CN101223819B - 借助于dsp来控制多个扬声器的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

在再现环境中，扬声器被分组到方向组，其中方向组对于相关联的扬声器产生交迭，从而展现出具有扬声器参数的扬声器，该扬声器参数针对第一方向组和第二方向组来说具有不同的值。用于控制多个扬声器的设备包括用于提供音频源的源位置的装置(40)，其中所述源位置位于第一方向组位置和第二方向组位置之间。所述设备还包括用于计算至少一个扬声器的扬声器信号的装置(42)，所述计算基于扬声器参数的第一参数值(42a)和扬声器参数的第二参数值(42b)来进行。

Description

借助于DSP来控制多个扬声器的设备和方法
技术领域
本发明涉及音频技术，具体涉及对包括delta立体声系统(DSS)或波场合成系统或两者的系统中的声源进行定位。
背景技术
用于提供例如会议室或音乐厅中的舞台或甚至是户外的相对大环境的典型的声处理系统都具有这样的问题，即由于通常所使用的扬声器通道的数目较小，所以必然不可能对声源的实际位置进行再现。但即使除了单通道之外还使用左通道和右通道，仍存在与位置有关的问题。例如，必须向后排座位(即远离舞台的座位)提供与靠近舞台的座位相同的声音。例如，如果仅把扬声器布置在礼堂的前面或两侧，那么不可避免地会出现问题，即坐在靠近扬声器的位置的人将感到扬声器太吵，而后排的人仅能够勉强听到。换句话说，由于在该声处理场景中单独提供的扬声器被感知为点源，所以总会有人感到太吵，而其他人会说声音不够大。总是感到太吵的人是坐得很靠近类似点源的扬声器的那些人，而感到声音不够大的人是坐得远离扬声器的那些人。
为了至少在一定程度上避免这个问题，已经尝试把扬声器放得更高，即高于坐在靠近扬声器附近的人，从而至少这些人不会感受到全部声音，而是扬声器的声音中的相当一部分将在观众头顶传播，因而不会被前面的观众所感知，另一方面，仍将向后排观众提供足够的水平。另外，线性阵列技术中也遇到了这个问题。
其他可能包括在低水平上运行，以便不会对前排的人(即靠近扬声器的人)造成太大的压力，因而明显存在如下风险，即对于房间中的后部，声音可能仍不够大。
关于方向感知，整个问题甚至更为难以解决。例如，单一的单声 扬声器(例如在会议室中)将不能实现方向感知。仅当扬声器的位置与方向相对应时，才能够实现方向感知。这是由于仅存在一个单一的扬声器通道。然而，即使存在两个立体声通道，然而最多在左通道和右通道之间感到淡入淡出(fade over)或同时淡入淡出，即可以实现全景。这在仅有一个单一源的情况下是有利的。然而，如果存在若干个源，则仅能够在礼堂的小部分中粗略地进行定位(如同两个立体声通道可能的那样)。即使存在方向感知，甚至是立体声，这也仅仅是最佳听音位置(sweet spot)的情况。在若干个源的情况下，这个方向效果将变得越来越模糊，特别是当源的个数增加时。
在其他场景中，在这种具有立体声或单声的混合的中等大小至大型的礼堂中，扬声器位于观众之上，从而这些扬声器无论如何不能再现源中的任何方向信息。
即使声源(例如讲话的人或剧场的演员)在舞台上，他/她感知到布置在旁边或中央的扬声器。在这个上下文中，已经省却了自然方向感知。当声音对于后排观众来说足够大并且对于前排观众来说可以承受时，获得满意的结果。
在特定场景中，还采用所谓的“支持扬声器”，这些扬声器位于声源附近。以这种方式，尝试恢复听觉上的自然位置查找。这些支持扬声器通常没有延迟地被触发，而通过供应扬声器的立体声声处理被延迟，所以首先感知到支持扬声器，而且能够根据第一波前定律进行定位。然而，即使是支持扬声器也表现出被感知为点源的问题。另一方面，这导致存在偏离实际的发声位置的问题，而且存在这样的风险，即前面的观众将感到声音过大，而后面的观众感到声音过小。
另一方面，支持扬声器仅在声源(例如讲话的人)紧邻支持扬声器附近时才能够实现真正的方向感知。这在如下情况下成立：支持扬声器被置于讲台内，而且讲话的人总是站在讲台处；而且在这个再现空间中，任何人不可能站在讲台旁并为观众表演。
由于支持扬声器和声源之间的位置偏离，在听者的方向感知中存在角偏差，这给习惯于立体声再现而不习惯于支持扬声器的观众带来了不便。特别地，已经发现，当第一波前定律起作用且使用支持扬声 器时，更好的是，例如当实际声源(即讲话的人)与支持扬声器距离过远时，使支持扬声器无效。换句话说，这个问题与支持扬声器不能被移动(以便不会在观众中产生上述不便)的问题有关，从而支持扬声器在讲话的人与支持扬声器距离过远时被无效。
如上所述，所采用的支持扬声器通常是传统的扬声器，其仍旧表现出点源的声学属性(就像供应扬声器一样)，这导致紧邻该系统附近的水平过度，并且通常的感受令人不愉快。
通常，为了针对剧院/演出现场中进行的声处理场景，提供对源位置的听觉感知，本发明是通用常规声处理系统，其仅被设计为足以向整个礼堂提供由方向扬声器系统及其控制所补充的响度。
典型地，以立体声或单声，在某些情况下以5.1环绕技术对中等大小至大型的礼堂进行供应。典型地，扬声器位于观众的旁边或上面，并且仅能够针对一小部分的观众而再现源中正确的方向信息。多数观众将得到错误的方向效果。
然而，另外还存在delta立体声系统(DSS)，其根据第一声波波前定律而产生方向参考。DD 242954 A3公开了一种用于相对大的房间和区域的大容量声处理系统，其中活动室或表演室以及接待室或观众室紧邻或为同一个。根据运行时原理来进行声处理。具体地，与表示干扰的移动(特别是在重要的独奏声源的情况下)一同出现的任何偏差和跳跃效应得以避免，因为运行时参差(staggering)且不会出现任何受限制的声区，而且考虑了源的声功率。与延迟或放大装置相连的控制设备将对这些装置进行控制，与源和发音体位置之间的声路径类似。对此，测量源的位置，并将其用于在放大和延迟方面相应地调整扬声器。再现场景包括若干分隔的扬声器组，这些扬声器组被分别触发。
Delta立体声导致一个或若干个方向扬声器位于实际声源周围(例如在舞台上)，所述方向扬声器实现了大部分观众区中的位置查找参考。近似的自然方向感知是可能的。这些扬声器在方向扬声器之后触发，以实现位置参考。这样，方向扬声器将总是被首先感知到，因此，定位变得可能，这个联系也被称作“第一波前定律”。
支持扬声器被感知为点源。例如，如果独奏者与支持扬声器有一段距离而不是刚好在支持扬声器前或在支持扬声器旁边，其结果是与实际的发声位置(即原始源的位置)产生偏离。
因此，如果声源在两个支持扬声器之间移动，则必然在不同布置的支持扬声器之间发生淡入淡出。这与水平和时间均有关。相反，借助于波场合成系统，可以通过虚拟声源来实现实际的方向参考。
为了进一步理解本发明，下文更加详细地介绍波场合成技术。
可以使用新技术来实现改善的自然空间印象以及增强的音频再现围绕。该技术的基础(所谓的波场合成(WFS))在technicaluniversity of Delft中得到研究，而且在80年代后期第一次得以介绍(Berkhout，A.J.；de Vries，D.；Vogel，P.：Acoustic control byWave-field Synthesis.JASA 93，1993)。
由于该方法对计算能力和传输速率的巨大需求，目前波场合成很少在实际中应用。当今，微处理器技术和音频编码领域中的极大进展允许在特定应用中采用这种技术。专业领域中的第一个产品预期将在今年推出。在几年的时间内，针对消费者领域的第一个波场合成应用将会进入市场。
WFS的基本思想是基于波理论的Huygens原理的应用。
波到达的每一个点是按照球形或圆形传播的基波的起始点。
在声学上，进入的波前的任何形状可以由彼此相邻布置的大量扬声器(所谓的扬声器阵列)来复制。在将要再现的是单一点源且扬声器阵列为线性的最简单情况下，必须给每一个扬声器的音频信号提供时间延迟和幅度缩放，使得单独扬声器所发出的声场将会被恰当地叠加。在若干个声源的情况下，针对每一个源，分别计算对每一个扬声器的贡献，并把所产生的信号求和。如果将要再现的源位于具有反射壁的房间内，则还必须通过扬声器阵列对作为附加源的反射进行再现。因此，计算中的花费主要取决于声源的个数、记录室的反射属性、以及扬声器的个数。
特别地，这个技术的优点是，能够在再现室中的较大区域中实现自然空间声音印象。与已知的技术不同，以高精度的方式再现声源的 方向和距离。在一定程度上，甚至可以把虚拟声源置于实际扬声器阵列和听者之间。
即使波场合成对于环境条件已知的环境工作良好，然而如果条件发生变化或基于与实际环境条件不匹配的环境条件而执行波场合成，则仍会存在不正常。
环境条件可以由该环境的脉冲响应来描述。
