用于环境声音疗法用户接口和控制系统的方法与装置的制作方法

专利名称：用于环境声音疗法用户接口和控制系统的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种将环境声音用于治疗作用的方法与装置，更具体地 讲，本发明涉及一种用于复现环境声音空间的方法与装置。
背景技术：
存在着各种旨在在不同于某给定空间的空间中模仿给定空间的音响效果 的音频记录方法与装置以及音频回放系统，其中，使用记录与回放系统模仿 给定空间的音响效果。例如，在开放圆形剧场中听整个管弦乐队演出时的音 响体验不同于在音乐厅中听该管弦乐队演出的音响体验，而且也不同于在大 会议厅或录音棚中听该管弦乐队演出的音响体验。
每地点的音响效果由于周围建筑物等的维度、材料等而不同。音响差异 归因于不同的声音反射和吸收等。因此，对于收听者而言，根据地点的音响 效果，从管弦乐队发出的声音将具有不同的声音质量和保真度。如果使用标 准的记录与回放系统记录与回放在任何地点演奏的管弦乐P人发出的声音，则 在回放时收听者所接收的音乐声音将不会才莫拟所述地点的音响效果。换句话 说，在回放期间，收听者的音响体验与在原始地点中的收听者所听到的现场 演出的音响体验不相像。
某些收听者可能更喜欢在圆形剧场地点中听摇滚乐队的演奏，以及在音 乐厅中听整个管弦乐队的演奏。人们已经设计了这样一些用于记录与回放的 方法与系统，以便收听者选择在模拟给定类型地点的声音动力学的回放系统 上收听所记录的音乐。某些记录与回放方法曾试图模拟诸如Carnegie Hall的 著名地点的音响效果。存在着各种用于使用有时与诸如海洋波浪的自然或者冲莫拟的声音相组合的各种音乐声道(track),来诱发治疗或者使人安静的效果的记录方法与系统。 然而，以上所描述的方法或系统，无一用于复现与/或增强某一给定环境声 音空间和为诱发一种治疗结果而在不同的回放声音空间中回放。发明内容本发明为 一种用于按这样导致一种治疗效果的方式，在不同的声音空间 中记录与回放将加以捕获和复制的自然与/或者增强的自然声音以及环境声 音空间的方法与装置。所述方法与装置包括一种使用匹配的麦克风阵列记录 自然声音；把信号记录在高分辨率记录设备上，包括创建音频基(audio bed); 以及回放针对回放空间加以调谐以致回放感受酷似原始声音空间的回放系统 上的记录的方法。所述方法与装置用于为环境疗法创建或者复现环境声音空 间，以给予病人一种他们实际处于原始声音记录空间的感觉。本环境疗法发明包括自然声音的组合，在实施例中，例如，可以与来自 自然声音的声音事件的音乐片段相组合，按200，x 200，算法对它们加以记录， 以引导和诱发某种情绪治疗效果。本发明体现了心理声学的概念，这一概念种包括噪声层、时间位移以及距离算法/空间感觉的可信现象分散病人的注 意力，使病人放松以及使对病人的护理变得容易的方法，存在着各种基本的 关键因素。在我们每天生活的这一世界里，大多数情况下，在我们的周围通常都存 在着一定量的环境噪音。然而，在我们周围的正常声音模式中，时常存在着 干扰我们的突然的高瞬间峰值，有时将其称为惊吓声音。连续的单调的低音 可能会给人们保持良好状态的舒适感。本发明为 一种产生 一种具有将屏蔽瞬 间噪音的系统覆盖的自然声音的单调的低音的方法，即一种比通常的声音屏 蔽才支术新的方法。典型的环绕回放系统由为 一组5个卫星扬声器构成，具有亚低音扬声器，统相当简单，并且可允许人们具有快速说明本发明的节目素材的能力。在这 些范例中，可以清楚地看出，在将包括环境疗法系统的完整思想的计划中， 可以对家庭影院系统进行改进。这一概念既不是家庭娱乐系统，也不是标准 的环绕记录与回放系统，或者用于复制具体地点的音响效果的方案或数字信 号处理系统。
标准的环绕声音系统包括右前、左前和中心通道；左后和右后通道以及
亚低音扬声器。3个前通道提供了声音动态部分的主要部分，并且通常把3 个前通道定位在收听者的前方。亚低音扬声器通常专用于较低频率的声音， 而且，通常把回放系统中的扬声器居中定位在回放区域或者房间中。左和右 后通道通常提供声音动态的次要部分，以提供声音反射和延迟效果，而且通 常把这些扬声器定位在收听者的后方。
同时，本发明还创建了主要功能集中在环境疗法基本原理方面的媒体回 放系统，并且通过提供一种新型记录与回放方法体现所述概念。由四个连接 在四个单独的记录通道上和排列在200，x 200，记录阵列中的独立的多方向麦 克风，捕获环境声音。四通道回力文系统将在四个相应回》丈通道和扬声器上回 放四个独立记录的通道。在四个回放通道上复制排列在200，x 200，记录阵列 中的独立的多方向麦克风所创建的固有的声音延迟和其它声音动态，以复制 200，x 200，记录区域的声音空间。在回放通道和扬声器匹配和复制记录期间， 独立的麦克风所实现的声音或者时间延迟。回放系统也可以有选择地包括亚 低音扬声器通道。环境疗法系统(ATS)及其部件可用于医院恢复室和治疗 环境中。然而，本发明为记录与回放方法，而不专门与用于实现该方法的电 子部件相关联。记录阵列的维度可以变化，以创建选择的声音空间。
本发明提供了一种消除了这样事实的设备用户正在操作机器，或更确 切地说正在创建远离所有与医疗相关的机械所生成的、困扰典型医院中的恢 复室的噪音与蜂鸣声的可听得见的环境的场所或者声音空间。可以把回放系 统设计为非常透明的，并且可允许病人不把主要精力集中在这样一种情况上: 他们正在听音频记录，并且相信他们处于其它某一地方，而不是痛苦地位于 医院房间中以及正在从外科手术中恢复或者准备进入外科手术。因此，目标 是装备在物理上是分离的，而且装备具有较低的视觉冲击力、可隐藏以及不 引人注目。
