Wave field synthesis

W technikach kodowania przestrzennego dźwięku takimi jak stereo czy surround źródło dźwięku leży na linii pomiędzy głośnikami tworząc obraz dźwiękowy. Natomiast metoda WFS umożliwia stworzenie wirtualnej przestrzeni akustycznej

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

WFS opiera się ona na zasadzie Huygensa znanej z teorii fal w naukach fizycznych. Matematyczną podstawą jest całka dyfrakcyjna Kirchhoffa-Helmholtza (skalarna teoria dyfrakcji), która jest opisem zjawiska dyfrakcji.

W myśl tego zjawiska każdy punkt przestrzeni, do którego dociera płaska fala, staje się źródłem elementarnej fali sferycznej. Fale te następnie interferują ze sobą, tworząc nowe czoło fali.

Koncepcję można opisać następująco. Czoło fali zgodnie z zasadą Huygensa zbudowane jest z wielu elementarnych fal. Synteza komputerowa wzbudza poszczególne głośniki, ustawione w rzędzie wokół słuchacza. Fala wydobywająca się z głośnika jest dokładnie falą elementarną, która jako część czoła wirtualnej fali dodarła do punktu, w którym znajduje się głośnik.

Możliwość realizacyjne tej metody są ogromne i w niedalekiej przyszłości umożliwią odtworzenie całego, rzeczywistego pola akustycznego sali koncertowej w zaciszu domowego pokoju. Największym problemem realizacyjnym jest uzyskanie jak najmniejszej odległości pomiędzy poszczególnymi głośnikami. Odległość ta musi być na tyle mała by nie były słyszalne artefakty takie jak aliasing.

Koncepcja[edytuj]

Istnieją trzy podstawowe techniki dźwięku przestrzennego

Stereofonia (w skład której wchodzą także systemy surround
System binauralny - w myśl, której obraz dźwiękowy kształtuje się we wnętrzu naszej głowy. Opiera się na użyciu słuchawek.
Holofonia - metoda mówiąca o transmisji pola akustycznego.

Są dwie podstawowe realistycznej symulacji obrazu dźwiękowego: systemy binauralne oraz holofinia.

Podstawy Fizyczne[edytuj]

współczynnik opóźnienia: $r0/c$
współczynnik amplitudy: $\frac{ \sqrt{\frac{1}{2 \pi}}*\sqrt{\Delta r/\Delta r+r}*\cos(\phi)}{r}$
współczynnik filtracji: $\sqrt{jk}$

Implementacja[edytuj]

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 (ang. sweep point), lecz jednorodny obszar odsłuchowy.

Bibliografia[edytuj]

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