这将使用如下示例更加详细地阐明。假定扬声器向不希望产生反射的壁发射声信号。针对这个简单示例，使用波场合成的空间补偿包括：最初，确定这个壁的反射，以探知由壁反射的声信号回到扬声器的时间，并探知反射后的声信号的幅度。如果这个壁的反射是不希望的，则波场合成提供了消除来自这个壁的反射的能力，其中除了原始音频信号之外，把与反射信号具有相反相位并具有相应幅度的信号加到扬声器上，使得前向补偿波补偿反射波，从而消除了所考虑的环境中来自这个壁的反射。这可以通过如下方式来实现：最初，计算环境的脉冲响应，并根据该环境的脉冲响应来确定壁的条件和位置，该壁被解释为像源，即被解释为反射输入声音的声源。
如果最初测量该环境的脉冲响应，而且如果随后计算补偿信号(在该补偿信号与音频信号发生叠加的情况下必须将该补偿信号加到扬声器上)，则将会抵消来自这个壁的反射，从而该环境中的听者在声音上感觉到这个壁完全不存在。
然而，对于反射波的最佳补偿的决定性因素是，精确地确定房间的脉冲响应，使得不会发生过补偿或欠补偿。
因此，波场合成能够在较大的再现范围上对虚拟声源进行正确的成像。同时，其为混声器和声音工程师提供了用于创建更为复杂的声音场景的新的技术和创造的潜在可能。80年代末由technicaluniversity of Delft所开发的波场合成(WFS，或声场合成)标识一种声音再现的全息方法。其基础是Kirchhoff-Helmholtz积分。其声称，可以借助于把单极子和双极子声源(扬声器阵列)分布在闭合体的表面上，而在该闭合体内产生任何声场。详情请参见M.M.Boone，E.N.G.Verheijen，P.F.v.Tol，“Spatial Sound-Field Reproduction by Wave-Field Synthesis”，Delft University of TechnologyLaboratory of Seismics and Acoustics，Journal of J.AudioEng.Soc.，vol.43，No.12，December 1995，以及Diemer de Vries，“Sound Reinforcement by wave-field synthesis：Adaption of theSynthesis Operator to the Loudspeaker DirectivityCharacteristics”，Delft University of Technology Laboratory ofSeismics and Acoustics，Journal of J.AudioEng.Soc.，vol.44，No.12，December 1996。
在波场合成中，根据在虚拟位置发射虚拟源的音频信号，针对扬声器阵列中的每一个扬声器来计算合成信号，对合成信号在幅度和相位方面进行配置，使得对扬声器阵列中存在的扬声器所发射的单独的声波的叠加所产生的波与虚拟位置的虚拟源所引起的波相对应，这个虚拟位置的虚拟源好似具有实际位置的实际源。
典型地，在不同的虚拟位置存在若干虚拟源。针对每一个虚拟位置处的每一个虚拟源而计算合成信号，从而典型地，一个虚拟源导致了若干扬声器的合成信号。从扬声器的观点来看，这个扬声器接收返回不同虚拟源的若干合成信号。这些源的叠加(由于线性叠加原理，从而是可能的)将产生由扬声器实际发射的再现信号。
扬声器阵列越靠近，即更多的单独的扬声器尽可能地彼此靠近，就可以更好地利用波场合成的可能性。然而，作为结果，波场合成单元必须实现的计算性能也要增强，因为典型地必须考虑通道信息。具体地，在原理上这意味着存在从每一个虚拟源至每个扬声器的专用传输通道，并且原理上每一个虚拟源导致每一个扬声器的合成信号，或每一个扬声器接收与虚拟源的个数相等个数的合成信号。
另外，在这点上应当注意，当可用扬声器的数目增加时，音频再现的质量提高。这意味着当扬声器阵列中存在的扬声器的个数增加时，音频再现的质量变得更好，而且更加逼真。
在上述场景中，针对单独的扬声器已经完成呈现并从模拟转换为数字的再现信号可以通过两线线路从波场合成中央单元传输至单独的扬声器。诚然，其优点是几乎能够确保所有的扬声器同步地工作，从 而在该情况下不再需要针对同步目的的其它措施。另一方面，在每一种情况下，波场合成中央单元仅会针对特定的再现室而产生，或针对使用特定数目的扬声器的再现而产生。这意味着对于每一个再现室，将会产生专用的波场合成中央单元，其必须实现相当数量的计算能力，因为音频再现信号的计算必须至少在部分上并行地和实时地实现，特别是对于大量的扬声器或大量的虚拟源。
Delta立体声尤其存在问题，因为不同声源之间的淡入淡出期间的相位和水平误差将引起位置假象。另外，当源的移动速率不同的情况下，将会出现相位误差和不正确的定位。此外，从一个支持扬声器到另一个支持扬声器的淡入淡出涉及编程方面的很大花费，保持对整个音频情景的概览也是问题，尤其是当若干源通过不同的支持扬声器而淡入或淡出时，以及存在不同地触发的大量的支持扬声器时。
另外，波场合成以及delta立体声实际上是相反的方法，然而这两个系统在不同的应用中具有优点。
例如，在计算扬声器信号方面，delta立体声的花费远小于波场合成。另一方面，以波场合成而工作可能不会产生假象。然而，由于距离要求和对具有紧密间距的扬声器的阵列的要求，不能总是采用波场合成阵列。具体地，在舞台技术领域中，难以把扬声器条带或扬声器阵列放置在舞台上，因为难以隐藏这些扬声器阵列，而且如果这样它们将是可见的，会对舞台的视觉效果造成不利影响。特别地，当(如剧院/音乐演出中的常见情况)舞台的视觉效果优于其他所有因素时，特别是优于声音或声音产生时，这存在问题。另一方面，波场合成没有预先定义支持扬声器的固定网格，而虚拟源可能连续移动。然而，支持扬声器不能移动。然而，通过方向淡入淡出，可以虚拟地产生支持扬声器的移动。
因此，delta立体声的限制尤其在于，舞台上所采用的可能的支持扬声器的个数由于花费的原因(取决于舞台布置)以及声音管理的原理而受到限制。另外，每一个支持扬声器(如果其根据第一波前原理而工作)需要产生所需响度的其他扬声器。这是delta立体声的很有利之处，主要是相对小的扬声器(因而容易采用)足以产生定位，而位于附近的大量的其他扬声器用于为礼堂中坐得很靠后的观众产生所需的响度。
因此，舞台上的所有扬声器可以和不同的方向区域相关联，每一个方向区域具有没有延迟或以小的延迟而触发的定位扬声器(或在同时触发的一小组定位扬声器)，而方向组中的其他扬声器以相同的信号而触发，但是具有小的时间延迟，以产生所需的响度，而定位扬声器已经提供了特别设计的定位。
由于需要足够的响度，所以方向组中的扬声器的个数不能减少至任意期望值。另一方面，可能希望具有很大数量的方向区域以连续地提供声音。由于除了定位扬声器外，每一个方向区域还需要足够数目的扬声器来产生足够的响度，所以当舞台区被分为相互邻接、未出现交迭的方向区域时，方向区域的数目受到限制，其中每一个方向区域具有与之相关联的定位扬声器或一小组紧密间隔的相邻的定位扬声器。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制多个扬声器的更为灵活的概念，该概念一方面确保了良好的空间定位，另一方面确保提供足够的响度。
该目的通过一种用于控制多个扬声器的设备、一种用于控制多个扬声器的方法、或一种计算机程序而实现。
根据本发明的一个方面，提出了一种用于控制多个扬声器的设备，其中，所述扬声器被分组到方向组(10a、10b、10c)，第一方向组位置(11a)与第一方向组(RGA)相关联，第二方向组位置(11b)与第二方向组(RGB)相关联，扬声器与第一和第二方向组相关联，扬声器具有与之相关联的扬声器参数，所述扬声器参数针对第一方向组具有第一参数值，而针对第二方向组具有第二参数值，所述设备包括：用于提供音频源的音频源位置的装置(40)，其中所述音频源位置位于第一方向组位置(11a)和第二方向组位置(11b)之间；以及用于计算针对至少一个扬声器的扬声器信号的装置(42)，所述计算基于 扬声器参数的第一参数值和扬声器参数的第二参数值以及音频源的音频信号来进行。
根据本发明的另一个方面，提出了一种用于控制多个扬声器的方法，其中，所述扬声器被分组到方向组(10a、10b、10c)，第一方向组位置(11a)与第一方向组(RGA)相关联，第二方向组位置(11b)与第二方向组(RGB)相关联，扬声器与第一和第二方向组相关联，扬声器具有与之相关联的扬声器参数，所述扬声器参数针对第一方向组具有第一参数值，而针对第二方向组具有第二参数值，所述方法包括：提供(40)音频源的音频源位置，其中所述音频源位置位于第一方向组位置(11a)和第二方向组位置(11b)之间；以及计算(42)针对至少一个扬声器的扬声器信号，所述计算基于扬声器参数的第一参数值和扬声器参数的第二参数值以及音频源的音频信号来进行。
