CN104798383A - 用于控制三维多层扬声器安排的方法和用于在听众区回放三维声音的设备 - Google Patents

Abstract

在此披露一种用于控制三维多层扬声器安排(1)的方法，该三维多层扬声器安排包括安排在彼此间隔开的多个扬声器层(L₀，L₁；L_-1中的多个扬声器(2)，该方法包括：-提供有待从指派给一个声音的一个三维源位置(PS)回放的该声音的一个声音信息，其中该源位置(PS)是相对于该多层扬声器安排(1)内的一个参考点(RP)来限定的，-从该源位置(SP)提取一个二维源位置(SPXY)并且使用一个二维计算器来计算多个层特定扬声器系数(SC_{L1_2D}，SC_{L-1_2D}，SC_{L0_2D})，以便将该声音定位在该二维源位置(SP_XY)处，-将一个竖直声相(n_L)或该3D源位置(SP)送入一个多层计算器中，从而获得每个层(L₀，L₁，L_-1)的一个层增益因子(g_L0，g_L1，g_L-1)，-将这些层增益因子(g_L0，g_L1，g_L-1)与这些对应层特定扬声器系数(SC_{L1_2D}，SC_{L-1_2D}，SC_{L0_2D})相乘，从而获得用作这些扬声器(2)回放该声音的多个单独增益的多个扬声器系数(SC_L1，SC_L-1，SC_L0)。

Description

用于控制三维多层扬声器安排的方法和用于在听众区回放三维声音的设备

本发明涉及一种用于控制三维多层扬声器安排的方法和用于在听众区回放三维声音的设备。

WO 2011/160850 A1披露了一种用于改变音频场景的设备，该设备包括一个方向确定器和一个音频场景处理设备。该音频场景包括至少一个音频对象，该至少一个音频对象具有一个音频信号和相关联元数据。该方向确定器基于该音频对象的元数据来相对于一个参考点确定该音频对象的一个位置的一个方向。此外，该音频场景处理装置基于一个已确定的方向函数和该音频对象位置的确定的方向来处理该音频信号、从该音频信号中得到的一个处理过的音频信号、或该音频对象的元数据。

本发明的一个目的在于，提供一种用于控制三维多层扬声器安排的改进方法和一种用于在听众区回放三维声音的改进设备。

这个目的是通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求15所述的设备来实现的。

从属权利要求中给出了本发明的多个有利实施例。

根据本发明，提供了一种用于控制三维多层扬声器安排的方法，该三维多层扬声器安排包括安排在彼此间隔开的多个扬声器层中的多个扬声器。根据本发明，该方法包括：

-提供有待从指派给一个声音的一个三维源位置回放的该声音的一个声音信息，其中该源位置是相对于该多层扬声器安排中的一个参考点来限定的，

-从该源位置提取一个二维源位置并且使用一个二维计算器来计算多个层特定扬声器系数，以便将该声音定位在该二维源位置处，

-将一个竖直声相(pan)或该3D源位置送入一个多层计算器中，从而获得每个层的一个层增益因子，

-将这些层增益因子与这些对应层特定扬声器系数相乘，从而获得用作这些扬声器回放该声音的多个单独增益的多个扬声器系数。

因此，该声源的定位是通过由二维计算器和多层计算器将三维计算分成多个二维计算来简化的。

在这些扬声器层平面内的二维源位置可以通过将源位置投影到每个扬声器层中获得。

在一个示例性实施例中，这些扬声器层被安排成彼此平行且平行于一个听众区。因此，简化了该计算。然而，这些扬声器层的非平行对齐是可能的。

在一个示例性实施例中，该参考点被限定在听众区内，例如，在该听众区的中心。因此，该听众区可以被限定为大约处于听众耳朵的水平的一个层。

在一个示例性实施例中，这些扬声器层中的至少一个扬声器层内的这些扬声器被安排为一个扬声器多边形或层包络多边形(layer envelopepolygon)。扬声器多边形通过以下方式形成：安排多个扬声器以使得这些扬声器中的至少一个子集形成该多边形的顶点或拐角，该多边形可以是三角形、正方形、梯形、环形、星形，或其可以具有一个不同的规则或不规则的形状。扬声器多边形允许任意限定一个声源在该扬声器多边形的平面内的位置，只要在该扬声器多边形中的这些扬声器的形状或几何学设置已被控制这些扬声器回放该声音的一个控制单元所知即可。