本系统提供了简单操作的、并且在视觉上不分散注意力或者不引人注目 的用户接口。除了回放装备外，作为针对环境节目的声音源，并且加以隐藏 的扬声器，还允许病人感觉他们并没有在听扬声器，而是感觉好像他们实际
处于正在回放的节目的声音空间的原始记录环境中。所述系统提供了一种适当的和有效的用户接口 。该用户4妄口包含一组严 格地对应于所需功能的输入控制，以及简单的和易于理解的用于选择所希望 的将加以播放的节目与类型(即仅为环境或者仅为音乐，或者既为环境也为 音乐)的指示和显示部分。回放系统可以包括用于选择不同操作模式以及对 回放功能进行编程的触摸屏监视用户接口 。可以把回放系统设计为能够在新的编程可得时接收新的编程。例如，可以把ATS回放系统设计为，其包括可 拆卸模块，可以把该可拆卸模块返回于ATS的提供商，以进行升级。作为选 择，ATS回放系统可以包括可加以拆除以及可用包含新编程的硬驱动器加以 取代的可交换硬驱动器。ATS回放系统还可以拥有通信链路，用于通过经由 网络接口上载新的节目进行升级，例如，所述网络4妄口为广域网(WAN)等， 例如Internet 。回放系统体系结构的实施例包括扬声器系统，可以把该扬声器系统设计 为能够与记录阵列相匹配，并且能够复制记录阵列。为了满足以上用于扬声 器隐藏的准则，最好利用 一种按满足或者超过所希望音频要求的保真度进行 回放的适当的回放设备，以及利用一种安装时可以几乎隐藏起来的扬声器。 实施例包含直接装配于悬挂的天花板瓦片中的的天花板装配扬声器方案。扬 声器本身可以包含石兹屏蔽的铝圆锥形驱动器，而且可以利用一块背板，该背 板起绝缘作用，并且提供适当的箱体尺寸，以最大化扬声器的特征。其还允 许十分容易的安装，以及向不能够为长周期的安装过程而腾空的现存医院房 间的较平滑的集成。与传统的天花板装配的商业化的扬声器系统不同，本发 明中所利用的扬声器系统可以为低电压的，而不是工业标准的70V扬声器， 工业标准的70V扬声器要求逐步增加和逐步减小的阻抗匹配变压器，才能加 以运作。就这些特殊类型的扬声器而言，它们具有针对相当大的覆盖区域的 散布模式，从而允许较容易地对扬声器的放置进行选择。可以静态地装配扬声器，即不允许物理地移动它们，例如，通过球和杯 装配的壁装配类型的扬声器，但同样，覆盖区域能够容易地针对医院房间中 病人的床区调整声场。在床上，在病人的头可以躺的地方，为了平tf节目， 将仅需把扬声器定位在天花板瓦中，以及调整各个扬声器通道上的音量。天 花板装配类型的扬声器的另方面是，其对典型建筑物强制通风空间消防法规j 的固有支持。当根据相应的额定强制通风扬声器布线加以使用时，这些扬声器容易超过可能存在的任何消防规范。然而，可以把扬声器装配在任何其它 适当的区域中，也可以将其与医院房间中的诸如床或茶几的各种家具相集成。 针对扬声器的驱动器为全频带设备，它们允许非常高的保真度音频，而 且无需添加过滤功能，从而可以补偿传统设计的低功效。使用这一特性的单 一的驱动器，由于较少的元件数目，明显减少了扬声器阵列的开销。在使用 全频带设备的过程中，本发明的可能的实施例包括把环绕阵列中扬声器的数 目减少至恰好四个，而不是具有亚低音扬声器的5个。可以证明，对于可能 不愿安装具有亚低音扬声器的音频系统的预期的医院客户，这一方案较具吸 引力。扬声器阵列的主要目标是表达空间关系，以及出现在原始环绕记录空 间中的延迟。主要关注的问题是，维持高质量音频保真度和作为其指示信息 的环绕映像。
实质上，可以在小的PC母板上建造ATS回放箱。这一单元可以包含将 容纳环境节目的硬驱动器。也可以存在音频音板，计算机把节目数据发送于 这一音频音板，然后将节目数据转换成可听模拟环境节目。包括在该ATS回 放箱的主机壳内的可以是母板、音频板、硬驱动器、用户接口、配电部分以 及驱动扬声器的音频功率放大器部分。可以通过从标准110V墙电源插座插入 正规线电源的外部电源供给向该ATS回放箱提供总功率，并且把功率向下变 换至该ATS回放箱本身所需的水平。可以把所述单元设计为低功率的，并且 非常安静，其本身适合于隐藏和环境疗法系统的小外形准则。可以最小化这 一尺寸，以使其容易地加以隐藏，并且适合于医院的室内装饰。
通过在计算机系统的基础设施上构造ATS,存在着今后扩大这一设计， 以对该单元可以包含的特性进行改进的能力。所利用的计算机系统也可以包 含内置的网络接口。当具有这一接口时，存在着通过Internet或者其它广域网 对节目素材进行升级的内置的提供能力。这将使所述单元十分灵活，并且减 轻了最终用户必须维持升级的负担。
计算机还用作一种与用户进行联络的联络部件，即通过提供有关将加以 播放的节目的信息以及提供可以经由用户接口中的显示部分通过其显示这些 信息的方法，与用户进行联络的联络部件。包含在用户接口中的是，供用户 选择节目、调整音量等的输入控制。对于ATS回放箱，可以避免通常家庭影 院系统的用户接口的复杂性。目标是，使其尽可能地简单，并且为用户清楚 地定义功能，以致存在着最少的不确定性。
