CN104904235A - 用于使用向上发射驱动器的反射声音呈现的虚拟高度滤波器 - Google Patents

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Abstract

实施例针对的是使声音从天花板反射到处于离扬声器某距离处的聆听位置的扬声器和电路。反射声音提供高度提示以再现具有头顶音频成分的音频对象。扬声器包括向上发射驱动器以使声音从上表面反射并且代表虚拟高度扬声器。基于方向听觉模型的虚拟高度滤波器被应用到向上发射驱动器信号，以改善由虚拟高度扬声器传输的音频信号的高度的感知，从而提供头顶反射声音的最佳再现。虚拟高度滤波器可以作为分频电路的一部分而被融合，该分频电路对全频带进行分离并且将高频声音发送到向上发射驱动器。

Description

用于使用向上发射驱动器的反射声音呈现的虚拟高度滤波器
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年1月7日提交的美国临时专利申请No.61/749,789、2013年6月14日提交的美国临时专利申请No.61/835,466和2013年12月11日提交的美国临时专利申请No.61/914,854的优先权，其中的每个专利申请通过对其整体引用而被特此融合。
技术领域
一个或多个实现一般涉及音频信号处理，并且更具体地涉及用于使用向上发射扬声器所产生的反射信号呈现适应性音频内容的扬声器和电路。
背景技术
数字影院的出现已创建影院声音的新标准，诸如融合多个音频通道以允许内容创建者的更大创意和听众的更有围绕及逼真的听觉体验。作为用于分配空间音频内容并且在不同的回放配置中呈现的手段，已开发出基于模型的音频描述以扩展超越传统的扬声器馈给和基于通道的音频。声音在真实三维(3D)或虚拟3D环境中的回放已变为增强研究和开发的领域。声音的空间展现利用音频对象，该音频对象是具有表观源位置(例如，3D坐标)、表观源宽度、及其它参数的相关联参数源描述的音频信号。基于对象的音频可被用于诸如数字电影、视频游戏和模拟器的许多多媒体应用，并且在扬声器的数目及其放置一般被相对小的聆听环境的边界限制或约束的家庭环境中特别重要。
已开发出各种技术以在完全的影院环境和较小规模家庭环境二者中更精确地捕获和再现创建者对于音轨的艺术意图。已开发出下一代空间音频(也被称为“适应性音频”)格式，该下一代空间音频格式包括音频对象、传统的基于通道的扬声器馈给、以及音频对象的位置元数据的混合。在空间音频解码器中，通道被直接发送到它们相关联的扬声器或者被下混到现有的扬声器组，并且通过解码器以灵活的方式呈现音频对象。诸如3D空间中的位置轨迹的与每个对象相关联的参数源描述与连接到解码器的扬声器的数目和位置一起被当作输入。呈现器利用某些算法来在一组附连的扬声器上分配与每一对象相关联的音频。每个对象的创作空间意图因此通过聆听环境中存在的特定扬声器配置最优地展现。
当前的空间音频系统一般对于影院用途而开发，并且因此涉及大房间中的部署和相对昂贵的设备的使用，该相对昂贵的设备包括分布在剧院周围的多个扬声器的阵列。然而，越来越多量的先进音频内容通过流技术和诸如蓝光盘等的先进媒介技术被使得在家庭环境中能够回放。此外，诸如3D电视、先进的计算机游戏和模拟器的新兴技术正鼓励在家庭和其它聆听环境中使用诸如大屏幕监视器、环绕声接收器和扬声器阵列的相对精密的设备。尽管这样的内容的可用性，但是设备成本、安装复杂性和房间大小仍然成为阻碍在大多数的家庭环境中充分利用空间音频的现实约束。例如，先进的基于对象的音频系统通常利用头顶或高度扬声器回放意在源于聆听者的头部上方的声音。在许多情况中，并且尤其在家庭环境中，这样的高度扬声器可能不是可用的。在这种情况中，如果仅通过地面或者墙壁安装扬声器播放这样的声音对象，则损失高度信息。