在一个示例性实施例中，该二维计算器确定这些单独扬声器的这些层特定扬声器系数考虑到了对应扬声器层中的一个几何学扬声器设置(geometrical speaker setup)。

在一个示例性实施例中，该多层计算器确定这些层增益因子考虑到了对应扬声器层中的该几何学扬声器设置以及这些扬声器层相对于彼此和相对于该参考点的位置。

在本方法的一个实施例中，首先提供源位置的该竖直声相，由此限定源的一个相对高度。在这种情况下，源的绝对高度是取决于实际的扬声器设置。在另一个示例性实施例中，该多层计算器包括一个步骤，在该步骤中，使用该三维源位置来计算该声源的竖直声相从而将对应扬声器层中的该几何学扬声器设置以及这些扬声器层相对于彼此和相对于该参考点的位置考虑在内。因此，该方法的后续步骤得以简化，因为它们可以相同方式执行，而不管该源位置的输入格式如何。

在一个示例性实施例中，这些扬声器层中的至少一个扬声器层包括作为有多个扬声器的一个安排的一个扬声器段，从投影到对应扬声器层中的该参考点的角度看，该扬声器段仅覆盖一个有限的开度角。此类扬声器段出现在常规的多层扬声器安排中，例如，出现在典型地具有处于一个电影院屏幕的底部的一个下前扬声器阵列或扬声器段的电影院或家庭娱乐环境中。这些扬声器限定了多层安排中具有一个非闭合扬声器多边形或环形的一个下层，该下层可称为扬声器段。为了在这种设置中定位该声源的高度，将会使用具有处于未覆盖角范围内的多个扬声器的一个相邻层中的这些扬声器。为了这个目的，该多层计算器可以包括一个步骤，在该步骤中，如果该源位置位于该开度角外并且位于一个相邻的融合角外，那么对具有一个扬声器多边形的一个相邻扬声器层设定一个最后竖直声相，该融合角被定义为在该开度角与该相邻扬声器层中的位于此开度角外的第一扬声器之间的角度，其中如果该源位置位于该融合角内，那么该最终竖直声相会在具有该扬声器段的该层与具有该扬声器多边形的相邻扬声器层之间融合，其中如果该源位置位于该开度角内，那么跳过这个步骤。随后，将该最终竖直声相用作这些后续计算中的竖直声相。

在一个示例性实施例中，该多层计算器包括利用一个层增益映射器计算这些层增益因子(G_L1，G_L-1，G_L0)的一个步骤，其中选择了具有在该源位置(SP)下方的一个下层(N_LL)和在该源位置上方的一个上层(N_LU)的一对相邻层，其中如果该源定位在这些扬声器多边形中的一个扬声器多边形内，那么对该竖直声相(n_L)进行圆整，其中一个水平比率(r)是通过等式来计算出，其中该下层(N_LL)和该上层(N_LU)的这些层增益(g_l，g_u)是通过等式g_u＝r和g_l＝1-r来计算出，其中这些层增益(g_l，g_u)由它们的幂和来归一化。

在一个示例性实施例中，处于该听众区水平的层被指派了值为0的层号，其中在该听众区上方的层被指派了逐渐增大的正整数层号，并且在该听众区下方的层被指派了逐渐减小的负整数层号。

在一个示例性实施例中，二维相移算法包括矢量基幅值相移(VBAP)或波场合成(WFS)。

根据本发明，一种用于在听众区回放三维声音的设备包括：

-一个三维多层扬声器安排，该三维多层扬声器安排包括安排在彼此间隔开的多个扬声器层中的多个扬声器，以及

-用于该多层扬声器安排的一个控制单元，其中该控制单元被安排成执行用于控制三维多层扬声器安排的该方法。

多层3D算法是通过将一个3D扬声器设置分成不同高度的水平层来将2D专用空间音频算法扩展到3D的一种方法。每一层是通过一个具有合适的2D算法的不同场景来计算的。各层的这些得出的扬声器系数由通过该多层计算器计算出的层增益因子来加权。另外，修改了多个2D空间音频算法(WFS、VBAP、……)从而使得这些算法也考虑到一个层的扬声器的高度。这对确保不同层之间的时间对准和正确调平来说是可取的。

层的数目在技术上不受限制，并取决于应用。例如，对于天文馆的穹顶而言，该半球形可以被切割成若干扬声器层。该方法是尤其适于但不限于具有两个或三个层的电影院环境。

本发明的进一步适用性范围将从以下所给出的详细描述变得清楚。然而，应当理解，详细说明和具体实例在指明本发明的多个优选实施例时仅通过说明给出，因为在本发明的精神和范围内的各种改变和修改对本领域的技术人员而言将从这个详细说明清楚。