在ATS外壳中，可以容纳处置环绕阵列中的扬声器的驱动的小而高效的我们形成扬声器所给予的音调特征，为好像扬声器系统不实际存在于那里的 更透明的声音源创建了相应的存在条件。放大器可提供对驱动扬声器的输出 信号的均衡，即音调调整，以补偿声音再现的不精确。例如，向所记录的声 音的更精确的再现提供了可用于平援扬声器输出的均衡调整。其可以为在混 合时的均衡调整，与/或将其设计子阿针对某一特定扬声器集合所调整的ATS箱内。用于记录自然声音的记录算法也是本发明的关键的方面，将其设计为全 天候的和一定程度上可防动物的。当把麦克风组件插入地面时，麦克风组件 的高度可大约为30"。这使得麦克风位置在地面之上大约两英尺多一点。这 一高度可随记录环境和所希望的结果而变化。麦克风罩的顶部可以为半球形， 这有助于允许水从侧面流下，而不会滴入麦克风区域。罩的支架可以由302 不锈钢制成，以致可以把它们插入地面，而且很少或者不锈蚀。防风罩可以 为与用于Rycode型麦克风中的材料十分类似的尼龙材料。可以利用将抑制风 噪音，同时一定程度上可抗侵蚀的多种其它材料，获得类似的结果。本发明 包含一种抗击可能出现的老鼠/啮齿目动物所带来的问题的特性。编织线编 织的罩覆盖从外部连接器至麦克风的麦克风电缆连线，并且覆盖麦克风。可 在罩内使用的麦克风为一种DPA微型电容式麦克风。也可以使用 一种比较便 宜的Shure麦克风产品。直到涉及ATS回放"箱"，系统才可以拥有处置我们的要求的计算能力的 适当组合，并且还能够支持除Windows以外的操作系统，而且拥有运行多通 道音频的适当的工作驱动器。所述系统可用于流线化从硬驱动器至声音电路的用于D/A转换的各个 音频文件。实施例包括Dolby AC3音频译码器，因为其有助于较大程度地压 缩我们的文件系统，并且不会损失保真度，而且它们处于将有助于降低价格 标签的不受版权限制的范围。然而，由于目前硬驱动器的尺寸问题，人们可 能只能够按它们原始的未压缩的固有48KPCM格式，把整个环境目录放在硬 驱动器上，并且仍具有空余的空间。分地加以指出。


为了更好地理解本发明，可以参照附图，其中 图1为麦克风阵列和记录设备的基本示意图； 图2为回放系统的基本示意图； 图3为麦克风保护罩的透^f见图； 图4为ATS模拟板的方块图； 图5 9为各种用户接口屏面。
具体实施例方式
根据本发明的实施例，图1 9中说明了各种图例，对于这些图的所有图 例与图形，统一地使用相同的参照数字指示本发明的相同的与相对应的部分。 另外，请注意，针对本发明的某一个图项或部分的参照数字的头一个或多个 数字应相应于其中首次标识该图项或部分的那图的图号。而且，还4是供了各 种电子装备的技术指标说明，以说明本发明的所希望的范围内的性能与操作 技术指标说明的例子。
本发明的实施例包含这样一种方法使用匹配的麦克风阵列，在声音记 录位置记录自然声音；在高分辨率记录设备上记录信号，包括创建音频基 (audio bed);以及在分离的回放位置在调谐的回放系统上回放该记录。该实 施例讲授一种针对环境疗法的新型装置与方法。
通过参照附图和参照包括在此处的各种电子装备技术指标说明实例，可 以更好地理解本发明和不同实施例的具体细节。参照图1,图l描述了麦克 风矩阵阵列和记录系统100的实施例的表示。图1中所描述的这一优选实施 例大约为200，x 200，的阵列，其中，把四(4)个102、 104、 106以及108麦 克风分别放置在200，x 200，空间的四(4)个角落之一，在200，x 200，空间中 维度A大约为200',维度B大约为200'。可以调整阵列的维度，以更好地适 应给定的自然环境，然而，在许多自然环境中，例如，在树林或森林中，较 佳的做法是采用大约200，x 200，阵列。独立的麦克风将针对200，x 200，阵列所 定义的每个声音事件，利用麦克风之间的固有的时间延迟记录声音。
图项IIO、 112、 114以及116为定制化罩深层环的表示，其中把麦克风 悬挂在铃和铃锤配置中。罩，即盖子可以使麦克风远离潮汽和碎物。可以把 罩装配在瓷绝缘子118上。麦克风输出相应于环绕声音和代表环绕声音的信号M1、 M2、 M3以及M4。把所述信号接收到前置放大器120中，然后，由 监视/记录系统122加以监视和记录。较佳的做法是还存在与所述阵列近距 离地放置金属棒126，用于吸收静电。较佳的做法是把该金属棒高于地面约 为7英尺，距离所述阵列3 4英尺加以放置，并且最好由铜加以制造。麦克 风传输线的规格和材料可以不同，但较佳的做法是对它们进行选择，以最小 化信号噪音和干扰。防风罩124也表示把麦克风与风进行了屏蔽。参照图2,图2描述了其设计旨在最大化环境疗法效果的调谐的与匹配 扬声器阵列以及回放系统200的表示。其中，描述了四(4)个匹配的扬声器 202、 204、 206以及208和可选的中心通道亚低音扬声器210。回放系统212 通过放大器214回放信号，放大器214生成信号Sl、 S2、 S3、 S4以及C。如 所指示的，中心通道为可选的。环境疗法由2个主要的部件构成1. 所记录的音频软件；以及2. 具体的回放或传送系统。在此处将其称为"4.1"技术的麦克风配置中执行记录过程。这意味着音频 的回放通过四个匹配的扬声器，以及可选地通过1个亚低音扬声器。可以按 这一方式记录四个季节的自然声音和其它的自然声音，例如波浪，其中，麦 克风的放置为200，x 200'，而且所有四个麦克风之间的距离为200，。回放系 统可以包括针对声音的四个(4)声音通道回放的四(4)个扬声器，其中所 述每个声音相应于四个(4)麦克风通道中的每个麦克风通道所捕获的声音， 而且作为选择，回放系统也可以包括增强低频声音回放的亚低音扬声器或者 中心通道。把这一技术称为"4.1"技术。然而，也可以利用"4.0"技术回放系统， "4.0，，技术回放系统不包括亚低音扬声器通道。可以可选地选择4.0或4.1技术， 以充分满足某一具体的回放安装。一旦记录了季节或者环境自然声音空间，包含所记录的素材的多个连续 的、或者顺序的、或者随机的小时数，则检查、压缩以及编辑音频"基"。可 以把记录的月份汇编于用于提交环境疗法的1小时格式中。优选的是所使用的麦克风拥有技术指标说明，该技术指标说明包括宽范 围的可听声音，并且为全方向的。例如，存在着拥有所希望的技术指标说明 的两种不同品牌的麦克风。设立过程中可利用的 一种品牌是Shure牌电介体