因此，需要的是允许适应性音频系统的完整空间信息在可能仅包括意在用于回放的全部扬声器阵列的一部分(诸如有限的或者没有头顶扬声器)并且可利用向上引导的扬声器以将声音反射到直接扬声器可能不存在的地方的聆听环境中再现的系统。
进一步需要的是应用期望的频率传递函数以从意在被聆听环境的上表面反射的音频信号中的高度声音成分减少或者消除直接声音成分的滤波方法。
进一步需要的是将期望的频率传递函数直接融合到被配置为使声音从上表面反射的扬声器的转换器设计中的扬声器系统。
背景技术部分中所讨论的主题不应当仅仅作为其在背景技术部分中的提及而被想当然地认为是现有技术。类似地，在背景技术部分中所提及或者与背景技术部分的主题相关联的问题不应当被想当然地认为以前已在现有技术中被认识到。背景技术部分中的主题仅仅代表不同的方法，该不同的方法本身也可以是发明。
发明内容
实施例针对的是使声音从天花板或者上表面反射到处于离扬声器某距离处的聆听位置的扬声器和电路。反射声音提供高度提示以再现具有头顶音频成分的音频对象。扬声器包括一个或多个向上发射驱动器以使声音从上表面反射并且代表虚拟高度扬声器。基于方向听觉模型的虚拟高度滤波器被应用到向上发射驱动器信号，以改善由虚拟高度扬声器传输的音频信号的高度的感知，从而提供头顶反射声音的最佳再现。此外，虚拟高度滤波器可以作为分频电路的一部分而被融合，该分频电路对全频带进行分离并且将高频声音发送到向上发射驱动器。房间校正处理也被用于在执行自动房间均衡和其它异常取消处理的系统中维持虚拟高度滤波和提供校准。
这样的扬声器和电路被配置为与通过使用反射声音元素呈现声音的适应性音频系统相结合地使用，该适应性音频系统包括：用于分布在聆听环境周围的音频驱动器的阵列，其中驱动器中的一些是直接驱动器，而其它的是朝着聆听环境的天花板投射声波以便反射到特定的聆听区域的向上发射驱动器；呈现器，该呈现器用于处理音频流和一个或多个元数据组，该元数据组与每个音频流相关联并且指定各音频流的聆听环境中的回放位置，其中音频流包括一个或多个反射音频流和一个或多个直接音频流；和回放系统，该回放系统用于根据一个或多个元数据组而将音频流呈现到音频驱动器的阵列，并且其中一个或多个反射音频流被传输到反射音频驱动器。
实施例进一步针对的是将期望的频率传递函数直接融合到被配置为使声音从上表面反射的扬声器的转换器设计中的扬声器或扬声器系统，其中期望的频率传递函数从呈现器所产生的适应性音频信号中的高度声音成分中滤波直接声音成分。
实施例还进一步针对的是制造和使用或者部署通过在音频回放系统中使用从高度声音成分中滤波直接声音成分的频率传递函数来优化反射声音内容的呈现和回放的转换器设计、电路以及扬声器的方法。
通过引用的融合
本说明书中所提及的每个公开、专利和/或专利申请通过如同每一单个公开和/或专利申请被特别地并且单个地指出通过引用而被融合的相同程度对其整体引用而融合在本文中。
附图说明
以下附图中使用同样的附图标记来指同样的元素。虽然以下附图描绘各种示例，但一个或多个实现并不限于附图中所描绘的示例。
图1示出在聆听环境中使用反射声音以模拟头顶扬声器的向上发射驱动器的使用。
图2示出根据实施例的集成虚拟高度和前方发射扬声器。
图3是示出根据实施例的从方向听觉模型导出的虚拟高度滤波器的幅度响应的图。
图4A示出根据实施例的作为具有向上发射驱动器的扬声器单元的一部分而被融合的虚拟高度滤波器。
图4B示出根据实施例的作为用于驱动向上发射驱动器的呈现单元的一部分而被融合的虚拟高度滤波器。
图5示出根据实施例的接收位置信息和旁路信号的高度滤波器。
图6示出根据实施例的在虚拟高度扬声器中所使用的向上发射驱动器的倾斜角度。
图7是示出根据实施例的包括分频电路的虚拟高度滤波器系统的图。