本发明将通过以下所给出的详细说明和附图来更充分地理解，附图仅是说明性的，并且因此不限制本发明，并且其中：

图1是一个三维空间中具有两个扬声器层的一个三维多层扬声器安排的示意图，

图2是一种用于控制该多层扬声器安排的方法的一个第一实施例的示意性方框图，

图3是一种用于控制该多层扬声器安排的方法的一个第二实施例的示意性方框图，

图4是多层计算器的示意性方框图，

图5是一个3D多层扬声器安排的透视图，

图6是该3D多层扬声器安排的顶视图，

图7是该3D多层扬声器安排的另一个顶视图，

图8示出一个2D矢量基增益因子计算，并且

图9示出对寻址一对相邻层的层id部分的选择。

在所有附图中，相应部件利用相同参考符号进行标记。

图1是一个三维空间(如一个房间或一个电影院)中具有两个扬声器层L₁和L_-1的一个三维多层扬声器安排1的示意图。扬声器层L₁被安排在一个听众区A上方，并且因此称为具有一个层号N_L＝1的一个上层L₁。扬声器层L_-1被安排在一个听众区A下方，并且因此称为具有一个层号N_L＝-1的一个下层L_-1。

预期将一个声音回放成使得该声音听起来像来源于房间中的称为一个源位置SP的一个预先确定点或位置。源位置SP是相对于其参考点RP在听众区A的中心的一个坐标系来限定的。该听众区A被视为在方向X和Y上延伸并具有值为0的一个高度Z的一个水平面。在该听众区A中的所有点均具有一个值为0的仰角。扬声器上层L₁被安排为在该听众区上方高度Z₁处平行的一个扬声器多边形。扬声器下层L_-1被安排为在该听众区下方高度Z_-1处平行的一个下部扬声器多边形。在示出的实施例中，源位置SP位于听众区A与该扬声器上层L₁之间。

扬声器层L₁和L_-1的边界由通过在对应扬声器层L₁和L_-1中安排多个扬声器2而形成的一个扬声器多边形来限定，其中这些扬声器2中的至少一个子集是该多边形的顶点或拐角。在示出的实施例中，扬声器上层L₁是一个矩形，而与扬声器上层L₁相比，扬声器下层L_-1是覆盖更小面积的梯形。所示出的形状仅是以实例方式给出的。在多个替代实施例中，扬声器层L₁、L_-1可以具有不同形状。

在多个替代实施例中，该多层扬声器安排1可以包括多于两个扬声器层L₁、L_-1。具体来说，它可包括处于听众区A的水平面的另一扬声器层。

图2是一种用于控制该多层扬声器安排以使得声音听起来像从预先确定的源位置SP回放的方法的一个第一实施例的示意性方框图。

在第一实施例中，预先确定的源位置SP是由一个存储器介质提供的。在该存储器介质中，多个单独声音或声音序列被指派给多个绝对三维源位置SP或多个三维源轨迹(即，源位置SP的序列)。每个三维源位置SP可相对于参考点RP来由笛卡尔和/或球面坐标系定义。例如，源位置SP可以由在方向X、Y和Z上的三个值来定义。在另一实例中，该三维源位置SP可以由XY平面中的两个笛卡尔坐标(即，听众区A和在该听众区A上方的一个源仰角α)来定义。同样，该三维源位置SP可以由球面坐标来定义，这些球面坐标包括一个半径(即，在该源与该参考点RP之间的一个距离)，其进一步包括一个源方位角和在听众区A上方的一个源仰角α。

在本方法的步骤S1中，声源被投影到二维XY平面中，即，从该源位置SP去除了Z方向上的源高度值SP_Z。在图1中示出的实施例中，投影的源位置SP_XY在该扬声器上层L₁内，但是在该扬声器下层L_-1外。在步骤S2.1、S2.2中，投影的二维源位置SP_XY被送入用于扬声器层L₁、L_-1的对应2D计算器中。考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的几何学扬声器设置S_L1、S_L-1，该2D计算器确定扬声器层L₁、L_-1内的单独扬声器2的层特定扬声器系数SC_{L1_2D}、SC_{L-1_2D}，以便实际从对应的投影的二维源位置SP_XY回放声音。在一个步骤S3中，源位置SP被送入一个多层计算器中，其细节将在图4中示出。考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的几何学扬声器设置S_L1、S_L-1以及这些扬声器层L₁、L_-1相对于彼此和相对于参考点RP的位置，该多层计算器确定每个扬声器层L₁、L_-1的层增益因子g_L1、g_L-1。在步骤S4.1、S4.2中，层特定扬声器系数SC_{L1_2D}、SC_{L-1_2D}乘以对应的层增益因子g_L1、g_L-1，从而得到扬声器系数SC_L1、SC_L-1，即，为使该声源听起来像是从源位置SP处回放而对每个扬声器2使用的单独增益。