电容式MX183型麦克风，其可拥有永久性的安装，因为实践证明，在各种 天气条件下，它们较为鲁棒(robust)。另外，还可以利用DPA牌4060电介 体电容式麦克风。也可以利用拥有类似性能技术指标说明的其它的麦克风。 麦克风的拾音模式可以为"全方向的"，即"全方位的"。麦克风从所有方 向拾取声音。它们为小的"颈挂式麦克风"型的麦克风。麦克风接收其中放置 它们的位置的宽范围的可听声音。麦克风把音频声音能量转换为(经由硬导 线、无线传输器、光纤等)传输于麦克风前置放大器的电信号。然后，按多 种方式操纵来自每个麦克风的放大的电信号
(1) 为了加以监视，将其转换为音频信号；
(2) 就内容，即对低频干扰、蜂鸣声去除等，对其进行电修改；以及
(3) 将其转换为数字信号，以存储在一种适当的高分辨率媒体(磁带、 磁盘等)上。
通过地下的屏蔽电缆，把这4种麦克风信号电气地传输于作为原始音频 的存储媒体的多通道、高分辨率数字音频记录器。麦克风装配由下列部分组 成
(1) 定制化设计的防风罩，涂有一层防水纤维，以防止麦克风受侵蚀， 以及减少麦克风所拾取的令人不快的风噪音；
(2) 定制化设计的"罩"，其制造旨在把麦克风头朝下地悬挂在铃和铃锤 配置中，以抑制潮气对信号纯度的不良影响；以及
(3) 接下来，可以把罩装配在瓷绝缘子上。
可以把7英尺长的稳固的铜棒放置在离地面大约3 ~ 4英尺的位置，以吸 收任何可能对信号纯度的产生不良影响的静电荷。为屏蔽rf干扰，传输电缆 为一种适当规格的多对儿导线。传输电缆可以延伸1000，，至麦克风前置放大 器、然后至监视系统以及高分辨率多通道数字音频记录器，多通道数字音频 记录器为24个比特，具有48Khz的数字分辨率。可以同时记录所有四个通道。
一旦记录了原始音频，则进行时间压缩，以创建音频"基(bed)"。把数字 音频从数字音频磁带传送于基于音频记录、编辑的计算机以及回放系统，以 获取更大灵活性。然后，把音乐定制化地设计为能够根据出现在环境声音空 间中的自然声音所触发的事件、按特定的次数在音频基上加以集成。也可以 创建和包括定制化的声音效果，以增强或者扩大自然声音或者音乐内容。
可以针对每个治疗的具体意图，例如针对分散疼痛注意力或者婴儿出生，
指导和定制化音乐的内容。这是重要成分，因为其引导了受到自然声音鼓舞 的作曲家的创作过程，因为其涉及目的驱动的对象。按一种可获得所希望的 目标治疗效果的方式，把自然声音事件用作指导音乐覆盖的关4建或触发因素。本方法与系统不是为了音乐而创建音乐，也不是为了声音而创建声音， 而是^^创建过程用于生成和创建与康复、治疗等有关的具体结果。传送系统硬件由下列部分构成(1) 回》文单元系统；(2) 具体的代码导线；(3) 屏蔽的扬声器系统；以及(4) 放大系统。另 一个硬件部件旨在对环境疗法收听室进行安装与调谐，以致于病人可 以从这一疗程形式收获最大利益。疗程的概念和应用可用于 (1 )分散疼痛注意力； (2)分散焦虑注意力；以及(3 )环绕环境疗法室"医院声音，，等的不希望的声音的瞬间尖峰脉冲信号屏蔽。一种理论是，由于人类听觉系统的不断演化导致的分心能够解决与每个 人的位置有关的听觉紧张和悬念，并且能产生诸如白日梦的各种效果。这一优选实施例的关键特性归结为在所记录的"基，，的记录时刻所创建的 200，x 200，算法或者阵列。由于本技术，可允许收听者/病人心理上把他们自 已置于"3维听觉空间"。如果按单一的(单声道的)，或者立体声的(双声道 的)方法提交内容，则不提交所述独特的3维环绕成分。如果不按环绕的4.0 或者4.1提交，则治疗结果将可能不同。更具体地讲，音乐内容引导了情绪的虚构。与200，x 200，配置中的高端 装备相结合的记录过程、专门设计的音乐内容以及作为素材的输出的控制的 提交系统，对于所述方法是至关重要的。在不背离本发明的范围的情况下，回放系统配置可以呈拥有不同性能技 术指标说明的不同的实施例。以下，列出了拥有不同性能技术指标说明的3 个可能的实施例。第一实施例
计算平台
母板VIAEPIAMMini-ITX母板
处理器VIA C3/EDENEBGA Processor 600 MHz Fanless
内存512MB SDRAM DDR-266
音频处理器VIAVT1616 6通道AC，97 Codec
存储器
硬驱动器160GB Western Digital Caviar, 7200RPM, 8M超高速緩沖 存储器
光存储器16xDVDROM 软件
操作系统针对其6通道音频支持与开发工具，选择Microsoft Windows XP Professional 。
编程语言把Microsoft Visual Basic用于模拟前面板显示器和4欠件中的 控制，以仿真物理面板。
音频文件格式利用Extensible Wave，因为其为默认的Windows格式。
用户接口
前面板针对其两行LCD显示器、6按钮键盘以及其适合安装于驱 动舱的能力，选择Crystalfontz 633前面板LCD&键盘。 才莫拟音频部分
功率放大器四个离散的通道-50W/4Q定制类D音频功率放大器。 电源
CPU电源ITX-PB 200W Internal ITX Power Supply
音频电源Astrodyne SPU130-108 130W 24V Universal 85-265VAC
Input
系统外壳
ATS外壳ITX-PB ITX Checker Cube Case 扬声器系统
扬声器Speco Technologies SP-6MA/T 6.5"天花板安装同轴扬声器 第二实施例