图8A是根据实施例的与虚拟高度滤波器相结合地使用的两频带分频滤波器的高层电路图。
图8B示出根据实施例的在高通滤波路径中实现虚拟高度滤波的两频带分频器。
图8C示出根据实施例的将向上发射和前方发射扬声器分频滤波器网络进行组合以与不同的高频驱动器一起使用的分频器。
图9示出根据实施例的图8的两频带分频器的频率响应。
图10示出根据实施例的用于与虚拟高度滤波器一起使用的各种不同的向上发射和直接或前方发射扬声器配置。
图11是根据实施例的包括房间校正和虚拟高度扬声器检测能力的虚拟高度呈现系统的框图。
图12是显示根据实施例的用于校准的预加重滤波的效果的图。
图13是示出根据实施例的在适应性音频系统中执行虚拟高度滤波的方法的流程图。
图14A是示出根据实施例的模拟虚拟高度滤波器电路的电路图。
图14B与期望的响应曲线相结合地示出图14A的电路的示例频率响应曲线。
图15A示出根据实施例的虚拟高度滤波器的数字实现的示例系数值。
图15B与期望的响应曲线一起示出图15A的滤波器的示例频率响应曲线。
图16示出根据实施例的在集成箱体中集成直接和向上发射驱动器的扬声器。
图17示出聆听环境内具有向上发射驱动器和虚拟高度滤波器部件的扬声器的示例放置。
图18示出根据实施例的用于在高度特定的转换器设计中使用的高度提示滤波器传递函数。
具体实施方式
对于通过向上发射扬声器呈现适应性音频系统的反射声音的适应性音频系统描述系统和方法，该向上发射扬声器融合通过使用反射声音呈现基于对象的音频内容的虚拟高度滤波器电路以再现头顶声音对象并提供虚拟高度提示。本文中所描述的一个或多个实施例的方面可以在音频或音频-视觉(AV)系统中实现，该音频或音频-视觉(AV)系统处理包括执行软件指令的一个或多个计算机或处理设备的混合、呈现和回放系统中的源音频信息。描述的实施例中任何一个都可以单独使用或以任何组合彼此一起使用。虽然各个实施例可能被说明书中的一个或多个地方中可能讨论或提到的现有技术的各种缺陷而激发，但是实施例并不必然应对这些缺陷中的任何一个。换句话说，不同的实施例可能应对可能在说明书中讨论的不同缺陷。一些实施例可能仅部分地应对可能在说明书中讨论的一些缺陷或者仅一个缺陷，并且一些实施例可能没有应对这些缺陷中的任何一个。
出于本描述的目的，以下的术语具有相关联的含义：术语“通道”意指音频信号加其中位置被编码为例如左前或者右上环绕的通道标识符的元数据；“基于通道的音频”是针对通过具有相关联的标称位置的一组预定义的扬声器区(例如5.1、7.1等等)的回放而格式化的音频；术语“对象”或“基于对象的音频”意指具有诸如表观源位置(例如，3D坐标)、表观源宽度等的参数源描述的一个或多个音频通道；并且“适应性音频”意指基于通道和/或基于对象的音频信号加元数据，该元数据使用音频流加其中位置被编码为空间中的3D位置的元数据基于回放环境使音频信号呈现；并且“聆听环境”意指任何开放的、部分包围的或者完全包围的区域，诸如可被用于单独回放音频内容或与视频或者其它内容一起回放、并且可体现在家庭、影院、剧院、礼堂、演播室、游戏控制台等中的房间。这样的区域可以具有设置在其中的一个或多个表面，诸如可直接地或者扩散地反射声波的墙壁或障板。
实施例针对的是反射声音呈现系统，该反射声音呈现系统被配置为与可被称为基于音频格式和呈现技术的“空间音频系统”或“适应性音频系统”的声音格式和处理系统一起工作，以允许增强的听众沉浸、较大的艺术控制以及系统灵活性和可扩展性。总的适应性音频系统一般包括被配置为产生一个或多个包含传统的基于通道的音频元素和音频对象编码元素二者的比特流的音频编码、分配和解码系统。这样的组合方法与单独采用的基于通道或者基于对象的方法相比提供较大的编码效率和呈现灵活性。2012年4月20日提交的题为“Systemand Method for Adaptive Audio Signal Generation,Coding andRendering”的未决美国临时专利申请61/636,429中描述可与本实施例相结合地使用的适应性音频系统的示例，该未决美国临时专利申请61/636,429通过引用而被特此融合，并且作为附录1被附加于此。