在图2中示出的方法可以通过以下方式来针对多于两个扬声器层L₁、L_-1来扩展：增加与由步骤S2.1、步骤S4.1以及步骤S2.2、S4.2构成的分支并行的对应分支。例如，可以另外针对具有安排在听众区A的水平处的一个扬声器多边形的扬声器层L₀提供具有步骤S2.3和步骤S4.3的分支。

图3是一种用于控制该多层扬声器安排1以使得声音听起来像从预先确定的源位置SP回放的方法的一个第二实施例的示意性方框图。

正如该第一实施例那样，预先确定的源位置SP是由一个存储器介质提供的。在该存储器介质中，多个单独声音或声音序列被指派给相对三维源位置SP或相对三维源轨迹(即，源位置SP的序列)。每个源位置SP是相对于XY平面内的参考点RP由二维笛卡尔和/或球面坐标来定义的。该源在Z方向上的一个相对位置称为竖直声相n_L，其与扬声器层号N_L相关。例如，为0,8的一个竖直声相n_L将会表示该源分别处于在听众区A上方的扬声器层L₁的高度或层L₀的高度的80％的一个相对高度。因此，在此实施例中，该源的该竖直位置是取决于扬声器层L₁、L_-1、L₀的实际的扬声器设置S_L1、S_L-1、S_L0。

在步骤S2.1、S2.2中，二维源位置SP_XY被送入扬声器层L₁、L_-1的对应2D计算器中。考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的几何学扬声器设置S_L1、S_L-1，该2D计算器确定扬声器层L₁、L_-1内的单独扬声器2的层特定扬声器系数SC_{L1_2D}、SC_{L-1_2D}，以便实际从对应的投影的二维源位置SP_XY回放声音。在步骤S3中，源位置SP的竖直声相n_L被送入一个多层计算器中，其细节将在图4中示出。考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的该几何学扬声器设置S_L1、S_L-1，该多层计算器确定每个扬声器层L₁、L_-1的层增益因子g_L1、g_L-1。在步骤S4.1、S4.2中，层特定扬声器系数SC_{L1_2D}、SC_{L-1_2D}乘以对应的层增益因子g_L1、g_L-1，从而得到扬声器系数SC_L1、SC_L-1，即，为使该声源听起来像是从源位置SP处回放而对每个扬声器2使用的单独增益。

在图3中示出的方法可以通过以下方式来针对多于两个扬声器层L₁、L_-1加以扩展：增加与由步骤S2.1、步骤S4.1以及步骤S2.2、S4.2构成的分支并行的对应分支。例如，可以另外针对具有安排在听众区A的水平处的一个扬声器多边形的扬声器层L₀提供具有步骤S2.3和步骤S4.3的分支。

图4是根据图2和图3的方法的步骤S3中使用的该多层计算器的示意性方框图。

如果该多层计算器是从根据第一个实施例(参见图2)的方法调用的，那么该多层计算器被送入有三维源位置SP。考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的该几何学扬声器设置S_L1、S_L-1以及这些扬声器层L₁、L_-1相对于彼此和相对于参考点RP的位置，在步骤S5中，使用该三维源位置SP计算该声源的竖直声相n_L。

在步骤S5中，计算每个扬声器层L₁、L_-1与源仰角α相关的层仰角α_L1、α_L-1。这些层仰角α_L1、α_L-1是取决于源位置SP的。基于全部在一个2D平面内排开的这些层仰角α_L1、α_L-1与这些源仰角α之间的差值，这些层增益因子g_L1、g_L-1可以通过使用与2D相移算法(例如，VBAP)相类似的一个算法来计算。

这些层增益因子g_L0、g_L1、g_L-1是对应层仰角α_L0、α_L1、α_L-1的函数，或是角β和γ的函数，其中β是α_L-1与α之间的差角，并且其中γ是α_L1与α之间的差角。矢量i、j和k是表示扬声器下层L_-1、扬声器上层L₁以及源位置SP的仰角的单位长度矢量。通过使用角β和γ在2D平面内构造矢量i、j和k，可以使用类似于VBAP 2D的一个基于矢量的方法来计算这些层增益因子，或替代地如下详述地计算竖直声相值的比率部分。