本发明基于如下发现：需要留下相互临近的方向区域，这些方向区域规定了舞台上易于定位的移动点的“网格”。由于需要方向区域是非交迭的，为了获得明确的触发条件，对方向区域的个数有所限制，因为除了定位扬声器之外，每一个方向区域还需要足够大数量的扬声器，以便产生除了第一波前之外的足够的响度，而第一波前由定位扬声器来产生。
根据本发明，舞台区被分为相互交迭的方向区域，这样，将出现扬声器可能不仅仅属于一个单一的方向区域、而是属于多个方向区域的情况，例如属于至少第一方向区域和第二方向区域，而且可能属于第三或第四方向区域。
扬声器将会获知其与方向区域的联系，因为其(如果属于方向区域)具有与之相关联的特定的扬声器参数，该参数由方向区域确定。该扬声器参数可以是延迟，该延迟对于方向区域的定位扬声器来说较小，而对于方向区域的其他扬声器来说较大。其他的参数可以是由滤波器参数(均衡器参数)确定的缩放或滤波曲线。
在这个上下文中，舞台上的每一个扬声器典型地具有其自身的扬声器参数，这与其所属的方向区域无关。针对声音工程师在声音检查期间所处的特定房间，这些扬声器参数的值(取决于扬声器所属的方 向区域)典型地以部分探索和部分经验的方式而规定，并且一旦扬声器开始工作就得以采用。
然而根据本发明，由于允许扬声器属于若干方向区域，扬声器具有两个不同的扬声器参数值。例如，如果扬声器属于方向区域A，则其具有第一延迟DA。然而，如果扬声器属于方向区域B，则其具有不同的延迟值DB。
根据本发明，如果从方向组A切换至方向组B，或者如果将要对处于方向组A的方向区域位置A与方向组B的方向区域位置B之间的声源的位置进行再现，则现在使用这些扬声器参数，以使用针对该扬声器以及所考虑的音频源的音频信号。根据本发明，实际上不可解决的矛盾(即扬声器具有两个不同的延迟设置、缩放设置或滤波设置)得以解决，因为使用所涉及的所有方向组的扬声器参数值来计算将由扬声器所发射的音频信号。
优选地，音频信号的计算取决于距离的测量，即取决于两个方向组位置之间的空间位置，距离的测量典型地是零和一之间的因数，因数为零确定了扬声器位于方向组位置A，而因数为一则确定了扬声器位于方向组位置B。
在本发明的优选实施例中，根据源在方向组位置A和方向组位置B之间移动的速度，执行真正的扬声器参数值内插，或把基于第一扬声器参数的音频信号衰落为基于第二扬声器参数的扬声器信号。特别地， 利用延迟设置，即利用再现扬声器延迟(相对于参考延迟)的扬声器参数，必须特别留意所采用的是内插还是淡入淡出。即，如果源的移动很快，采用内插，则这将导致可听到的假象，而这个假象会引起音调响度的快速增大或快速减小。因此对于源的快速移动，淡入淡出是优选的，这诚然会导致梳状滤波器效应，然而由于快速的淡入淡出，其不会或几乎不会被听到。另一方面，对于较慢的移动速度，内插是优选的，以避免梳状滤波器效应，该效应随着较慢的淡入淡出而出现，并且还变得可以清楚地听到。为了避免例如破裂声的其他假象(其可以被听到)，在从内插到淡入淡出的“切换”期间，该切换不是突然执行的，即从一个采样到下一个采样，而是在包括若干个采样的淡入淡出区中基于淡入淡出函数来执行淡入淡出，该淡入淡出函数优选地为线性的，但也可以是非线性的，例如三角形。
在本发明的另一优选实施例中，图形用户界面可用，在图形用户界面上以图形的方式显示出从一个方向区域到另一个方向区域的声源路径。优选地，也考虑到补偿路径，以允许源路径的快速改变，或避免在场景改变时可能出现的源的硬性跳跃。补偿路径确保在源位于方向位置时、甚至源位于两个方向位置之间时，源路径都不会改变。这确保了源可以在两个方向位置之间从所编制路径上转变方向。换句话说，这具体地通过如下来实现：源的位置可以由三个(相邻的)方向区域、通过对三个方向区域进行识别、并指示两个衰落因数来限定。
在本发明的另一优选实施例中，波场合成阵列布置在声处理室中，其中可以存在波场合成扬声器阵列，所述波场合成阵列还通过指示虚拟位置(例如在阵列的中心)来表示具有方向区域位置的方向区域。
这样，系统的用户无需判断声源是波场合成声源还是delta立体声声源。
这样，根据本发明，提供了一种用户友好并且灵活的系统，该系统能够灵活地把房间分为方向组，因为允许方向组的交迭，该交迭区域内的扬声器(关于其扬声器参数)被提供有从属于方向区域的扬声器参数中导出的扬声器参数，这个导出优选地借助于内插或淡入淡出 来实现。备选地，还可以做出硬判决，例如如果源更接近一个特定的方向区域，则获取一个扬声器参数，而当源位于更接近其他源的位置时，获取其他的扬声器参数，在这种情况下，为了减少假象，简单地对可能出现的硬性跳跃进行平滑。然而，受距离控制的淡入淡出或受距离控制的内插是优选的。
附图说明
下文参考附图，详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了把声处理室细分为发生交迭的方向组；
图2a示出了针对各个区域中的扬声器的示意性扬声器参数表；
图2b示出了针对各个区域的更加详细的步骤表示，这是扬声器参数处理所需的；
图3a示出了线性双路淡入淡出的表示；
图3b示出了三路淡入淡出的表示；
图4示出了使用DSP触发多个扬声器的设备的示意框图；
图5示出了根据优选实施例的图4中的用于计算扬声器信号的装置的更为详细的表示；
图6示出了用于实现delta立体声的DSP的优选实现方式；
图7是源于不同音频源的若干单独的扬声器信号中的扬声器信号的出现的示意图；
图8是可基于图形用户界面的用于控制多个扬声器的设备的示意图；
图9a示出了第一方向组A和第二方向组C之间的源的移动的典型场景；
图9b是根据补偿策略以避免源的硬性跳跃的移动的示意图；
图9c是图9d至9i的图例；
图9d是“InpathDual”补偿策略的表示；
图9e是“InpathTriple”补偿策略的示意表示；
图9f是AdjacentA、AdjacentB、AdjacentC补偿策略的示意表示；
图9g是OutsideM和OutsideC补偿策略的示意表示；
图9h是Cader补偿路径的示意表示；
图9i是三个Cader补偿策略的示意表示；
图10a是用于定义源路径(DefaultSector)和补偿路径(CompensationSector)的表示；
图10b是在存在修改的补偿路径的情况下使用Cader的源的后向移动的示意图；
图10c是FadeAC对其他衰落因数的影响的表示；
图10d是用于根据FadeAC来计算衰落因数(即权重因数)的示意表示；
图11a是动态源的输入/输出矩阵的表示；以及
图11b是静态源的输入/输出矩阵的表示。
具体实施方式
图1示出了把舞台区分为三个方向区域RGA、RGB、以及RGC的示意图，其中每一个方向区域包括舞台的几何区域10a、10b、10c，区域边界并不关键。而只有扬声器是否位于图1所示的各个区域中才是关键的。在图1所示的示例中，位于区域I中的扬声器仅属于方向组A，而方向组A的位置由11a来表示。通过定义，方向组RGA位于位置11a处，其中优选地在此处根据第一波前定律而布置的方向组A的扬声器具有比与方向组A相关联的所有其他扬声器的延迟更小的延迟。在区域II中，存在仅与方向组RGB相关联的扬声器，通过定义，方向组RGB具有方向组位置11b，在此处布置有方向组RGB的支持扬声器，其具有比方向组RGB中所有其他扬声器更小的延迟。在区域III中，存在仅与方向组C相关联的扬声器，通过定义，方向组C具有位置11c，在此处布置有方向组RGC的支持扬声器，这些扬声器的发送延迟比方向组RGC中所有其他的扬声器的延迟更小。
另外，在把舞台区细分为方向区域时，如图1所示，存在其中布置有与方向组RGA和方向组RGB均有关联的扬声器的区域IV。相应地，存在其中布置有与方向组RGA和方向组RGC均有关联的扬声器的区域V。
此外，存在其中布置有与方向组RGC和方向组RGB均有关联的扬声 器的区域VI。最后，存在所有这三个方向组之间的交迭区，这个交迭区VII包括与方向组RGA、方向组RGB以及方向组RGC都有关联的扬声器。
典型地，舞台设置中的每一个扬声器具有与之相关联的扬声器参数或多个扬声器参数，这些参数由声音工程师所设置，或由负责声音的主管来设置。如图2a中的列12所示，这些扬声器参数包括延迟参数、缩放参数、以及EQ滤波器参数。延迟参数D指示该扬声器输出的音频信号关于参考值(应用于不同的扬声器，但不一定实际存在)的延迟量。缩放参数指示该扬声器输出的音频信号与参考值相比较而言所放大或衰减的量。
EQ滤波器参数指示扬声器所输出的音频信号的频率响应。对于特定的扬声器，可能希望对与低频相比较而言的高频进行放大，这对于例如如果扬声器位于包括强低通特性的舞台部分附近的情况下是有意义的。另一方面，对于位于不具有低通特性的舞台中的扬声器，可能希望引入该低通特性，在该情况下EQ滤波器参数将会指示高频相对于低频产生衰减的频率响应。通常，可通过EQ滤波器参数来调整每一个扬声器的任何频率响应。