计算平台 母板VIAEPIAMSMini-ITX 处理器VIA C3/EDENEBGA Processor Fanless 内存512MB SDRAM DDR-266 音频处理器VIAVT1616 6通道AC，97 Codec存储器 硬驱动器IBM/Hitachi 2.5" 8MB超高速緩冲存储器Enhanced 24/7用法 光存储器Panasonic Slot Load DVD ROM 软件 操作系统针对其6通道音频支持与开发工具，选择Microsoft Windows XP Professional,以及初级Linux迁移与试-验版。 编程语言把Microsoft Visual Basic用于模拟前面板显示器和软件中的 控制，以仿真物理面板，以及当要求新的特性时，对它们进行测试。 音频文件格式DolbyAC3多通道格式以及有助于版权保护的可能的 加密方案的试验版。用户接口 前面板定制化设计的按钮键矩阵、音量控制以及^L调控制 显示器Noritake点阵真空荧光显示器才莫拟音频部分 模拟水平与微调定制化设计的VCA驱动的前置放大器，具有主与微 调控制的四个通道。 功率放大器定制化i殳计的四个通道-50W/4Q定制类D音频功率力文 大器。电源 CPU电源ITX-PB 200W Internal ITX Power Supply 音频电源定制化设计的多输出DC供给 系统外壳.ATS外壳正在估价的各种外壳 远程控制 远程控制通过软件仿真的无线系统的实现
扬声器系统 扬声器包括Speco Technologies SP-6MA/T 6.5"天花板装配同轴扬声 器的不同扬声器的进一步的试验与估价。第三实施例 计算平台 母板通过所有质量和生命期测试的高成效比方案 处理器伴随所选择的母板的Fanless处理器 内存可处置所有系统功能的适当的内存 音频处理器根据所选择的母板所选择的音频编码译码器存储器 硬驱动器IBM/Hitachi 2.5" 8MB超高速緩沖存储器Enhanced 24/7用法 光存储器Panasonic Slot Load DVD ROM 软件 操作系统针对这一应用所定制化配置的无版税Linux OS 编程语言Linux下的C程序设计语言 音频文件格式DolbyAC3多通道格式以及有助于版权保护的可能的 加密方案的试验版。 用户接口 前面板定制化设计的按钮键矩阵、音量控制以及微调控制 显示器Noritake点阵真空焚光显示器才莫拟音频部分 模拟水平与微调定制化设计的VCA驱动的前置放大器 功率》丈大器定制化设计的四个通道-50W/4Q定制类D音频功率力文 大器。电源供给 CPU电源ITX-PB 200W Internal ITX Power Supply 音频电源定制化设计的多输出DC供给 系统外壳 ATS外壳 一种满足所要求的特性需求和视频类型期望的定制的外壳
远程控制 远程控制通过软件测试的仿真系统的物理对应部分的实现 扬声器系统*扬声器为磁屏蔽的全频带天花板装配同轴扬声器 以上的实施例仅为如何能够实现所述系统的说明性的实例。然而，在不 背离本发明的范围的情况下，具体的部件可以不尽相同。参照图4, ATS模拟板的主要功能是，从ATS的CPU母板获取低电平模 拟音频输出信号，并且提供对这些信号的适当的放大，以驱动扩音器的阵列。 基于前置放大器设计的电压受控放大器(VAC)的设计，可以包括针对每个 通道403、 405、 407、 409的主控制以及各个微调控制404、 406、 408、 410。 所述ATS为一种多通道音频输出设备。这意味着存在着需要按某种合理的方 式同时加以控制的、同时运行的多个离散的音频通道。以下，将详细描述ATS 模拟板的实施例，然而，在不背离本发明的范围的情况下，模拟板设计可以 不尽相同。传统的方案利用了堆叠式电位器类型的音量控制，实质上为四个层叠在 一起的音量控制，并且通过单一的机械旋转加以操作。这种方案是低技术的， 但非常可靠。然而，也存在着一些缺点。首先，并且最重要的是，不能微量 地微调各个通道，因为把所有电位器都捆绑在了一起。使用ATS,必须同时 控制所有四个通道，而且，在最终安装过程中，在扬声器的布置中，还必须 具有微调每个通道，很好地适应电位的不匹配的能力。因此，根据以上的准 则，使用电压受控放大器设计模拟板。实质上，VCA为一种监督电位器，将 通过其、经由简单的直流控制电压改变增益。通过同等地构造每个具有VCA 前置放大器412、 414、 416、 418的通道，可以把每个通道链接在一起，并且 通过中心控制源对它们加以驱动，以及单个地对它们进行樣i调。可以实现用于驱动典型低阻抗扩音器的高效的音频功率放大，因为有时 不把ATS定位在小而紧致的装备架或者箱体中，必须采用功率放大器的适度 高效，而且不生成过多热量的设计拓朴。ATS中的功率放大器部分为所谓的 转换功率放大器或者类D类型的放大器420。在传统的音频功率放大器中， 功效低的主要原因在于，使一定量的可用电流转化为放大器的输出器件中的 热量，而不是实际传送于扬声器负载，从而消耗了能量。由于试图以线性方 式控制针对负载的电流的固有属性，所以这一特定影响是不可避免的。转换