图8示出2D矢量基增益因子计算。两个单位长度矢量i和j形成了一个矢量基，并且源的单位长度矢量k可以被表达为矢量i和j的线性组合。两个示例性相邻层L₀、L₁的层增益因子g_L0和g_L1通过等式(1)获得：

k＝g_L0i+g_L1j   (1)

该等式可同样地对其他对相邻层执行。对于额外的运算而言，具有表达在两个层增益因子g_L0、g_L1之间的比率r的一个值是有利的。比率r是竖直声相的小数部分。比率r与层增益因子g_L0、g_L1之间的关系在等式(3)、(4)、(5)和(6)中示出。

g_L0＝1-r   (3)

g_L1＝r   (4)

$r=\frac{g_{L1}}{g_{L0}+g_{L1}}---\left(5\right)$

$1-r=\frac{g_{L0}}{g_{L0}+g_{L1}}---\left(6\right)$

当使用多于两个扬声器层时，除了增益比率r之外还可使用对一对相邻层寻址的一个整数值。为了这个目的，这些层被指派了连续数字。对于竖直声相而言，层地址和比率r可以由整数部分为层号N_L且小数部分为增益比率r的一个实数表达。这种表示产生了下述竖直声相值。

竖直声相值的层号N_L部分可以通过找出包围源矢量SV的2D变换层对矢量来确定。

图9示出选择层id部分来对一对相邻层寻址。在这个实例中，源矢量SV位于仰角方向矢量EDV_L0与EDV_L-1之间。因此，将会选择层对L₀和L_-1。因此，竖直声相值的所得整数部分将会是0。

图1详细示出层仰角α_L1、α_L-1的构建。一个辅助2D平面拟合通过参考点RP和源位置SP，这样使得该辅助2D平面以多个直角来切割听众区A。其中该辅助2D平面切割扬声器上层L₁和扬声器下层L_-1的包络多边形的边界的两个位置被限定为相移交点PIP_L1、PIP_L-1。此相交运算可以在该层的2D空间内来计算。随后，可以将该2D相移交点PIP_L1、PIP_L-1变换回3D。

从参考点RP到相移交点PIP_L1、PIP_L-1的一条对应直线称为对应扬声器层L₁、L_-1的仰角方向矢量EDV_L1、EDV_L-1。从参考点RP到源位置SP的一条直线称为源矢量SV。所有仰角方向矢量EDV_L1、EDV_L-1和源矢量SV是在该辅助2D平面内共面的。这些仰角方向矢量EDV_L1、EDV_L-1和源矢量SV可以在该辅助2D平面内变换成2D，并且随后被送入一个2D计算器中，该2D计算器返回将要在该方法中使用的层增益因子g_L1、g_L-1，以便正确定位3D源。该2D计算器例如可以是一个VBAP计算器，如在V.Pulkki,Virtual Sound Source Positioning Using Vector Base AmplitudePanning,J.Audio Eng.Soc.,Vol.45,pp.456-466,No.6,1997June(V.Pulkki，使用矢量基幅值相移的虚拟声源定位，《听觉工程学协会会刊》，第45卷，第456-466页，第6号，1997年6月)中所披露。在另一个实施例中，该2D计算器可以是一个WFS计算器。

如果该多层计算器是从根据第二个实施例(参见图3)的方法调用的，那么跳过步骤S5，因为首先提供了该声源的竖直声相n_L。

步骤S6是一个任选步骤，假使扬声器层L₁、L_-1、L₀中的一个扬声器层包括一个扬声器段而非一个扬声器多边形，就执行该步骤，一个扬声器段是有多个扬声器2的一个安排，当从参考点或坐标系的Z轴来看时，该扬声器段仅覆盖一个有限角度。在步骤S6中，考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的该几何学扬声器设置S_L1、S_L-1以及这些扬声器层L₁、L_-1相对于彼此和相对于参考点RP的位置，将竖直声相n_L操纵成确定一个最终竖直声相n_Lf。常规的多层扬声器安排1典型地具有在一个电影院屏幕的底部的一个下前扬声器2阵列或扬声器段。这些扬声器2限定了这种多层安排1中具有一个非闭合扬声器多边形或环形的一个下层L_-1，该下层可称为扬声器段。此情况的一个解决方案将是使用具有处于未覆盖角范围内的多个扬声器2的一个相邻层L₀中的这些扬声器2。根据源方位角，给定竖直声相n_L被操纵成融合到完全配备好的相邻层L₀上，从而获得最终竖直声相n_Lf。融合角α_B被定义为在一个下部扬声器段开度角α_O(即，在通过将参考点RP与扬声器段的最外侧扬声器2连接而获得的两个矢量之间的角度)与在相邻扬声器层L₀(参见图7)中的位于该开度角外的第一扬声器之间的角度。