对于位于区域I、II、III中的所有扬声器，仅存在一个单一的延迟参数Dk、缩放参数Sk以及EQ滤波器参数Eqk。一旦方向组将要有效，则在考虑各自的扬声器参数的同时简单地计算区域I、II、III中的扬声器的音频信号。
然而，如果扬声器位于区域IV、V、VI中，则针对每一个扬声器参数，每一个扬声器具有两个相关联的扬声器参数值。例如，如果仅有方向组RGA中的扬声器是有效的，即如果源例如正好位于方向组位置A(11a)，那么针对这个音频源仅有方向组A中的扬声器将会播放。在这种情况下，与方向组RGA相关联的该列参数值将会用于计算扬声器的音频信号。
然而，如果音频源正好位于方向组RGB中的位置11b，则当计算扬声器的音频信号时，仅使用与方向组RGB相关联的多个参数值。
然而，如果音频源位于源AB之间，即图1中11a和11b之间的连线上的任意点，这个连线由12所表示，则区域IV和III中存在的所有扬声器 将会包括矛盾的参数值。
根据本发明，计算音频信号时考虑两组参数值，而且优选地考虑距离的测量，这将在下文阐明。优选地，在延迟和缩放参数值之间执行内插或淡入淡出。另外，优选地对滤波器特性进行混合，以考虑与同一个扬声器相关联的不同的滤波器参数。
然而，如果音频源位于不在连接线12上的位置，而是例如处于该连接线12之下，则方向组RGC的扬声器也必须有效。对于位于区域VII中的扬声器，将会考虑相同扬声器参数的三组典型不同的参数值，而对于区域V和区域VI，将会考虑针对方向组A和C以及同一个扬声器的扬声器参数。
图2b中再次概括了该场景。对于图1中的区域I、II、III，不需要执行扬声器参数的内插或混合。取而代之的是，可以简单地采用与扬声器相关联的参数值，因为明确相关联的扬声器具有单一一组扬声器参数。然而，对于区域IV、V和VI，必须对两个不同的参数值执行内插/混合，以获得针对同一个扬声器的新的扬声器参数值。
对于区域VII，在计算新的扬声器参数中不需要考虑典型地以表格形式存储的两个不同的扬声器参数值，但一定存在三个值的内插，即三个值的混合。
应当指出，也可以允许更高阶的交迭，即扬声器属于任意数目的方向组。
在这种情况下，仅有对混合/内插的要求以及对权重因数的计算的要求有所改变，这将在下文阐明。
现在参考图9a，图9a示出了源从方向区域A(11a)向方向区域C(11c)移动的情况。根据源在A和B之间的位置(即图9a中的FadeAC)S1从1到0线性地减小，方向区域A中的扬声器的扬声器信号LsA越来越减小，而同时源C的扬声器信号越来越衰减。这可以在S2从0线性增大至1而识别。选择淡入淡出因数S1、S2，使得这两个因数之和在任意时刻均为1。也可以采用备选的淡入淡出，例如非线性的淡入淡出。对于所有的这些淡入淡出，优选地是，对于每一个FadeAC值，有关的扬声器的淡入淡出因数之和等于1。例如，对于因数S1，非线性函数是COS2 函数，而对于权重因数S2采用SIN2函数。其他函数是本领域中已知的。
应当注意，图3a中的表示提供了区域I、II、III中所有扬声器的完全面(facing)规范。还要注意，在图3a右上部的音频信号AS的计算中，已经考虑了图2a的表格中与扬声器相关联的、并且来自各个区域的参数。
在图9a中，源位于两个方向区域之间的连线上，起始和目标方向区域之间的精确位置由衰落因数AC来描述，除了图9a所限定的常规情况之外，图3b示出了补偿的情况，例如当源的路径随其移动而发生改变时进行补偿。这样，源将从位于两个方向区域之间的任意当前位置(这个位置由图3b中的FadeAB所表示)到新的位置发生淡入淡出。这导致由图3b的15b所表示的补偿路径，而(常规的)路径最初编制在方向区域A和B之间，并且被表示为源路径15a。因此，图3b示出了源从A到B移动期间已经出现改变的情况，因而原始的编制发生改变，以便源不再向方向区域B移动，而是向方向区域C移动。
图3b所表示的等式表明了三个权重因数g1、g2、g3，这些因数提供了方向区域A、B、C中的扬声器的衰落特性。再一次应当注意的是，在各个方向区域的音频信号AS中，同样已经考虑了专属于方向区域的扬声器参数。对于区域I、II、III，可以简单地通过使用图2a的列16a中针对各个扬声器而存储的扬声器参数来计算来自原始音频信号AS的音频信号ASa、ASb、ASc，以便在最后利用权重因数g1来执行最终的衰落加权。然而备选地，这些加权不需要被分为不同的相乘，而是典型地出现在同一次相乘中，然后把缩放因数Sk与权重因数g1相乘，以获得一乘数，该乘数最终与音频信号相乘以获得扬声器信号LSa。相同的权重g1、g2、g3用于交迭区，然而需要对针对同一个扬声器所指定的扬声器参数值进行内插/混合，以计算基础音频信号ASa、ASb或ASc，这如下文所解释。
应当注意，如果FadeAbC被设为零，则三路权重因数g1、g2、g3将变成图3a中的两路淡入淡出，在该情况下g1、g2将保留，而在其他情况下，即如果FadeAB被设为零，则仅保留g1和g3。
下文参考图4来描述用于触发的设备。图4示出了用于触发多个扬 声器的设备，这些扬声器被分组到多个方向组，第一方向组具有与之相关联的第一方向组位置，第二信息组具有与之相关联的第二方向组位置，至少一个扬声器与第一和第二方向组相关联，而且该扬声器具有与之相关联的扬声器参数，该扬声器参数对于第一方向组具有第一参数值，而对于第二方向组具有第二参数值。该设备最初包括用于提供两个方向组位置之间的源位置的装置40，例如提供方向组位置11a和方向组位置11b之间的源位置，例如由图3b中的FadeAB所指定。
本发明的设备还包括用于计算至少一个扬声器的扬声器信号的装置42，该装置42基于通过第一参数值输入42a而提供的第一参数值以及提供给第二参数值输入42b的第二参数值进行计算，其中第一参数值应用于方向组RGA，而第二参数值应用于方向组RGB。另外，用于进行计算的装置42通过音频信号输入43获得音频信号，从而在输出侧提供区域IV、V、VI或VII中所考虑的扬声器的扬声器信号。如果当前所考虑的扬声器仅由于单一音频源而有效，则装置42在输出44处的输出信号将会是实际的音频信号。然而，如果扬声器由于若干音频源而有效，则针对所考虑的扬声器的扬声器信号，可以基于这个音频源70a、70b、70c，借助于处理器71、72或73来计算针对每一个源的分量，从而最后在加法器74中对图7所示的N个分量信号进行求和。这里，通过控制处理器75来获得时间同步，该控制处理器75优选地还被配置为DSP(数字信号处理器)，正像DSS处理器71、72、73一样。
显然，本发明不限于使用专用硬件(DSP)的实现。具有一个或若干个PC或工作站的集成式实现也是可能的，而且对于特定的应用甚至是有利的。
应当注意，图7示出了逐采样的计算。加法器74执行逐采样的相加，而delta立体声处理器71、72、73也逐采样地进行输出，而且音频信号优选地也以逐采样的方式针对源而提供。然而，应当注意，当需要逐块地进行处理时，也可以在频率范围内，即当在加法器74内把频谱彼此相加时，执行所有的处理操作。当然，借助于来回的变换所执行的每一个处理操作，可以在频率范围或时间范围内执行特定的处理操作，这取决于哪种实现更适于特定应用。类似地，也可以在滤波器组 (filterbank)域中进行处理操作，在该情况下为此目的需要分析滤波器组以及合成滤波组。
下文参考图5来描述图4中用于计算扬声器信号的装置42的详细实施例。
与音频源相关联的音频信号最初通过音频信号输入43而馈入滤波混合块44。滤波混合块44被配置为：当考虑区域VII中的扬声器时，考虑所有的三个滤波器参数设置EQ1、EQ2、EQ3。这样，滤波混合块44的输出信号表示各个分量中已经滤波的音频信号(这将在下文描述)，以获得对所涉及的所有三个方向区域的滤波器参数设置的影响。然后滤波混合块44的输出处的这个音频信号被馈入延迟处理级45。延迟处理级45被配置为产生延迟的音频信号，其延迟现在基于内插的延迟值，然而，如果不能进行内插，则其波形取决于三个延迟D1、D2、D3。在延迟内插的情况下，与针对三个方向组的扬声器相关联的三个延迟可用于延迟内插块46，以计算内插后的延迟值Dint，然后将其馈入延迟处理块45。
最后，执行缩放46，使用总缩放因数来执行缩放46，所述总缩放因数取决于与同一个扬声器相关联的三个缩放因数，这是因为扬声器属于若干个方向组。在缩放内插块48中计算这个总缩放因数。优选地，描述方向区域的总衰落、并且在图3b的上下文中已经得以阐述的权重因数也被馈入缩放内插块48，由输入49所表示，从而借助于缩放，在块47中基于扬声器的源而输出最终的扬声器信号分量，在图5所示的实施例中，这些输出分量可能属于三个不同的方向组。