功率放大器所做的是，耗费极少量的电流，即功率放大器的内部输出器件所 消耗的电流，并且几乎把所有电流都发送于负载。通过简单地不允^^命出器 件拥有线性响应，而是离散的和二进制的响应，实现这一点。输出器件要么 全接通，并且把电流导向负载，要么关闭，并且不把电流导向负载。ATS回放系统实现了主静音控制，该主静音控制同时制约着所有通道。 作为模拟板功能的一部分，可以并入主静音422控制，从而有助于突然要对 音频进行静音处理的需求，为了让最终用户做到这一点，是其中并入主静音 422控制的原因所在。可以通过按下按钮，筒单地实现这一功能，该4安4丑将 把音频放大器锁定为静音状态。对该按钮的另一次相继的按下，将脱离静音 电路，从而音频放大器将正常运作。就含括用于重新调用预先设置水平的方案和远程控制实现的软件控制的 音量控制而言，可以使用灵活的拓朴对模拟板进行设计。由于并入了基于前 置放大器的VCA,所以能够把ATS升级为软件控制的。这允许软件控制的音 量功能的今后的实现，包括用于在具体方案中进行重新调用的预先:^殳置的音 量水平。另外，也可以相对容易地把无线远程控制添加于所述系统，而无需 重新设计整个前置放大器电路。把音频信号从CPU母板传输至ATS模拟板，而且，当ATS模拟板接收 到音频信号时，将其输入于VCA放大器。从图4中可以看到这一点。由线性 DC控制电压控制音频信号的从VCA退出的电流电平或者通过放大器的增 益，此时所述线性DC控制电压相应于来自VCA的总的对数吞吐量。对于 ATS的模拟板上的每个通道的VCA,存在着两个控制电压源。图4中可以看 到这两个控制电压源。控制电压的#1源可以来自主音量控制。这可以包括根据把音量控制的位 置定位在何处，生成控制电压的单一的电位器。可以这样地进行排列通过 VCA,顺时针旋转将产生正的增益。也可以把这一特定的控制电压放大器配 置为能够给出双斜率响应。当按低电平操作该单元时，音量控制将影响较大 范围的增益。可以这样地设计所述控制在音量控制大约为1点钟时，增益 的斜率减小，因此所述控制的较大移动，产生明显小的增益位移。如果人们 把所述控制旋转得过高过快，则这将有助于减轻可能的事故。控制电压的#2源来自单个的微调控制。可以把这一控制的接口定位在 ATS单元的后部，并且可允许系统的安装者调整ATS的通道上的各个的增益，
以适应因房间中可能的障碍或者安装扬声器所具有的较少的选择，在听位置处扬声器音量的可能的差别。这一控制仅为可以;夸越大约30dB的范围、 十A15db的增益或者衰减的线性控制。然后，可以4巴两个控制电压源合起来 424,以产生馈送于VCA的单一的控制电压。每个通道具有其自己唯一孩B周 控制，并且与主音量控制电压合起来，以产生针对每个通道的唯一的控制电 压。在音频电流退出VCA部分之后，接着将其直接馈送于功率放大部分。对 于功率放大器部分的图例，参见图4。可以把VCA的输出注入功率放大器部分。功率放大器可以基于类D类 型的脉沖宽度调制方案。可以使用高频三角波形调制流入的音频，并且可以 把脉沖宽度调制的输出馈送至一 系列控制提交于扬声器负载的晶体管。输出 方案为所谓的微分或平衡的桥输出。这意味着不存在具有单一的最终衰减输 出的稳固的地参照。而存在着相位相反的对称相反的信号，以及针对扬声器 负载的一种推挽电路。这允许放大器产生跨越所述负载的净电压输出，几乎 双倍于仅通过按单一最终模式运行放大器所获得的净电压输出。功率放大器可以拥有嵌入于设计中的关闭保护电路，在扬声器负载发生 故障，或者放大器过劳的情况下，关闭保护电路关闭放大器。也可以包括将 有效关闭功率放大器的、相当于静音功能的电路。可以通过离散的电路，而 不是在运行ATS的程序中由软件控制，把这一功能直接嵌入放大器部分。静 音电路可以根据来自进行按钮转换的用户的输入，锁定其状态。单一的按钮 按下，将关闭模拟板上的所有四个放大器。所述状态将闭锁，直至用户再次 按下所述按钮，而且静音电路将重新激活放大器。以上针对ATS模拟板功能所描述的所有功能和谐地作为整体， 一起产生 单一的板，即专门针对ATS播放机的需求的四个通道的前置放大器/功率放 大器方案。在不背离本发明的范围的情况下，该板的具体的设计细节可以不 尽相同。本发明的用户接口可以包括LCD触摸屏监视器，参照图5，以及其中由 ATS软件用户接口应用提供用户接口屏幕显示的显示驱动器。用于生成这样 的用户接口的软件应用是这一技术领域中的熟练技术人员十分熟悉的。用户 接口应用可用于实现包括下列特性的各种特性。参照图6~9,包括主菜单接口屏幕600的许多用户接口屏幕包括节目显 示窗口 602,节目显示窗口 602显示节目的标题和所播放的道、以及节目和
道的标识号码。在主菜单上，还提供了节目和道向前与向后跳跃按钮604, 节目和道向前与向后跳跃按4丑604允许用户向前跳至下节目或道，或者向后 跳至前节目或道。还提供了停止-前进-暂停-重复按钮606。当选择了重复功 能时，重复功能重复所播放的节目或道。提供了存在3种方式的环境模式608, 以听任何环境标题，它们是-l.)具有音乐的环境；2.)仅为环境；3.)仅为 音乐。环境指的是所记录的自然声音。主菜单还提供了用于选择系列节目编制的按钮610。系列节目编制选项 指的是把节目与另节目"链接起来"，参照图8 ~ 9。可以使用3个环境才莫式功 能中的任何功能实现这一点。系列节目的例子是，把夜间歌曲/仅为环境链 接于夏天歌曲/仅为音乐，再链接于鸟歌声/环境与音乐。节目相应于环境 标题，其包括具有音乐、仅为环境以及仅为音乐。节目指的是加载于内存中 的节目或者标题。当选择了加以播放的节目时，名字出现在主节目显示窗口 顶部中间位置。为了搜寻和找到节目，可以利用与所述窗口相邻的节目功能 上的向前和向后"跳，，o按钮，翻阅可得节目列表。前和下道按钮允许你翻阅 节目中的道。道指的是记录节目或者标题中的段的子文件。主菜单还提供了计时器按钮612,用于选择计时器选项，参照图7。计时 器功能是用于设置节目开始时间的警报器时钟类型的功能。计时器功能的目 的在于自动地启动所选择的节目。当失去昼夜轨迹时，可以把这一能力用于 人的"生物节律重新设置"。