一般而言，可将音频对象视为可被感知从聆听环境中的一个特定的物理位置或多个特定的物理位置发出的声音元素的群组。这样的对象可以是静态的(静止的)或动态的(移动的)。音频对象由定义声音在时间中的给定点处的位置以及其它功能的元数据进行控制。当对象被回放时，它们通过使用存在的扬声器根据位置元数据而被呈现，而不是必然被输出到预定义的物理通道。
适应性音频系统和相关联的音频格式的示例实现是AtmosTM平台。这样的系统融入可被实现为9.1环绕系统或类似的环绕声配置(例如，11.1、13.1、19.4等)的高度(上/下)尺寸。9.1环绕系统可以包括地面平面中的组合的五个扬声器和高度平面中的四个扬声器。一般而言，这些扬声器可以被用于在聆听环境内或多或少精确地产生被设计为从任何位置发出的声音。在典型的商业或专业实现中，高度平面中的扬声器通常作为天花板安装扬声器或者安装在听众上方的墙壁高处的扬声器(诸如经常在影院中所看到的)而提供。这些扬声器通过从头顶位置将声波向下直接传输到听众来对于意在在聆听者上方被听到的信号提供高度提示。
虚拟高度扬声器系统
在诸如典型的家庭环境的许多情况中，天花板安装头顶扬声器不可用或者不能实际安装。在这种情况中，必须由地面或低墙壁安装扬声器提供高度尺寸。在实施例中，由通过使声音从天花板反射而模拟高度扬声器的向上发射扬声器提供高度尺寸。在适应性音频系统中，由呈现器实现某些虚拟化技术以通过这些向上发射扬声器再现头顶音频内容，并且该扬声器使用与应使哪些音频对象呈现在标准水平面上方有关的特定信息，以相应地引导音频信号。
出于描述的目的，术语“驱动器”意指响应于电音频输入信号而产生声音的单个电声换能器。驱动器可以任何适当的类型、几何形状、和大小实现，并且可包括号角、锥盆、带式换能器等。术语“扬声器”意指单一包围物中的驱动器，并且术语“箱体”或“壳体”意指包围一个或多个驱动器的单一包围物。
图1示出使用反射声音模拟一个或多个头顶扬声器的向上发射驱动器的使用。图100示出出聆听位置106位于聆听环境内的特定地点的示例。该系统不包括任何用于传输包含高度提示的音频内容的高度扬声器。作为代替，该扬声器箱体或扬声器阵列包括向上发射驱动器以及前方发射驱动器。该向上发射驱动器(相对于位置和倾斜角度)被配置为将其声波108向上发送到天花板102上的特定点104，在该特定点104处，该声波向下反射回到聆听位置106。假定该天花板由适当的材料和组成制成，以将声音充分地向下反射到聆听环境中。该向上发射驱动器的相关特性(例如，大小、功率、位置等)可以基于天花板组成、房间大小和聆听环境的其它相关特性来选择。
图1的实施例示出一个或多个向前发射驱动器被包围在第一箱体112内并且向上发射驱动器被包围在单独的第二箱体110内的情况。用于虚拟高度扬声器的向上发射扬声器110一般被放置在向前发射扬声器112的顶部，但是其它的方位也是可能的。应当注意的是，可组合地使用任何数目的向上发射驱动器，以创建多个模拟高度扬声器。可替代地，可将若干向上发射驱动器配置为将声音传输到天花板上基本相同的点，以实现某一声音强度或效果。
图2示出在相同箱体中提供向上发射驱动器和向前发射驱动器的实施例。如图2所示，扬声器箱体202包括向前发射驱动器206和向上发射驱动器204二者。虽然在图1和图2中的每一个中仅示出一个向上发射驱动器，但是在一些实施例中，可将多个向上发射驱动器融合到再现系统中。对于图1和图2的实施例，应当注意的是，驱动器可以根据所要求的频率响应特性以及诸如大小、功率定额和部件成本等的任何其它相关限制而具有任何适当的形状、大小和类型。