除了所讨论的用于限定源的三个方向组，在其他方向组中的所有扬声器不输出针对这个源的信号，但对于其他源显然可以是有效的。
应当注意，可以使用与用于衰落的权重因数相同的权重因数来对延迟Dint进行内插，或对缩放因数S进行内插，如同图5中与块45和47分别相邻的等式所表明的。
下文参考图6来描述在DSP上实现的本发明的优选实施例。通过音频信号输入43来提供音频信号，如果音频信号以整数格式存在，则最初在块60中执行整数/浮点变换。图6示出了图5中的滤波混合块44的优 选实施例。具体地，图6包括滤波器EQ1、EQ2、EQ3，滤波器EQ1、EQ2、EQ3的传递函数或脉冲响应经由滤波器系数输入440受到各个滤波器系数的控制。滤波器EQ1、EQ2、EQ3可以是数字滤波器，其执行音频信号与各个滤波器的脉冲响应的卷积，或可以存在变换装置，借助于频率传递函数来执行频谱系数加权。在各个缩放块中，利用权重因数g1、g2、g3对以EQ1、EQ2、EQ3中的均衡器设置进行滤波的信号(全都回到同一个音频信号，如分发点441所示)进行加权，然后在加法器中把加权的结果相加。然后，在块44的输出，即在加法器的输出，执行向循环缓冲器的馈入，这是图5中的延迟处理45的一部分。在本发明的优选实施例中，均衡器参数EQ1、EQ2、EQ3不是被直接获取的，如在图2a所示的表中给出，而是优选地，在块442中执行对均衡器参数进行内插。
然而，在输入侧，块442实际上获得了与扬声器相关联的均衡器系数，如图6中的块443所示。滤波斜升块的内插任务对连续的均衡器系数进行低通滤波，以避免由于均衡器滤波器参数EQ1、EQ2、EQ3的快速变化所引起的假象。
因此，源可以在若干个方向区域上淡入淡出，这些方向区域的特征由均衡器的不同设置来描述。在不同的均衡器设置之间执行淡入淡出，并行地通过所有均衡器，而且对输出进行淡入淡出，如图6中的块44所示。
应当注意，在块44中用于对均衡器设置进行淡入淡出或混合的权重因数g1、g2、g3是图3b中表示的权重因数。对于权重因数的计算，存在权重因数转换块61，其把源的位置转换为优选地是三个围绕方向区域的权重因数。块61的上游连接有位置内插器62，该位置内插器62根据起始位置(POS1)和目标位置(POS2)的输入以及各个衰落因数(在图3b所示的场景中是因数fadeAB和fadeAbC)，以及典型地根据当前时间点上的移动速度输入，来计算当前位置。位置输入在块63中进行。然而，应当注意，新的位置可以在任意时间输入，所以不需要提供位置内插器。另外，应当注意，可以按照期望来调整位置更新率。例如，可以针对每一个采样来计算新的权重因数。然而，这不是优选的。相反，已经发现的是，权重因数更新率必须仅以采样频率的分数而出现， 以有效地避免假象。
图5中使用块47和48表示的缩放计算在图6中仅部分地示出。在图5的块48中进行的总缩放因数的计算不是在图6中表示的DSP中进行，而是在上游控制DSP中进行的。如“缩放”64所示，总缩放因数已经输入，并且在缩放/内插块65中进行内插，从而最后在如块67a中所示前进到图7的加法器74之前，在块66a中执行最终的缩放。
参考图6，下文展示图5中的延迟处理45的优选实施例。
本发明的设备能够进行两个延迟处理操作。一个延迟处理操作是延迟混合操作451，而另一个延迟处理操作是由IIR全通452所执行的延迟内插。
在如下所述的延迟混合操作中，提供已经存储在循环缓冲器450中的块44的输出信号，包括三个不同的延迟，在块451中对延迟块进行触发的这些延迟是非平滑的延迟，其显示在已参考图2a针对扬声器而讨论的表格中。这个事实也可由块66b来阐明，块66b指示方向组延迟在此处输入，而方向组延迟没有在块67b中输入，而是一次针对一个扬声器仅有一个延迟，即内插后的延迟值Dint，其由图5中的块46所产生。
然后以权重因数对在块451中以三个不同的延迟而出现的音频信号进行加权，如图6所示，然而现在权重因数优选地不是线性淡入淡出所产生的权重因数，如图3b所示。相反，优选地在块453中执行对权重的响度校正，以实现这里的非线性三维淡入淡出。已经发现的是，延迟混合情况下的音频质量更高，且假象更少，即使权重因数g1、g2、g3也用于触发延迟混合块451中的缩放器。然后，把延迟混合块中的缩放器的输出信号相加，以在输出453处获得延迟混合音频信号。
备选地，本发明的延迟处理(图5中的块45)还可以执行延迟内插。为此，在本发明的优选实施例中，从循环缓冲器450中读出包括(内插的)延迟的音频信号，其通过块67b而提供，并在延迟斜升块68中额外地得以平滑。另外，在图6所示的实施例中，还读出相同的音频信号，虽然其被延迟了一个采样。然后，把所考虑的音频信号中的这两个音频信号或采样馈入IIR滤波器进行内插，以在输出453b处获得音频信号，该音频信号基于内插而产生。
如已经所述，由于延迟混合，输入453a处的音频信号几乎不包括任何滤波器假象。相比起来，输出453b处的音频信号很难没有滤波器假象。然而，这个音频信号可能在频率值上有所移动。如果从较长的延迟值到较短的延迟值对延迟进行内插，则频率移动将会是朝向更高频率的移动，而如果从较短的延迟到较长的延迟对延迟进行内插，则频率移动将会是朝向更低频率的移动。
根据本发明，在淡入淡出块457中执行输出453a和输出453b之间的切换，淡入淡出块457受到来自块65的控制信号的控制，后文对该控制信号的计算进行描述。
另外，在块65中控制块457传递混合还是内插的结果，或结果的混合比率。对此，把来自块68的、得到平滑或滤波的值与未平滑的值进行比较，以在457中执行(加权的)切换，这取决于哪个较大。
图6中的框图还包括针对静态源的分支，该静态源位于方向区域中，而且不需要淡入淡出。针对这个源的延迟是与这个方向组的扬声器相关联的延迟。
因此，延迟计算算法在过慢或过快的移动事件中进行切换。相同的物理扬声器存在于具有不同水平和延迟设置的两个方向区域中。在源在两个方向区域之间进行缓慢移动的事件中，该水平发生衰落，而且借助于全通滤波器对延迟进行内插，即获取输出453b处的信号。然而，对延迟的内插导致信号音调(pitch)的改变，但这在缓慢改变事件中不是关键的。对比而言，如果内插速度超过特定值，例如每秒10ms，则可能感知到音调的改变。在过高速度的事件中，不再对延迟进行内插，而是包括两个恒定不同延迟的信号发生衰落，如块451中所示。诚然，这导致了梳状滤波器假象。然而，由于高衰落速度，这不会被听到。
如已经所述，两个输出453a和453b之间的切换根据源的移动而进行，或更具体地，根据待内插的延迟值而进行。如果必须对大量的延迟进行内插，则将会把输出453a切换至块457。另一方面，如果必须在特定的时间周期内对少量的延迟进行内插，则将采用输出453b。
然而，在本发明的优选实施例中，不以硬方式来执行经过块457 的切换。对块475进行配置，使得存在被设置在阈值周围的淡入淡出范围。因此，如果内插速度处于阈值处，则块457被配置为以如下方式来计算输出侧的采样：把输出453a上的当前采样以及输出453b上的当前采样相加，并把结果除以2。因此，在阈值周围的淡入淡出范围中，块457执行从输出453b到输出453a的软转变，或相反。可以把这个淡入淡出范围配置为任意大小，使得块457在淡入淡出模式下几乎连续地工作。对于趋向更硬的切换，可以选择淡入淡出范围为更小，从而在大部分时间中，块457仅把输出453a或仅把输出453b切换至缩放器66a。
在本发明的优选实施例中，淡入淡出块457还被配置为通过延迟变化阈值的低通以及滞后来执行抖动抑制。由于用于进行配置的系统和DSP系统之间的控制数据流量的运行时间没有得到保证，所以在控制文件中可能存在抖动，而这可能导致音频信号处理中的假象。因此，优选地通过在DSP系统的输入处对控制数据流进行低通滤波而对这个抖动进行补偿。该方法减小了控制时间的反应时间。另一方面，可以对很大的抖动变化进行补偿。然而，如果使用不同的阈值进行从延迟内插到延迟淡入淡出的切换，以及从延迟淡入淡出到延迟内插的切换，那么可以避免控制数据中的抖动，作为低通滤波的备选，而不会减小控制数据的反应时间。
在本发明的另一优选实施例中，淡入淡出块457还被配置为：当从延迟内插衰落至延迟衰落时，执行控制数据操作。
如果延迟变化急剧上升至大于延迟内插和延迟淡入淡出之间的切换阈值的值，则来自延迟内插的音调变化的一部分在传统衰落中仍是可听到的。为了避免这个结果，把淡入淡出块457配置为针对该时间保持延迟控制数据恒定，直到面向延迟衰落的完整淡入淡出已经完成。只有这时，延迟控制数据才与实际值匹配。使用这个控制数据操作，可以实现具有短的控制数据反应时间、并且不带来任何可听到的音调变化的更快的延迟变化。
