeña mejora de reverberación en todas las frecuencias, con bajo riesgo de variación del timbre, y el efecto combinado de todos los canales es un aumento significativo en la reverberación y la sonoridad. Los micrófonos se colocan en el campo de reverberación de todas las fuentes de sonido en la sala para asegurar que el sistema produzca una mejora similar para todas las fuentes. Los sistemas que no están en línea sin embargo necesitan normalmente de 60 a 120 canales, y por lo tanto son caros. Además, dado que los micrófonos están a distancia de todas las fuentes, son menos adecuados para proporcionar reflexiones tempranas significativas que los sistemas en línea.

Más recientemente, se ha desarrollado un sistema que no está en línea que utiliza un sistema de reverberación de varios canales entre los micrófonos y los altavoces para proporcionar un aumento del tiempo de reverberación sin necesidad de un aumento en la ganancia de circuito -véase la patente de EE.UU. 5.862.233. Se ha mostrado que el sistema puede reducir a la vez la absorción aparente de la sala (mediante el aumento de la ganancia de circuito) y aumentar el volumen aparente de la sala (mediante el aumento del tiempo de reverberación del sistema de reverberación) -véase M. A. Poletti, 'The performance of a new assisted reverberation system, " Acta Acustica, 2 December 1994, págs. 511-524. En general, puede construirse un sistema híbrido de mejora de sala en el que algunos de los micrófonos de un sistema que no está en línea que contiene un sistema de reverberación se mueve cerca de la fuente. En este caso el sistema demuestra las propiedades de los sistemas en línea y de los que no están en línea -véase M. A. Poletti, "The analysis of a general assisted reverberation system, " aceptado para la publicación en Acta Acustica vol. 84, págs. 766-775, 1998.

Cuando se utiliza únicamente para la mejora de la reflexión temprana, un sistema en línea proporciona un número finito de salidas retardadas para simular las reflexiones tempranas. Sin embargo, si se opera a ganancias de moderadas a altas, el sistema corre el riesgo de inestabilidad. Esto es particularmente probable si se añaden nuevos retardos/reflexiones que aumentarán la ganancia de circuito a algunas frecuencias.

En cualquier sistema de sonido, es importante que el sonido acústico directo desde el escenario llegue a cada espectador antes (o a la vez) que cualquier señal... [Seguir leyendo]

1. Un procesador para proporcionar una mejora en línea de la reflexión temprana en un sistema de sonido, comprendiendo el procesador:

múltiples entradas adaptadas para recibir múltiples señales de entrada de uno o más micrófonos situados cerca de una o más fuentes de sonido dentro de una sala para detectar predominantemente el sonido directo;

una fase de generación de reflexión temprana que tiene una respuesta finita de impulsos y que sin realimentación interna genera un número de reproducciones discretas retardadas de las señales de entrada, comprendiendo la fase de generación de reflexión temprana por lo menos una matriz de acoplamiento cruzado que es una matriz ortonormal de acoplamiento cruzado para acoplar dichas múltiples entradas con las salidas, y la fase de generación de reflexión temprana tiene una matriz unitaria de función de transferencia de tal manera que el procesador tiene una ganancia general de potencia que es constante con la frecuencia para mejorar la estabilidad en el sistema de sonido, por lo que la estabilidad del sistema de sonido en relación con dichas reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono es independiente de los tiempos de retardo y las amplitudes en la fase de generación de reflexión temprana;

y en el que dichas múltiples salidas están adaptadas para producir las reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono para varios altavoces colocados para retransmitir dichas reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono en la sala.

2. Un procesador según la reivindicación 1 en el que la fase de generación de reflexión temprana incluye una conexión en serie de dos o más matrices de acoplamiento cruzado con un conjunto de líneas de retardo situadas entre las dos matrices.

3. Un procesador según la reivindicación 2 en el que dichas dos o más matrices de acoplamiento cruzado son matrices ortonormales.

4. Un procesador según la reivindicación 1 en el que cada entrada se acopla con cada salida para proporcionar una maximización de difusión de las señales de entrada a todas las salidas.

5. Un procesador según la reivindicación 1 combinado con un sistema de banda ancha de reverberación asistida que no está en línea que aumenta el volumen aparente de la sala, que incluye múltiples altavoces para retransmitir el sonido a la sala, y una matriz de reverberación que conecta a una señal de ancho de banda similar desde cada micrófono a través de uno o más dispositivos de reverberación que tienen una respuesta de impulsos que consiste en varios ecos, cuya densidad aumenta con el tiempo, a uno o más altavoces.

6. Un procesador según la reivindicación 5 en el que, en dicho sistema de banda ancha de reverberación asistida que no está en línea, la matriz de reverberación conecta una señal de ancho de banda similar desde cada micrófono a través de uno o más dispositivos de reverberación con por lo menos dos altavoces, cada uno de ellos recibe una señal que comprende una suma de por lo menos dos señales reverberadas de micrófono.

7. Un sistema en línea de generación de mejora temprana que comprende:

uno o más micrófonos situados cerca de una o más fuentes de sonido para detectar predominantemente el sonido directo, estando los micrófonos conectados a las múltiples entradas de un procesador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; y varios altavoces colocados para retransmitir dicha energía reflejada temprana, estando los altavoces conectados a las múltiples salidas de dicho procesador.

8. Un método para mejorar la acústica de una sala o auditorio utilizando un procesador para proporcionar una mejora en línea de reflexión temprana en un sistema de sonido, el procesador, múltiples entradas del procesador para conectar a uno o más micrófonos, una fase de generación de reflexión temprana y múltiples salidas adaptadas para producir señales a varios altavoces colocados para retransmitir a la sala o auditorio, comprendiendo el método detectar predominantemente el sonido directo con el uno o más micrófonos situados cerca de una o más fuentes de sonido y proporcionar múltiples señales de entrada, generar varias reproducciones discretas retardadas de las señales de entrada en una fase de generación de reflexión temprana que tiene una respuesta finita de impulsos y sin realimentación interna, por lo que la fase de generación de reflexión temprana comprende por lo menos una matriz de acoplamiento cruzado que es una matriz ortonormal de acoplamiento cruzado para acoplar dichas múltiples entradas con dichas múltiples salidas, en el que la fase de generación de reflexión temprana tiene una matriz unitaria de función de transferencia de tal manera que una ganancia general de potencia del procesador sea constante con la frecuencia para mejorar la estabilidad del sistema de sonido; y por lo que la estabilidad del sistema de sonido en relación con las reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono es independiente de los tiempos de retardo y las amplitudes, y producir las reproducciones discretas retardadas de las señales de micrófono para la entrada a los varios altavoces para retransmitir dichas reproducciones discretas retardadas de las señales de entrada en la sala.

9. Un método según la reivindicación 8 en el que la fase de generación de reflexión temprana incluye una conexión en serie de dos o más matrices de acoplamiento cruzado con un conjunto de líneas de retardo situado entre las dos matrices.

10. Un método según la reivindicación 9 en el que dichas dos o más matrices de acoplamiento cruzado son matrices ortonormales.

11. Un método según la reivindicación 8 en el que cada entrada se acopla con cada salida para proporcionar una maximización de difusión de las señales de entrada a todas las salidas.