如图1和图2所示，向上发射驱动器被定位为使得它们以一个角度将声音向上投射到天花板，在天花板处，该声音然后可向下反弹回到聆听者。歪斜的角度可以根据聆听环境特性和系统要求来设定。例如，在扬声器包围物202中，向上驱动器204可以向上歪斜20与60度之间并且可以定位在前方发射驱动器206上方，以便使与从前方发射驱动器206所产生的声波的干扰最小化。向上发射驱动器204可以以固定角度被安装，或者它可以被安装为使得歪斜角度可以被手动调整。可替代地，可以使用伺服机制以允许向上发射驱动器的歪斜角度和投射方向的自动或电气控制。对于诸如周围声音的某些声音，可以使向上发射驱动器从扬声器包围物202的上表面竖直向上对准，以创建可被称为“顶部发射”驱动器的驱动器。在这种情况中，根据天花板的声学特性，声音的大成分可向下反射回到扬声器上。然而，在大多数情况中，通常使用某个歪斜角度来帮助声音通过从天花板反射而投射到聆听环境内的不同或更多的中央位置。
在实施例中，适应性音频系统利用向上发射驱动器来对于头顶音频对象提供高度元素。这部分地通过对来自如图1和图2所示的上方的反射声音的感知而实现。然而，在实际中，声音不以完全定向的方式从向上发射驱动器沿着反射路径辐射。来自向上发射驱动器的一些声音将沿着直接从驱动器到聆听者的路径行进，从而减弱对来自反射位置的声音的感知。与所期望的反射声音相比，该非期望的直接声音的量一般是一个或多个向上发射驱动器的指向性模式(pattern)的函数。为了补偿该非期望的直接声音，已证实，融入信号处理以将感知的高度提示引入到被馈给到向上发射驱动器的音频信号中改善虚拟高度信号的定位和感知质量。例如，已开发用于创建虚拟高度滤波器的方向听觉模型，当该虚拟高度滤波器被用于处理向上发射驱动器再现的音频时，改善该再现的感知质量。在实施例中，从相对于聆听位置的反射扬声器位置(在聆听者上方)和物理扬声器位置(与聆听者大约同一水平)二者导出虚拟高度滤波器。对于物理扬声器位置，第一方向滤波器基于从扬声器位置直接行进到聆听位置处的聆听者的耳朵的声音的模型确定。可以从诸如HRTF(头部相关传递函数)测量的数据库的方向听觉的模型、或者参数双耳听觉模型、耳廓模型，或者利用可帮助感知高度的提示的其它类似的传递函数模型导出滤波器。虽然考虑耳廓模型的模型由于它帮助定义如何感知高度而一般是有用的，但是该滤波器函数并非意在隔离耳廓效应，而是处理来自一个方向的声音水平与另一个方向的比，并且该耳廓模型是可以使用的双耳听觉模型中的一个这样的模型的示例，但是也可以使用其它的模型。
接着确定该滤波器的逆，并且被用于去除沿着直接从物理扬声器位置到聆听者的路径行进的音频的方向提示。接着，对于反射扬声器位置，基于直接从该反射扬声器位置到相同聆听位置处的聆听者的耳朵行进的声音的模型，使用相同的方向听觉的模型来确定第二方向滤波器。该滤波器被直接应用，其本质上给予如果从聆听者上方的反射扬声器位置发出声音的话耳朵将接收到的方向提示。在实际中，可以以允许既至少部分地去除来自物理扬声器位置的方向提示又至少部分地插入来自反射扬声器位置的方向提示的单个滤波器的方式来组合这些滤波器。这样的单个滤波器提供频率响应曲线，该频率响应曲线在本文中被称为“高度滤波器传递函数”、“虚拟高度滤波器响应曲线”、“期望的频率传递函数”、“高度提示响应曲线”，或者类似的词以描述在音频回放系统中将直接声音成分从高度声音成分滤波的滤波器或滤波器响应曲线。