如果所有扬声器层L₁、L_-1、L₀包括完整扬声器多边形，那么跳过步骤S6，并且将该竖直声相n_L用作最终竖直声相n_Lf。

在步骤S7中，考虑到对应扬声器层L₁、L_-1中的该几何学扬声器设置S_L1、S_L-1以及这些扬声器层L₁、L_-1相对于彼此和相对于参考点RP的位置，将该最终竖直声相n_Lf送入一个层增益映射器中。

竖直声相n_L或最终竖直声相n_Lf直接映射到层增益因子g_L1、g_L-1。为此，各扬声器层L₁、L_-1(例如，各扬声器多边形)被指派了一个层号N_L。当形成该扬声器设置时，这些扬声器层就被指派了层号N_L。一个主要层L₀(典型地是最接近耳朵水平(即听众区A)的层)具有层号0，该主要层上方的层具有正的层号(1、2、……)，该主层下方的层具有负的层号(-1、-2、……)。

在电影院的情况下，靠近耳朵水平的扬声器可以指派了层号N_L＝0，在屏幕的上方或天花板上的扬声器指派了层号N_L＝1，并且低于耳朵水平的(例如，在该屏幕的下缘处)扬声器指派了层号N_L＝-1。

对于多个扬声器仅在耳朵水平上方和下方的情况，所有扬声器均未指派层号N_L＝0。

多个源指派了2D坐标SP_XY以及一个竖直声相值或融合值n_L。所有扬声器包络多边形外的多个源可以相移到每个层L₁、L_-1、L₀并且位于它们之间。对于这些扬声器包络多边形中的至少一个扬声器包络多边形内的多个源而言，该竖直声相值被圆整成一个整数值以使得层L₁、L_-1、L₀之间没有融合而只有切换，因为如果这些层L₁、L_-1、L₀中的一个层呈现出一个聚焦源，那么这些层L₁、L_-1、L₀之间的融合可能产生令人不愉快的声音(如果层算法是WFS，那么在一个层包络多边形内的源位置就意味着聚焦)。

在计算这些层增益因子之前，如果该源是在这些层包络多边形中的一个层包络多边形内，那么对该竖直声相值n进行圆整：

n＝圆整(n)   (7)

随后，确定具有在该源位置SP上方的一个层和在该源位置SP下方的一个层的一对相邻扬声器层L_-1、L₀、L₁。所选择的层号N_L可以称为N_LU和N_LL。

例如，存在三个层L_-1、L₀、L₁。该源的该竖直声相值n_L为0,3。因此，层L₀是具有层号N_LL的下层，并且层L₁是具有层号N_LU的上层。层N_LU和层N_LL将用于回放该源的声音。

为了确定层N_LU和层N_LL的这些层增益因子g_u、g_L，计算层比率r：

$r=\frac{n-N_{\mathrm{LL}}}{N_{\mathrm{LU}}-N_{\mathrm{LL}}}---\left(8\right)$

利用这个比率r，如下计算这些增益g_u、g_l：

g_u＝r   (9)

g_l＝1-r   (10)

为了保持感知到的音量恒定，这些增益g_u、g_l由它们的幂和来归一化：

$g_{u\_\mathrm{norm}}=\frac{g_u}{\sqrt{g_u^2+g_l^2}}---\left(11\right)$

$g_{l\_\mathrm{norm}}=\frac{g_l}{\sqrt{g_u^2+g_l^2}}---\left(12\right)$

用于控制多层扬声器安排1的该方法非常适合于其中各层是多个扬声器2的一个完整多边形或环形的扬声器安排1。在本文中，环形就意味着相邻扬声器2之间的一个角度不大于120度。在实践中，存在不满足此条件的多个扬声器安排1。例如，扬声器层L₁、L_-1、L₀中的一个扬声器层可以包括一个扬声器段而非一个扬声器多边形，一个扬声器段是多个扬声器2的一个安排，当从参考点或坐标系的Z轴来看时，该扬声器段仅覆盖一个有限角度。在这种情况下，将会执行步骤S6，如上所述。