计时器功能允许用户为某一给定的节目或节目链 预先设置开始时间，其中，所述节目或节目链相应于所选^^的开始时间。新下载指示器614可允许用户知悉何时可以进行Ethernet下载。当下载 指示器闪烁时，表明可对新的节目进行下载。环境疗法回放系统可以经由通 信端口或者至某一广域网或局域网的网络，存取新的节目。为了进行存:f又和 下载，用户仅需按下闪烁的下载按钮。当完成了下载时，"加载完成"按钮将 闪烁，以表示已成功地向回放系统进行了下载。可使加载完成按钮适应于闪 烁2个星期，以表示在加载功能期间，在所提供内容变化的情况下进行下 载。ATS回放系统的可应用性的例子是，其在针对分散疼痛注意力的医院环 境中的应用。例如，用户具有因其臀部外科手术而感疼痛的病人。某些医学 研究表明，在这一痛苦状态下，病人可能化会感到极度忧伤。显然，摆脱这 样的感觉可能十分困难，或者几乎是不可能的。可以通过播放"夏天的歌，，环
境和音乐，以使病人处于夏天的雷雨中，分散注意力。所述概念在于，人类 按一对儿能级听这一音乐。诸如雷、敲击坚硬表面的雨滴以及风等自然声音， 可以创建不断演化的精确地知晓我们可能在哪儿的意识，而且，当音乐部分 开始时，该部分引导了大脑的更具"执行能力，，的功能。通过把自然声音事件 用作指导或者触发，以致音乐可随自然声音自然地流动，创作音乐覆盖，而 无需遮蔽自然声音。所述概念在于，与听觉信号相比，疼痛信号移动较慢， 因此，从理论上讲，身体的"耳门"功能可以把人的注意力从一种信号转移到 另一种信号。把几个小时自然声音压缩和编辑成一种更简洁的格式，例如l 小时格式等，这一格式的自然声音将以一种主导和分散收听者的注意力的声音基(soundbed)，灌注于人类的耳门。于是，可以把在树木繁茂的森林区域 中月的声音记录编辑成l小时的格式，这一格式充满了秋天的声音事件，例 如把树叶吹过多草的区域等，可以把该声音事件用作针对定制化创作的音乐 覆盖(overlay)的角虫发。为了编程选择，用户可以转向主屏幕节目，并且通过节目显示窗口右侧 的箭头键，选择节目，例如，秋天的歌。用户可以利用"模式，，按钮选择具有 音乐的环境，并且敲击播放。如果用户选择扩展感受，则用户可以做下面几 件事情1.)筒单地敲击重复按钮，其将重复节目，直至用户手工地敲击停 止；2.)把这一节目与该节目的另版本，即与仅为有音乐或者仅为环境的另 版本"链接起来"，或者将其与完全不同的节目(例如，鸟的歌声)链接起来。 为了创建节目链，用户将选择节目链按钮，此时，节目链建立屏幕将随显示 在节目显示窗口中所显示的"秋天的歌，，一起出现，并且将"秋天的歌"指定为x 中的节目链l,以作为节目链选择添加中的第一链路，添力口"秋天的歌"，而且 针对节目链中的每个节目链路重复这一过程；3.) —旦已经输入了节目链， 如果用户希望这"节目链，，开始于某一特定的时刻，则用户可以选择"计时器，， 功能。已经"设置"了主功能按钮右侧的提示。正如警报器时钟那样，可以设 置节目的开始。-设置-主计时器窗口打开 -选择上午或者下午 -选择小时和分钟。 -按下按钮，以及 ，选择退出。可以在大"设置，，窗口，或者 在计时器窗口中的主屏幕上(右侧的开-关)完成这一过程，"红"为"停止" 功能。1. 存在着2个计时器。上午与下午，计时器功能是"前进"功能，从而 其为绿色的(绿灯前进)。2. 存在着6个可能的节目链，每个节目链具有2个可能的计时器，因此 总共12可能的计时器。另一个例子是这样方案其中，病人为失去了昼夜意识的妄想病患者。 用户可以通过与特定的节目序列相结合使用计时器功能，尝试重新设置病人 的生物节律1. 选择仅为鸟歌声环境 -然后，添加于节目链-链接于具有音乐的鸟歌声环境 -激活计时器，并且设置(上午7时) -按下按钮 -完成-此处的目的在于，根据我们的听力的二重性，我们正使用我们的不断 演化的听力中的早晨的鸟的声音，慢慢地唤醒病人...，然后，通过添加音乐， 添加较高的"执行功能"听力。这一序列可以约为2个小时，并且继续沿续2. 选择"具有音乐的环境"的夜间歌声 -添加于节目链-把具有音乐环境的夜间歌声与仅为夜间歌声的环境链接起来 -激活计时器，并且设置(下午10时) -按下按钮 -完成此处的目的是按与上午序列相似的方式，减慢活动。以上所描述的各种方法与系统环境疗法实例，说明了环境疗法的一种新 型积无念。本发明的用户可以选4奪以上环境疗法实施例中的任何实施例，或者 与它们的等效的实施例，耳又决于所希望的应用。就此而言，可以认为，在不 背离本发明的构思与范围的情况下，可以利用各种形式的患者环境疗法的方
法与系统。从以上的描述中可以明显看出，本发明的某些方面并不局限于此处所说 明的例子的具体细节，从而，可以认为，这一技术领域中的熟练技术人员将 会明显意识到本发明的其它修改形式与应用，或者它们的等效的形式。因此， 旨在以权利要求涵盖所有不背离本发明的构思与范围的这样的修改形式与应用。通过对附图、所公开的内容、实例说明以及所附权利要求的考察，可以 获知本发明的其它方面、目的以及优点。
权利要求
1.一种环境疗法记录与回放系统，包括麦克风的矩形阵列，包括围绕矩形阵列的中心点对称排列的四个独立的多方向麦克风，每个麦克风位置处于所述阵列的四个角落之一；以及记录系统，具有四个独立的记录通道，其中，每个通道可操作地连接于麦克风之一，以接收麦克风所捕获的声音，而且该记录系统还具有电子存储部件，用于电子地记录每个通道所捕获的声音。
2. 根据权利要求1所述的环境疗法系统，其中，按200英尺x200英尺 的矩形阵列排列麦克风，并且把麦克风定位在阵列的角落处。