在本发明的优选实施例中，触发系统还包括测定装置80，该测定装置80被配置为对每个方向区域/音频输出执行数字(虚数的)测定。这参考图11a和11b来解释。例如，图11a示出了音频矩阵1110，而图11b 示出了相同的音频矩阵1110，但考虑了静态源，而在图11a中，考虑动态源来表示音频矩阵。
通常，DSP系统(其一部分在图6中示出)导致根据每一个矩阵点处的音频矩阵来计算延迟和水平，该水平缩放值由图11a和图11b中的Amp所表示，而延迟对于动态源来说由“延迟内插”表示，而对于静态源来说由“延迟”来表示。
为了将这些设置展现给用户，把这些设置以如下方式进行存储：将其分为方向区域，然后向这些方向区域分配输入信号。在这个上下文中，也可以把若干输入信号分配给一个方向区域。
为了便于监测用户侧的信号，针对方向区域的测定由块80表示，然而其根据矩阵节点的水平和各个权重被“虚拟地”确定。
测定块80将结果提供给显示界面，在这里由块“ATM”82(ATM＝异步传递模式)象征性地示出。
这里要注意，典型地，若干个源同时在方向区域中播放，例如当考虑两个单独的源从两个不同的方向“进入”同一个方向区域中的情况时。在礼堂中，不可能对每个方向区域中的一个单一的源的贡献进行测量。然而，这通过测定80来实现，这就是该测量被称作虚拟测量的原因，因为在某种意义上，针对所有源的所有方向组的所有贡献将总是在礼堂中叠加。
此外，测量80还可以用于计算若干声源中的一个单一声源在针对该声源有效的所有方向区域上的总水平。如果针对一个输入源把所有输出的矩阵点进行相加，这个结果将会出现。相比而言，通过把属于所考虑的方向组的总输出数的输出相加而不考虑其他输出，可以实现针对声源的方向组的贡献。
一般地，本发明的概念提供了一种与所使用的再现系统无关地对源进行表示的通用操作概念。这里，依靠分层结构。最底层的成员是单独的扬声器。中间层级是方向区域，扬声器也可以出现在两个不同的方向区域中。
最顶层的成员是方向区域的预置，使得对于特定音频对象/应用，可以把一同获取的特定的方向区域看作用户界面上的“伞状方向区 域”。
本发明的用于定位声源的系统被分为包括如下内容的主要组件：用于指导执行的系统、用于配置执行的系统、用于计算delta立体声的DSP系统、用于计算波场合成的DSP系统、以及用于紧急干预的切断系统(breakdown system)。在本发明的优选实施例中，图形用户界面用于实现可视地把主角分配到舞台或摄像图像。向系统操作员呈现出3D空间的二维映射，例如可以如图1所示地配置，然而也可以以图9a至10b所示的方式而实现(仅针对少量的方向组)。借助于适合的用户界面，用户通过所选择的符号体系把来自三维空间的方向区域和扬声器分配到二维映射。这借助于配置设置来实现。对于该系统，实现了从屏幕上的方向区域的二维位置到被分配给各个方向区域的扬声器的真实三维位置的映射。借助于他/她关于三维空间的上下文，操作员能够重建方向区域的真实的三维位置，并实现声音在三维空间中的布置。
通过其他用户界面(混合器)和声音/主角及其移动与出现的方向区域的关联，如果混合器包括根据图6的DSP，则能够实现真实的三维空间中对声源的间接定位。借助于这个用户界面，用户能够在所有空间维度上对声音进行定位，而不需要改变立体感(perspective)，即能够在高度和深度上对声音进行定位。在下文中，将会根据图8来阐述声源的定位以及对与编排的舞台活动的偏离进行灵活补偿的概念。
图8示出了用于优选地使用图形用户界面来控制多个扬声器的设备，这些扬声器被分组到至少三个方向组，每一个方向组具有与之相关联的方向组位置。该设备最初包括用于接收从第一方向组位置到第二方向组位置的源路径、以及针对该源路径的移动信息的装置800。图8的装置还包括用于根据移动信息来计算针对不同时间点的源路径参数的装置802，这个源路径参数指示了音频源在源路径上的位置。
本发明的设备还包括用于接收路径修改命令以定义第三方向区域的补偿路径的装置804。此外，在补偿路径与源路径的分支处提供了用于存储源路径参数值的装置806。优选地，还存在用于计算补偿路径参数(FadeAC)的装置，其指示音频源在补偿路径上的位置，如图8中的808所示。把源路径参数(由装置806来计算)以及补偿路径参数(由 装置808来计算)馈入用于计算针对三个方向区域的扬声器的权重因数的装置810。
概括说来，用于计算权重因数的装置810被配置为以基于源路径、源路径参数的已存储值以及与补偿路径有关的信息的方式而操作，与补偿路径有关的信息要么仅包括新的目的地，即方向区域C，要么包括与补偿路径有关的信息，该信息额外地包括源在补偿路径上的位置，即补偿路径参数。要注意的是，如果还没有进入补偿路径，或源仍旧在源路径上，那么这个补偿路径上的位置信息不是必需的。因此，指示源在补偿路径上的位置的补偿路径参数不是绝对必要的，即当源没有进入补偿路径但使用补偿路径作为返回到源路径上的起始点的机会，从而在某种意义上从起始点向新的目的地直接移动而不需要补偿路径。这种可能性在源发现其仅覆盖了源路径上的较短距离时是有用的，而且此后的优点是把新的补偿路径仅当作辅助性的。在备选实现中，补偿路径用作返回并在源路径上向后移动而不会进入补偿路径的机会，这可以在补偿路径可能涉及礼堂中由于任何其他原因而不能放置声源的区域时而存在。
本发明提供的补偿路径对于仅允许进入两个方向区域之间的完整路径的系统来说尤其有利，这是因为实质上减小了源处于新的(修改后的)位置的时间，特别是当方向区域距离很远时。此外，消除了源的虚假(artificial)路径或是给用户造成混淆并感到奇怪的路径。例如，如果考虑如下情况：源最初被认为在源路径上从左向右移动，而现在移向很靠左的不同位置，该位置距离初始位置不太远，不容许补偿路径将导致源在整个舞台上要行进几乎两次，而本发明缩短了这个过程。
补偿路径得益于如下事实：位置不再由两个方向区域以及一个因数来确定，而是由三个方向区域和两个因数来限定，从而远离两个方向组位置之间的直连线的其他点也可以由源来“触发”。
因此，本发明的概念允许再现空间中的任何点都可以由源来触发，如从图3b可直接看出的那样。
图9a示出了常规情况，其中源位于起始方向区域11a与目的地方向 区域11c之间的连线上。源在起始和目的地方向区域之间的准确位置由衰落因数AC来描述。
然而，如同已经在图3b的上下文中提出和讨论的那样，除了常规情况之外，还存在补偿情况，该情况在源路径在移动期间发生改变时出现。移动期间的源路径修改可以由源的目的地发生改变而同时源在其面向目的地的路径上来表示。在这种情况下，源一定是从其在图3b中的源路径15a上的当前源位置向其新位置(即目的地11c)而衰落。这导致了补偿路径15b，源在补偿路径15b上移动，直到其已经到达新的目的地11c。补偿路径15b还从初始的源位置直接延伸至新的理想源位置。在补偿情况下，由此把源位置配置在3个方向区域和两个衰落值上。方向区域A、方向区域B以及衰落因数FadeAB形成了补偿路径的开端。方向区域C形成了补偿路径的末端。衰落因数FadeAbC限定了源在补偿路径的开端和末端之间的位置。
在源向补偿路径转变时，在位置处出现如下修改：维持方向区域A。方向区域C变为方向区域B，衰落因数FadeAC变为FadeAB，并把新的目的地方向区域写为目的地方向区域C。换句话说，在将要发生方向修改时，即当源离开源路径并进入补偿路径时，衰落因数FadeAC由装置806存储，并用于后续的FadeAB的计算。把新的目的地方向区域写为方向区域C。
根据本发明，进一步优选的是防止硬性源跳跃。通常，可以对源的移动进行编制，使得源能够跳跃，即从一个位置快速移动至另一位置。例如，这是如下时候的情况：跳过场景、使channelHOLD模式无效、或源在场景1而不是场景2中在另一个方向区域上结束。如果所有的源跳跃均为硬性切换的，则这会导致可听到的假象。因此，根据本发明，采用了用于防止硬性源跳跃的概念。为此，同样使用补偿路径，基于特定的补偿策略来选择补偿路径。通常，源可以位于路径中的不同位置。取决于其是否位于两个或三个方向区域之间的开端或末端，将存在不同的路径，在该路径上源可以最快地移动至其希望的位置。
图9b示出了一种可能的补偿策略，根据该策略，位于补偿路径中某点(900)的源将要移动至目的地位置(902)。位置900是源在场景 结束时可能具有的位置。在新的场景开始时，源将要移动至其初始位置，即位置906。为了到达该处，根据本发明而省却了从900至906的立即切换。取而代之的是，源最初向其目的地方向区域移动，即向方向区域904移动，然后从该处向新场景的初始方向区域(即906)移动。结果，源处于在场景开始时其应当已经处在的点处。然而，由于场景已经开始并且源实际上可能已经开始移动，所以待补偿的源必须以增大的速度在方向区域906和方向区域908之间的编制路径上移动，直到其已经赶上其目标位置902。