图5、图6和图7示出例如像用于电影院中的一个典型3D多层扬声器安排1。该3D多层扬声器安排1包括三个层L₀、L₁、L_-1，即，在听众区A中的耳朵水平处的具有层号N_L＝0的主要扬声器多边形L₀、处于扬声器层L₁中的一个栅格样的层状安排中的多个天花板扬声器2、以及形成层L_-1的下前扬声器段。扬声器层L₁的栅格样的层状安排可以被近似成使得其可以被作为一个层来处理。在这种近似中，这些扬声器坐标的z分量被忽略掉(即，沿z轴投影到一个xy平面中)，这样使得所得2D扬声器栅格随后可以通过一个合适2D层状相移算法来控制，例如，通过对2D栅格作三角测量(德洛内三角测量)并且随后使用面积坐标(areal coordinate)在环绕2D源位置的三个扬声器之间进行相移来控制。图5是3D多层扬声器安排1的透视图。图6是3D多层扬声器安排1的顶视图。图7是无层级L₁的3D多层扬声器安排1的顶视图。

参考符号清单

1     多层扬声器安排

2     扬声器

3     控制单元

A     听众区

α    源仰角

α_B   融合角

α_L1  层仰角

α_L-1 层仰角

α_O   开度角

β    差角

γ    差角

EDV_L1     仰角方向矢量

EDV_L-1    仰角方向矢量

g_L0   层增益因子

g_L1   层增益因子

g_L-1  层增益因子

g_L    层增益因子

g_U    层增益因子

i、j、k   单位长度矢量

L₀    扬声器层

L₁    扬声器层

L_-1   扬声器层

n_L   竖直声相

n_Lf  最终竖直声相

N_L   层号

PIP_L1    相移交点

PIP_L-1    相移交点

r    比率

RP   参考点

SC_L1     扬声器系数

SC_L-1    扬声器系数

SC_{L1_2D}  层特定扬声器系数

SC_{L-1_2D} 层特定扬声器系数

S_L1  几何学扬声器设置

S_L-1 几何学扬声器设置

SP   源位置

SP_X  源位置的X分量

SP_XY     投影的源位置

SP_Y 源位置的Y分量

SP_Z 源高度值

SV  源矢量

S1  步骤

S2.1步骤

S2.2步骤

S2.3步骤

S3  步骤

S4.1步骤

S4.2步骤

S4.3步骤

S5  步骤

S6  步骤

S7  步骤

X   方向

Y   方向

Z   方向

Z₁  高度

Claims (13)

1.用于控制三维多层扬声器安排(1)的方法，该三维多层扬声器安排包括安排在彼此间隔开的多个扬声器层(L₀，L₁，L_-1)中的多个扬声器(2)，该方法包括：

-提供有待从指派给一个声音的一个三维源位置(PS)回放的该声音的一个声音信息，其中该源位置(PS)是相对于该多层扬声器安排(1)内的一个参考点(RP)来限定的，

-从该源位置(SP)提取一个二维源位置(SP_XY)并且使用一个二维计算器来计算多个层特定扬声器系数(SC_{L1_2D}，SC_{L-1_2D}，SC_{L0_2D})，以便将该声音定位在该二维源位置(SP_XY)处，

