Synteza pola falowego

Szablon:Dopracować Synteza pola falowego (WFS, ang. Wave Field Synthesis) – technika przestrzennego renderowania dźwięku, charakteryzująca się tworzeniem wirtualnych środowisk akustycznych. Polega ona na wytwarzaniu sztucznych frontów falowych, które syntetyzowane są przez dużą liczbę indywidualnie napędzanych głośników. Tego typu fronty falowe wydają się pochodzić z wirtualnego punktu początkowego, wirtualnego źródła lub hipotetycznego źródła.

W przeciwieństwie do tradycyjnych technik renderowania przestrzennego, takich jak dźwięk stereo lub dźwięk przestrzenny, lokalizacja źródeł wirtualnych w WFS nie zależy od pozycji słuchacza.

Metodę tę wynalazł Berkhout w 1988 roku na Uniwersytecie Technicznym w Delfcie w Holandii. Pierwszy system demonstracyjny składał się z 160 głośników. Unijny projekt badawczy (w ramach EU framework 6th) o nazwie CARROUSO, trwający w latach 2001–2003, znacznie rozszerzył i sprecyzował badania.

WFS opiera się na zasadzie Huygensa, zgodnie z którą każdy punkt, do którego dociera fala płaska, staje się źródłem elementarnej fali sferycznej. Następnie fale te interferują ze sobą, tworząc nowe czoło fali. Fala wydobywająca się z głośnika jest falą elementarną docierającą do punktu, w którym znajduje się głośnik. Matematyczną podstawą tej zasady jest całka dyfrakcyjna Kirchhoffa-Helmholtza (skalarna teoria dyfrakcji), która jest opisem zjawiska dyfrakcji.

Koncepcja

Istnieją trzy podstawowe techniki dźwięku przestrzennego:

• stereofonia (w skład której wchodzą także systemy surround),
• system binauralny – technika, w myśl której obraz dźwiękowy kształtuje się we wnętrzu naszej głowy; opiera się na użyciu słuchawek,
• holofonia – metoda mówiąca o transmisji pola akustycznego.

Istnieją dwa podstawowe systemy realistycznej symulacji obrazu dźwiękowego: systemy binauralne oraz holofonia.

Podstawy fizyczne

• współczynnik opóźnienia: $\frac{r_0}{c}$
• współczynnik amplitudy: $\frac{\sqrt{\frac{1}{2\pi }}\cdot \sqrt{\frac{\mathrm{\Delta }r}{\mathrm{\Delta }r+r}}\cdot \cos (\varphi )}{r}$
• współczynnik filtracji: $\sqrt{jk}$

Implementacja

Dzięki WFS możliwe są do uzyskania:

• synteza źródeł dźwięku w jakimkolwiek miejscu w obrazie,
• synteza poruszających źródeł dźwięku w obrazie,
• symulowanie akustyki pomieszczenia, poprzez syntezę odbić.

Nie uzyskuje się żadnego obszaru aktywnego (Szablon:Ang.), lecz jednorodny obszar odsłuchowy.

Bibliografia

• Berkhout A.J.: A Holographic Approach to Acoustic Control, J.Audio Eng.Soc., vol. 36, Dezember 1988, s. 977–995.
• Berkhout A.J., De Vries D., Vogel P.: Acoustic Control by Wave Field Synthesis, J.Acoust.Soc.Am., vol. 93, Mai 1993, s. 2764–2778.

Linki zewnętrzne

• Szablon:Cytuj stronę
• Podstrona na temat WFS i bliskiego pola akustycznego
• artykul WFS – obiecująca koncepcja dźwięku przestrzennego opublikowana w Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, 2007
• Slajdy z prezentacji podczas targów Tonmeistertagungz roku 2006 pod tytułem Principles and Applications of Stereophony, Binaural Techniques and Wave Field Synthesis
• Artykuły niemieckich badaczy z zakładu systemów audio, Instytutu Rundfunktechnik
• Szablon:Cytuj stronę
• Strona poświęcona opisowi WFS w Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique (IRCAM) w Paryżu
• Strona z prezentacjami z warsztatów na temat technologii WFS, które odbyły się na Uniwersytecie Technicznym w Ilmenau w Niemczech