一般地，对不同补偿策略的说明全都遵循图9c中针对方向区域、补偿路径、新的理想源位置以及当前实际的源位置的符号标记，将在下文参考图9d至9i来说明。
图9d中可以看到一种简单的补偿策略。其被表示为“InPathDual”。源的目的地位置由与源的起始位置相同的方向区域A、B、C来表示。本发明的跳跃补偿装置因而被配置为确定针对起始位置的定义的方向区域与针对目的地位置的定义的方向区域相同。在这种情况下，选择图9d中所示的策略，其中简单地遵循相同的源路径。这时，如果补偿所要到达的位置(理想位置)位于与源的当前位置(真实位置)相同的方向区域之间，则将会采用InPath策略。这具有两种情况，即图9d所示的InPathDual和图9e所示的InPathTriple。图9e还示出了源的真实和理想位置并不位于两个、而是位于三个方向区域之间的情况。在这种情况下，将会使用图9e所示的补偿策略。具体地，图9e示出了源已经处于补偿路径上并在这个补偿路径上返回以到达源路径上的特定点的情况。
如已经说明的，在最大为3个方向区域上限定源位置。如果理想位置和真实位置具有恰好一个公共的方向区域，则将会采用图9f中所示的Adjacent策略。存在三种情况，字母“A”、“B”和“C”代表公共方向区域。当前的补偿装置具体确定了真实位置和新的理想位置由具有一个单一的公共方向区域的一组方向区域来限定，在AdjacentA的情况下是方向区域A，在AdjacentB的情况下是方向区域B，而在AdjacentC的情况下是方向区域C，如同图9f中所示。
如果真实位置和理想位置不具有公共的方向区域，则将会使用图9g所示的Outside策略。这里，存在两种情况，即OutsideM策略和OutsideC策略。如果真实位置与方向区域C的位置很接近，则采用OutsideC。如果源的真实位置位于两个方向位置之间或源位置实际上位于三个方向区域之间但很靠近拐点(knee)，则采用OutsideM。
还要注意的是，在本发明的优选实施例中，任何方向区域均可以与任何方向区域相连，从而源为了从一个方向区域到另一个方向区域不需要穿过第三方向区域，而是存在从任何方向区域到任何其他的方向区域的可编制的源路径。
在本发明的优选实施例中，手动地移动源，即借助于所谓的Cader。本发明的Cader策略提供了不同的补偿路径。希望的是，Cader策略通常导致把源的理想位置到当前位置的方向区域A和方向区域C连接的补偿路径。该补偿路径可以在图9h中看出。最新获得的理想位置是理想位置的方向区域C，在图9h中，当真实位置的方向区域C从方向区域920修改为方向区域921时，补偿路径出现。
总之，图9i中示出了三个Cader策略。当真实位置的目的地方向区域C被改变时，采用图9i左手边的策略。就路径的行动方式而言，Cader与OutsideM策略相对应。当真实位置的起始方向区域A被改变时，采用CaderInverse。该补偿路径所表现的行为方式与正常情况(Cader)下的补偿路径类似，然而，DSP中的计算可以不同。当源的真实位置位于三个方向区域之间且新的场景开始时，采用CaderTriplestart。在这种情况下，必须建立从源的真实位置到新场景的起始方向区域的补偿路径。
Cader可以用于执行源的特技(animation)。对于权重因数的计算，不存在区别，其取决于源是手动地移动还是自动地移动。然而，基本的差别是，源的移动不受定时器的控制，而是由用于接收路径修改命令的装置(804)所接收的Cader事件来触发。因此，Cader事件是路径修改命令。本发明的源特技借助于Cader所提供的特殊情况是源的后向移动。如果源的位置与常规情况相对应，则源将会在期望的路径上移动，要么利用Cader来移动，要么是自动地移动。然而在补偿情况下， 源的后向移动将经历特殊情况。为了描述这个特殊情况，把源路径分为源路径15a和补偿路径15b，缺省部分表示源路径15a的一部分，而图10a中的补偿部分表示补偿路径。缺省部分与源路径的原始编制的部分相对应。补偿部分描述了与编制的移动发生偏离的路径部分。
如果源利用Cader而后向移动，这将得到不同的结果，取决于源是位于补偿部分上还是位于缺省部分上。如果假定源位于补偿部分上，则Cader的左向移动将导致源的后向移动。只要源仍在补偿部分上，则一切按照预期发生。然而，一旦源离开了补偿部分并进入缺省部分，则将要发生的是，源正常地在缺省部分上理想地移动，但是要重新计算补偿部分，以便当Cader再次向右移动时，源不会像最初的那样沿着缺省部分而行进，而是将直接经过重新计算的补偿部分而逼近当前目的地的方向区域。该情况在图10b中示出。通过使源后向移动并再次前向移动，当后向移动使缺省部分被缩短时，将会计算修改后的补偿部分。
在下文中，将描述源位置的计算。A、B和C是用来定义源位置的方向区域。A、B和FadeAB描述了补偿部分的起始位置。C和FadeAbC描述了源在补偿部分上的位置。FadeAC描述了源在总路径上的位置。
所探寻的是源定位，其中省却了针对FadeAB和FadeAbC的两个值的麻烦的输入。取而代之的是，直接通过FadeAC来设置源。如果FadeAC被设为等于零，则源将会处于路径的开端。如果FadeAC被设为等于1，则源将会处于路径的末端。此外，将会避免输入期间的补偿部分或缺省部分“打扰”用户。另一方面，针对FadeAC值的设置取决于源是位于补偿部分上还是位于缺省部分上。通常，图10c上部所描述的等式将应用于FadeAC。
可能提出通过明确地指示FadeAC值来定义源在当前路径部分上的位置的想法。图10c示出了当设置FadeAC时FadeAB和FadeAbC的行为如何的一些示例。
下文描述当把FadeAC设为0.5时所出现的情况。具体出现的情况取决于源是位于补偿部分上还是位于缺省部分上。如果源位于缺省部分上，则如下成立：
FadeAbC＝零。
然而，如果源分别位于缺省部分的末端或补偿部分的开端，则如下成立：
FadeAbC＝零
而且
(FadeAC＝FadeAB/FadeAB+1)。
图10d示出了根据FadeAC来确定参数FadeAB和FadeAbC，在条目1和2中对源是位于缺省部分上还是位于补偿部分上进行区分，并且在条目3中计算针对缺省部分的值，而在条目4中计算针对补偿部分的值。
然后，根据图10d所获得的衰落因数(如图3b所示)由用于计算权重因数的装置来使用，以最终计算权重因数g1、g2、g3，根据这些权重因数又可以计算音频信号和内插等，如关于图6所述的那样。
本发明的概念在与波场合成相结合时尤其良好。在一种情况下，其中由于光学原因不能把波场合成扬声器阵列布置在舞台上，取而代之的是必须使用具有方向组的delta立体声以实现声音定位，典型地可以把波场合成阵列布置在至少是礼堂两侧和礼堂的后部。然而根据本发明，用户不需要借助于波场合成阵列或方向组来处理之后源是否是可听见的。
适当混合的情况也是可能的，例如当波场合成扬声器阵列由于将与光学效果产生干扰而不能位于舞台中特定区域内时，而在舞台中的另一个区域中，很可能采用波场合成扬声器阵列。同样，在这里出现了delta立体声和波场合成的组合。然而根据本发明，用户将不需关心如何对他/她的源进行处理，这是因为图形用户界面也提供了其中设置有波场合成扬声器阵列的区域作为方向组。在用于指导执行的系统的一部分上，总是提供用于定位的方向区域机制，使得在公共用户界面中，不需要任何用户干涉就可以向波场合成或delta立体声方向声波定 位分配源。方向区域的概念可以普遍地应用，用户总是以相同的方式来定位声源。换句话说，用户不会注意他/她是否在包括晶片合成阵列的方向区域中定位声源，或他/她是否在实际上具有支持扬声器的方向区域中定位声源，所述支持扬声器根据第一波前定律而操作。
源移动由用户提供方向区域之间的移动路径而实现，这个由用户所设置的移动路径由根据图8的用于接收源路径的装置来接收。仅在配置系统的一部分上，各个转换决定对波场合成源还是delta立体声源进行处理。具体地，这个决定通过调查方向区域的属性参数而做出。
这里，每一个方向区域可以包含任意数目的扬声器以及一个波场合成源，该波场合成源总是恰好保留在扬声器阵列中的固定位置处，和/或借助于其虚拟位置而保留在相对于扬声器阵列的固定位置处，而且每一个方向区域与delta立体声系统中的支持扬声器的(真实)位置相对应。这样，波场合成源表示波场合成系统的通道，正如已知的，其能够在波场合成系统中对一个单独的音频对象进行处理，即每个通道一个单独的源。波场合成源的特征由适合的波场合成特定参数来描述。
波场合成源的移动可以以两种方式来实现，这取决于可用的计算能力。固定定位的波场合成源借助于淡入淡出来触发。如果源移出了方向区域，则扬声器将会衰减，而该源正在移入的方向区域中的扬声器的衰减程度较小。
