Реконструкция 3D-звука - это применение методов реконструкции к технологии локализации 3D-звука . Эти методы восстановления трех- мерного звука используются для воссоздания звуков , чтобы соответствовать природной среде и обеспечивают пространственные признаки источника звука. Они также видят приложения в создании трехмерных визуализаций звукового поля, чтобы включить физические аспекты звуковых волн, включая направление, давление и интенсивность . Эта технология используется в сфере развлечений для воспроизведения живого выступления через динамики компьютера. Эта технология также используется в военных приложениях для определениярасположение источников звука . Восстановление звуковых полей также применимо к медицинской визуализации для измерения точек в ультразвуке. [1]
Методы
Для воспроизведения надежного и естественного звука из трехмерной аудиозаписи используются методы локализации звука и восстановления реверберации . Эти методы обрабатывают звук для воспроизведения пространственных сигналов.
- Местоположение источника звука определяется посредством трехмерной локализации звука с использованием нескольких микрофонных решеток, методов бинаурального слуха и HRTF (передаточная функция, относящаяся к голове) .
- После определения направления используются другие методы обработки сигналов для измерения импульсной характеристики в течение промежутков времени для определения компонентов интенсивности в разных направлениях. Имея как данные, так и комбинируя интенсивность звука с направлением, определяется трехмерное звуковое поле и восстанавливаются физические качества, которые создают результирующие изменения интенсивности.
В результате этого двухэтапного процесса восстановленное трехмерное звуковое поле содержит информацию не только о локализации источника звука, но и о физических аспектах окружающей среды исходного источника сигнала. В этом его отличие от результатов процесса локализации звука.
После того, как звук реконструирован и пространственные реплики доступны, их необходимо доставить заказчику. В этот раздел включены различные способы сделать это.
Комната для прослушивания
В методе комнаты для прослушивания слушатель получает звук либо через наушники, либо через громкоговорители. Наушники предоставляют достаточно источников звука, чтобы слушатель мог ощутить трехмерный звук с направленностью. В случае громкоговорителей размещение и количество громкоговорителей влияет на глубину воспроизведения. Существуют различные способы выбора расположения динамиков. Простая модель состоит из пяти динамиков, расположенных в рекомендованном ITU-R порядке: по центру, 30 ° влево, 110 ° влево, 30 ° вправо и 110 ° вправо. Эта установка используется с несколькими системами трехмерного звука и методами реконструкции. [2] В качестве альтернативы передаточная функция, относящаяся к голове, может использоваться в сигнале источника звука для панорамирования его свертки на каждый из громкоговорителей в зависимости от их направления и местоположения. Это позволяет рассчитать энергию сигнала для каждого динамика путем оценки звука в нескольких контрольных точках в комнате для прослушивания. [3]
Реконструкция реверберации
Реконструкция реверберации включает измерение звука с помощью четырехточечного микрофона для измерения реальных задержек его доставки в разных местах. Каждый микрофон измеряет импульсный отклик от растянутого во времени импульсного сигнала для различных временных рамок с различными источниками звука. Полученные данные применяются к трехмерной звуковой системе с 5 динамиками, как и в технике комнаты для прослушивания. Система также сворачивает относящуюся к голове передаточную функцию с импульсной характеристикой сигнала, записанного микрофонами, и энергия регулируется в соответствии с исходным временным интервалом звукового сигнала, и к звуку добавляется дополнительная задержка, чтобы соответствовать временному кадру импульсной характеристики. Свертка и задержки применяются ко всем взятым данным источника звука и суммируются для результирующего сигнала.
Этот метод также улучшает направленность, естественность и ясность восстановленного звука по сравнению с оригиналом. Недостатком этого метода является то, что предположение об одном источнике звука - в то время как реальная реверберация включает в себя различные звуки с перекрытием - в сочетании с добавлением всех разных значений не улучшает восприятие слушателями размера комнаты, восприятие расстояния не улучшается. [3]
Лазерные проекции
Поскольку звуковые волны вызывают изменения плотности воздуха, они впоследствии вызывают изменения звукового давления. Они измеряются, а затем обрабатываются с использованием обработки сигналов томографии для восстановления звукового поля. Эти измерения могут быть выполнены с использованием проекций, что избавляет от необходимости использовать несколько микрофонов для определения отдельных импульсных характеристик. В этих проекторах используется лазерный доплеровский виброметр для измерения показателя преломления среды на лазерном пути. [1] Эти измерения обрабатываются методом томографической реконструкции для воспроизведения трехмерного звукового поля, а затем обратная проекция свертки используется для его визуализации.
Акустическая голография ближнего поля
В акустической голографии ближнего поля преломление света измеряется в двумерной области в среде (это двумерное звуковое поле является поперечным сечением трехмерного звукового поля) для получения голограммы . Затем оценивается волновое число среды посредством анализа температуры воды. Рассчитываются множественные двумерные звуковые поля, а также может быть восстановлено трехмерное звуковое поле.
Этот метод применим в первую очередь к ультразвуку и для снижения звукового давления, часто в воде и при медицинской визуализации. Метод работает в предположении, что волновое число среды постоянно. Если волновое число изменяется по всей среде, этот метод не может восстановить трехмерное звуковое поле с такой точностью. [4]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ а б Оикава; Перейти к; Икеда; Такидзава; Ямасаки (2005). «Измерения звукового поля на основе реконструкции по лазерным проекциям». Ход работы. (ICASSP '05). IEEE Международная конференция по акустике, речи и обработки сигналов, 2005 . 4 . стр. iv / 661 – iv / 664. DOI : 10.1109 / ICASSP.2005.1416095 . ISBN 978-0-7803-8874-1.
- ^ Ким; Джи; Парк; Юн; Цой (2004). «Реализация трехмерной звуковой системы в реальном времени с использованием DSP». 60-я конференция IEEE по автомобильным технологиям, 2004 г. VTC2004 - осень. 2004 . 7 . С. 4798–480. DOI : 10,1109 / VETECF.2004.1405005 . ISBN 978-0-7803-8521-4.
- ^ а б Танно; Сайджи; Хуанг (2013). Новая трехмерная звуковая система с 5 динамиками и методом реконструкции реверберации . Понимание науки и техники и Ubi-Media Computing (ICAST-UMEDIA), 2013 Международная объединенная конференция по . С. 174–179. DOI : 10.1109 / ICAwST.2013.6765429 . ISBN 978-1-4799-2364-9.
- ^ Охбути; Мизутани; Вакацуки; Нисимия; Масуяма (2009). «Реконструкция трехмерного звукового поля из двумерного звукового поля с использованием оптической компьютерной томографии и акустической голографии ближнего поля». Японский журнал прикладной физики . 48 (7): 07. Bibcode : 2009JaJAP..48gGC03O . DOI : 10,1143 / JJAP.48.07GC03 .