-将一个竖直声相(n_L)或该3D源位置(SP)送入一个多层计算器中，从而获得每个层(L₀，L₁，L_-1)的一个层增益因子(g_L0，g_L1，g_L-1)，

-将这些层增益因子(g_L0，g_L1，g_L-1)与这些对应层特定扬声器系数(SC_{L1_2D}，SC_{L-1_2D}，SC_{L0_2D})相乘，从而获得用作这些扬声器(2)回放该声音的多个单独增益的多个扬声器系数(SC_L1，SC_L-1，SC_L0)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，这些扬声器层(L₀，L₁，L_-1)被安排成彼此平行且平行于一个听众区(A)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该参考点(RP)位于该听众区(A)内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，这些扬声器层(L₀，L₁，L_-1)中的至少一个扬声器层内的这些扬声器(2)被安排为一个扬声器多边形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该二维计算器确定这些单独扬声器(2)的这些层特定扬声器系数(SC_{L1_2D}，SC_{L-1_2D}，SC_{L0_2D})而考虑到了对应扬声器层(L₁，L_-1，S_L0)中的一个几何学扬声器设置(S_L1，S_L-1，S_L0)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该多层计算器确定这些层增益因子(g_L1，g_L-1，g_L0)而考虑到了对应扬声器层(L₁，L_-1，L₀)中的该几何学扬声器设置(S_L1，S_L-1，S_L0)以及这些扬声器层(L₁，L_-1，L₀)相对于彼此和相对于该参考点(RP)的位置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该多层计算器包括一个步骤(S5)，在该步骤中，使用该三维源位置(SP)计算该声源的该竖直声相(n_L)从而将对应扬声器层(L₁，L_-1，L₀)中的该几何学扬声器设置(S_L1，S_L-1，S_L0)以及这些扬声器层(L₁，L_-1，L₀)相对于彼此和相对于该参考点(RP)的位置考虑在内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，这些扬声器层(L₁，L_-1，L₀)中的至少一个扬声器层包括作为有多个扬声器(2)的一个安排的一个扬声器段，从投影到对应扬声器层(L₁，L_-1，L₀)中的该参考点(RP)的角度看，该扬声器段仅覆盖一个有限开度角(α_O)，其中该多层计算器包括一个步骤(S6)，在该步骤中，如果该源位置(SP)位于该开度角(α_O)外并且位于一个相邻的融合角(α_B)外，那么对具有一个扬声器多边形的一个相邻扬声器层(L₁，L_-1，L₀)设定一个最终竖直声相(n_Lf)，该融合角被定义为在该开度角(α_O)与该相邻扬声器层(L₁，L_-1，L₀)中的位于此开度角(α_O)外的第一扬声器(2)之间的角度；其中如果该源位置(SP)位于该融合角(α_B)内，那么该最终竖直声相(n_Lf)在具有该扬声器段的该层(L₁，L_-1，L₀)与具有该扬声器多边形的相邻扬声器层(L₁，L_-1，L₀)之间融合，其中如果该源位置(SP)位于该开度角(α_O)内，那么跳过这个步骤(S6)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该多层计算器包括利用一个层增益映射器计算这些层增益因子(g_L1，g_L-1，g_L0)的一个步骤(S7)，其中选择了具有在该源位置(SP)下方的一个下层(N_LL)和在该源位置上方的一个上层(N_LU)的一对相邻层，其中如果该源定位在这些扬声器多边形中的一个扬声器多边形内，那么对该竖直声相(n_L)进行圆整，其中一个水平比率(r)是通过等式来计算出，其中该下层(N_LL)和该上层(N_LU)的这些层增益(g_l，g_u)是通过等式g_u＝r和g_l＝1-r来计算出，其中这些层增益(g_l，g_u)由它们的幂和来归一化。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(S5)中，一个辅助2D平面拟合通过该参考点(RP)和该源位置(SP)，这样使得该辅助2D平面以多个直角来切割该听众区(A)，其中该辅助2D平面切割这些扬声器层(L₁，L_-1)的边界的两个位置被限定为相移交点(PIP_L1，PIP_L-1)，其中用于对应扬声器层(L₁，L_-1)的多个仰角方向矢量(EDV_L1，EDV_L-1)被构造在该参考点(RP)与这些相移交点(PIP_L1，PIP_L-1)之间，其中一个源矢量(SV)被构造在该参考点(RP)与该源位置(SP)之间，其中这些仰角方向矢量(EDV_L1，EDV_L-1)和该源矢量(SV)被送入一个2D计算器中以计算这些层增益因子(g_L1，g_L-1)。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其特征在于，最接近该听众区(A)的水平的这个层(L₀)被指派了值为0的层号(N_L)，其中在这个层(L₀)上方的多个层(L₁)被指派了逐渐增大的正整数层号(N_L)，并且在这个层(L₀)下方的这些层(L_-1)被指派了逐渐减小的负整数层号(N_L)，其中如果该竖直声相(n_L)与该层号(N_L)之间的差值的绝对值最多为1，那么通过从1减去该竖直声相(n_L)与该层号(N_L)之间的差值的绝对值来计算出一个层(L₀，L₁，L_-1)的该层增益因子(g_L)，否则，其中该层增益因子(g_L)被设为0。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(S5)中的该二维相移算法包括矢量基幅值相移。

13.用于在听众区(A)回放三维声音的设备，该设备包括

-三维多层扬声器安排(1)，该三维多层扬声器安排包括安排在彼此间隔开的多个扬声器层(L₀，L₁，L_-1)中的多个扬声器(2)，

-用于该多层扬声器安排(1)的一个控制单元(3)，其中该控制单元(3)被安排成执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。