3. 根据权利要求1所述的环境疗法系统，其中，每个麦克风均为全方向 颈挂式类型的麦克风，并且用保护罩和防风罩将其覆盖。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中，把保护罩装配在磁绝缘子上。
5. 根据权利要求1所述的环境疗法系统，还包括几乎在所述阵列外侧隔 开的静电吸收棒。
6. 根据权利要求1所述的环境疗法系统，还包括 用于把连续多个小时的电子记录压缩成1小时格式节目的电子编辑部件。
7. 根据权利要求6所述的环境疗法系统，还包括四通道环境疗法回放系 统，该环境疗法回放系统包括用于存储节目的电子存储器；以及四通道的放 大器，该放大器具有四个可用于驱动四个用于回放1小时格式节目的扬声器。
8. 根据权利要求7所述的环境疗法系统，其中，四通道放大器包括基于 前置放大器设计的电压受控放大器，而且所述四个扬声器为四个全频带低压 同轴扬声器。
9. 一种环境疗法回方文系统，包括计算机系统，由该计算机系统上的用户接口控制，可用于向电子存储设 备存储节目和从该电子存储设备检索节目，并且还控制音频音板以接收从电 子存储设备所检索的和计算机所发送的节目，以及进一步的控制该音板把该 节目转换成可听模拟节目，以便把该模拟节目导向用于驱动包括四个扬声器 的扬声器阵列的、具有四个通道的放大器，每个通道对应一个扬声器。
10. 根据权利要求9所述的回放系统，其中，扬声器为低压、全频带以 及同轴扬声器。
11. 根据权利要求IO所述的回放系统，其中，扬声器可安装在天花板中。
12. 根据权利要求IO所述的回放系统，其中，扬声器安装在家具中。
13. 根据权利要求9所述的回放系统，还包括可用于上载音乐的网络接p 。
14. 根据权利要求9所述的回放系统，其中，放大器为基于前置放大器 设计的电压受控放大器，具有针对所有通道的主控制以及针对每个通道的孩吏 调控制，其中，针对每个通道，把主控制和每个微调控制合起来。
15. 根据权利要求14所述的回放系统，其中，放大器包括微分转换D 类型脉沖宽度调制功率放大器。
16. 根据权利要求15所述的回放系统，还包括针对所有通道的主静音控制。
17. —种用于记录与回放治疗音频的方法，包括步骤 通过麦克风的矩形阵列捕获自然声音，所述麦克风的矩形阵列包括围绕该矩形阵列的中心点对称排列的四个独立的全方向麦克风，其中，把每个麦 克风定位在所述阵列的四个角落之一；输出四个独立的信号，四个麦克风中的每个发出一个信号，其中，所述 信号代表所捕获的自然声音；采用创建四通道声音基的独立四通道记录i殳备同时^接收和记录所述四个 独立的信号；把所捕获的自然声音电子地编辑和压缩成1小时的格式； 通过创作音乐覆盖，创建l小时的环境节目格式，其中，通过声音基中的自然声音，触发创作动机；以及通过在自然声音的所记录的声音基上叠加音乐覆盖，制作环境节目的音乐覆盖部分。
18. 根据权利要求17所述的用于记录与回放的方法，其中，麦克风的矩 形阵列为200，x 200，方阵，而且其中，麦克风为全方向颈挂式麦克风类型的 麦克风。
19. 根据权利要求18所述的用于记录与回放的方法，还包括下列步骤 提供包围麦克风的保护罩以及罩上的防风罩。
20. 根据权利要求17所述的用于记录与回放的方法，还包括下列步骤 提供几乎在所述阵列外部附近隔开的静电吸收棒。
21. 根据权利要求17所述的用于记录与回放的方法，还包括下列步骤提供回放系统，该回放系统包括可由用户接口控制的计算机系统，其中， 所述用户接口可用于向电子存储设备存储节目和从该电子存储设备检索节 目，并且还控制音频音板以接收从电子存储设备所检索的和计算机所发送的 节目，以及进一步地控制该音板以把节目转换成可听模拟节目，以便把该模器，每个通道对应一个扬声器，以及把该模拟节目导向放大器并驱动该扬声 器阵列。
22. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，其中，扬声器为低 压、全频带以及同轴扬声器。
23. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，还包括把回放系统 安装在房间中，以及把扬声器安装在天花板中的步骤。
24. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，还包括把回放系统 安装在房间中，以及把扬声器安装在家具中的步骤。
25. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，还包括下列步骤 在回放系统中，提供可用于上载新节目的网络接口。
26. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，还包括下列步骤 采用针对所有通道的主控制以及针对每个单个通道的微调控制，控制放大器。
27. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，还包括下列步骤 选择地使所有四个通道静音。
28. 根据权利要求21所述的用于记录与回放的方法，其中，放大器包括 微分转换D类型脉沖宽度调制功率放大器。
29. 根据权利要求22所述的用于记录与回放的方法。
全文摘要
包括一种通过匹配的麦克风阵列记录自然声音的方法的方法与装置，把信号记录在高分辨率记录设备上，包括创建音频基，以及回放调谐的回放系统上的记录。所述方法与装置用于创建或者复现用于环境疗法的环境声音空间。
文档编号H04R29/00GK101133678SQ200680007072
公开日2008年2月27日 申请日期2006年1月13日 优先权日2005年1月13日
发明者小路易斯·F·戴维斯 申请人:环境医疗有限责任公司