备选地，针对输入的固定位置，可以对新的位置进行内插，之后使其对于波场合成表现器可用作虚拟位置，从而在没有淡入淡出的情况下借助于真实的波场合成来产生虚拟位置，而这在基于delta立体声而操作的方向区域中当然是不可能的。
本发明的优点在于源的自由定位，并且可以实现方向区域的分配，特别是当存在交迭的方向区域时，即当扬声器属于若干个方向区域时，可以实现就方向区域位置而言具有高分辨率的多个方向区域。原理上，基于所允许的交迭，舞台上的每一个扬声器都可以表示其自身的方向区域，其把以更大延迟而进行发射的扬声器布置在周围，以满足响度要求。然而，一旦涉及其他的方向区域，这些(围绕的)扬声器将突 然变为支持扬声器，并不再是“辅助扬声器”。
本发明的概念的特征还由直觉的操作员界面来描述，该界面最大可能地减轻了用户的工作，因而能够使即使是对系统的所有细节并不在行的用户也能进行安全的操作。
此外，通过公共的操作员界面实现了波场合成与delta立体声的组合，在优选实施例中，借助均衡参数来实现源移动的动态滤波，并且在两种衰落算法之间进行切换，以避免产生由于从一个方向区域到下一个方向区域的转变而引起的假象。此外，本发明确保方向区域之间的衰落期间不会出现水平的下降，还提供了动态衰落，以减小其他假象。因此，补偿路径的提供实现了实况应用适合性，之后将存在干涉的可能，以在例如当主角离开编制的规定路径时跟踪声音期间做出反应。
本发明尤其有利于剧院中的声波定位、用于音乐表演的舞台、户外舞台以及多数主要的礼堂或演奏场所。
取决于条件，本发明的方法可以以硬件或软件而实现。可以在数字存储介质上来实现，特别是具有电可读控制信号的盘或CD，该信号可以和可编程计算机系统协作，以执行本方法。通常，本发明还包括一种计算机程序产品，其包括存储在机器可读载体上的程序代码，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，用于执行本发明的方法。换句话说，本发明可以以包括程序代码的计算机程序来实现，当所述计算机程序在计算机上运行时，用于执行本方法。

Claims (15)

1.一种用于控制多个扬声器的设备，其中，所述扬声器被分组到方向组(10a、10b、10c)，第一方向组位置(11a)与第一方向组(RGA)相关联，第二方向组位置(11b)与第二方向组(RGB)相关联，扬声器与第一和第二方向组相关联，扬声器具有与之相关联的扬声器参数，所述扬声器参数针对第一方向组具有第一参数值，而针对第二方向组具有第二参数值，所述设备包括：
用于提供音频源的音频源位置的装置(40)，其中所述音频源位置位于第一方向组位置(11a)和第二方向组位置(11b)之间；以及
用于计算针对至少一个扬声器的扬声器信号的装置(42)，所述计算基于扬声器参数的第一参数值和扬声器参数的第二参数值以及音频源的音频信号来进行。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，用于计算扬声器信号的装置(42)还被配置为基于对方向的测量(FadeAB)来计算扬声器信号，所述对方向的测量取决于音频源位置与第一方向组位置的距离和/或音频源位置与第二方向组位置的距离。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扬声器参数是延迟参数(Di)、缩放参数(Si)或滤波器参数(EQi)，该参数固定地与所述至少一个扬声器相关联。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，用于计算扬声器信号的装置(42)被配置为：取决于对方向的测量，在第一参数值和第二参数值之间进行内插(452)，或
取决于对方向的测量，在第一参数值和第二参数值之间淡入淡出。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述音频源是可移动的，
其中，用于提供音频源位置的装置(40)被配置为：根据音频源的移动信息来提供当前的音频源位置，以及
所述设备还包括控制装置(65)，所述控制装置被配置为取决于移动速度来控制用于计算扬声器信号的装置(42)，从而执行内插或淡入淡出，或者执行内插和淡入淡出的加权混合，以获得扬声器信号。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述控制装置(65)被配置为：如果移动速度小于阈值，则使用内插的结果，而如果移动速度大于阈值，则使用淡入淡出的结果。
7.根据权利要求1所述的设备，
其中，用于计算扬声器信号的装置(42)被配置为以全通滤波器(452)对音频信号进行滤波，还提供了用于把具有两个不同延迟的音频信号馈入全通滤波器的装置，这取决于内插后的延迟，所述内插后的延迟取决于与针对若干方向区域的一个扬声器相关联的延迟值的内插。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，用于计算扬声器信号的装置(42)被配置为执行淡入淡出(451)，用于计算扬声器信号的装置(42)包括：
用于提供具有根据第一参数值的延迟的音频信号以及提供具有根据第二参数值的延迟的音频信号的装置；
用于利用第一权重因数(g1)对根据第一参数值而延迟的音频信号、以及利用第二权重因数(g2)对根据第二参数值而延迟的音频信号进行加权的装置，其中，所述第一权重因数和所述第二权重因数取决于对距离的测量(FadeAB)；以及
用于对加权后的音频信号求和以获得淡入淡出音频信号(453a)的装置。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，扬声器参数包括均衡器设置，而且用于计算扬声器信号的装置(42)还包括：
第一均衡器(EQ1)，利用根据第一参数的第一均衡器设置对音频信号进行滤波；
第二均衡器(EQ2)，利用根据第二参数值的第二均衡器设置对音频信号进行滤波；
用于在滤波之前或之后根据权重因数(g1、g2)对各个音频信号进行加权的装置，所述权重因数取决于对距离的测量(FadeAB)；以及
用于把加权且滤波后的信号进行求和的装置。
10.根据权利要求6所述的设备，其中，用于计算扬声器信号的装置(42)包括：
控制数据操作装置，被配置为：当延迟变更改变为大于切换阈值的值时，首先完成恰好执行的淡入淡出，之后才执行延迟内插。
11.根据权利要求1所述的设备，还包括：
水平监测装置(80)，用于测量扬声器处的音频源所引起的水平、或方向区域中的扬声器组所引起的水平、或在音频源有效的所有方向区域中该音频源所引起的水平。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，第三方向组包括来自波场合成阵列的扬声器，所述设备还包括：
波场合成呈现器，用于依靠音频源的位置来控制所述第三方向组的扬声器；以及
用于根据音频源的位置而确定音频源是否将由所述波场合成呈现器来处理的装置。
13.根据权利要求1所述的设备，还包括：
图形用户界面，其上可显示再现环境内的方向组位置；
输入装置，用于输入音频源在两个方向组位置之间的移动线，或用于输入移动参数；以及
其中，用于计算扬声器信号的装置(42)被配置为根据移动线输入和移动参数输入来确定一个时间点处的位置。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，用于提供音频源位置的装置(40)被配置为提供若干音频源的音频源位置，
其中，用于计算扬声器信号的装置(42)被配置为计算针对至少一个扬声器的一个音频源的单一扬声器信号，以及
其中，所述设备还包括针对所述至少一个扬声器的加法器，用于对源自不同音频源的各个扬声器信号进行求和，以获得由所述一个扬声器再现的扬声器信号。
15.一种用于控制多个扬声器的方法，其中，所述扬声器被分组到方向组(10a、10b、10c)，第一方向组位置(11a)与第一方向组(RGA)相关联，第二方向组位置(11b)与第二方向组(RGB)相关联，扬声器与第一和第二方向组相关联，扬声器具有与之相关联的扬声器参数，所述扬声器参数针对第一方向组具有第一参数值，而针对第二方向组具有第二参数值，所述方法包括：
提供(40)音频源的音频源位置，其中所述音频源位置位于第一方向组位置(11a)和第二方向组位置(11b)之间；以及
计算(42)针对至少一个扬声器的扬声器信号，所述计算基于扬声器参数的第一参数值和扬声器参数的第二参数值以及音频源的音频信号来进行。
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