关于滤波器模型，如果P1代表对来自物理扬声器位置的声音传输进行建模的第一滤波器的以dB为单位的频率响应，并且P2代表对来自反射扬声器位置的声音传输进行建模的第二滤波器的以dB为单位的频率响应，则可以将以dB为单位的虚拟高度滤波器的总响应PT表达为：PT＝α(P2-P1)，其中α是控制滤波器的强度的比例因子。通过α＝1，滤波器被最大地应用，并且通过α＝0，滤波器不做任何事情(0dB响应)。在实际中，基于反射声音与直接声音的相对平衡而将α设定为0与1之间的某处(例如，α＝0.5)。当直接声音的水平与反射声音相比增加时，α也应当增加，以便将反射扬声器位置的方向提示更完全地给予到该非期望的直接声音路径。然而，不应当使得α大到损害已经包含适当的方向提示的沿着反射路径行进的音频的感知音色。在实际中，已发现α＝0.5的值与向上发射配置中的标准扬声器驱动器的指向性模式工作得很好。一般而言，滤波器P1和P2的确切值将是相对于聆听者的物理扬声器位置的方位和反射扬声器位置的上仰(elevation)的函数。该上仰继而是物理扬声器位置离聆听者的距离和天花板的高度与扬声器的高度(假定聆听者的头部处于扬声器的相同高度)之间的差的函数。
图3描绘从基于在一组大的对象上进行平均的HRTF响应的数据库的方向听觉模型所导出的α＝1的虚拟高度滤波器响应PT。黑线303代表在对应于合理的扬声器距离和天花板高度的仰角范围和方位角范围上所计算的滤波器PT。看着PT的这些各个实例，首先注意到：每个滤波器的变化的大部分发生在4Hz以上较高的频率处。此外，每个滤波器表现出位于大约7kHz处的峰和大约12kHz处的凹口(notch)。峰和凹口的确切水平在各个响应曲线之间变化数dB。考虑到该组响应之间的峰和凹口的位置上的这种密切一致，已发现粗灰线所给出的单个平均滤波器响应302可用作对于大多数合理的物理扬声器位置和房间尺寸的通用高度提示滤波器。考虑到该发现，可以对于虚拟高度扬声器设计单个滤波器PT，而且对于合理的性能不需要确切的扬声器位置和房间尺寸的知识。然而，对于增加的性能，这样的知识可以被利用以将滤波器PT动态地设定为图3中对应于特定的扬声器位置和房间尺寸的特别的黑色曲线中的一个。
用于虚拟高度呈现的这种虚拟高度滤波器的典型用途是用于音频，该音频在通过向上发射虚拟高度扬声器播放之前要由表现出图3中所描绘的幅度响应中的一个(例如，平均曲线302)的滤波器进行预处理。滤波器可以被提供作为扬声器单元的一部分，或者它可以是作为呈现器、放大器或其它中间音频处理部件的一部分而提供的单独部件。图4A示出根据实施例的作为具有向上发射驱动器的扬声器单元的一部分而被融合的虚拟高度滤波器。如图4A的系统400所示，适应性音频处理器402输出包含单独的高度信号成分和直接信号成分的音频信号。高度信号成分旨在通过向上发射扬声器408播放，而直接音频信号成分旨在通过直接或向前发射扬声器407播放。信号成分在频率内容或音频内容方面并非必然不同，而是可代替地基于音频对象或信号中存在的高度提示而区分。对于图4A的实施例，高度滤波器406被包含在高度扬声器408内或者以其它方式与高度扬声器408相关联。高度滤波器406通过将感知的高度提示提供到高度信号中以改善虚拟信号的定位和感知质量，来补偿高度信号中可能存在的任何非期望的直接声音直接声音成分。这样的高度滤波器可以融合图3所示的参考曲线。
在可替代实施例中，在输入到扬声器放大器(即，AV接收器或前置放大器)之前可以在呈现设备中发生虚拟高度滤波器预处理。图4B示出根据实施例的作为用于驱动向上发射驱动器的呈现单元的一部分而被融合的虚拟高度滤波器。如图4B的系统410所示，呈现器412通过放大器414输出单独的高度和直接信号，以分别驱动向上发射扬声器418和直接扬声器417。如以上相对于图4A所描述的，呈现器412内的高度滤波器416通过凹口滤波器(例如，参考曲线302)为向上发射扬声器418提供直接声音补偿。这允许为不具有任何内置的虚拟高度滤波的扬声器提供高度滤波器功能。
在实施例中，某些位置信息与用于启用或禁用扬声器系统内的虚拟高度滤波器的旁路信号一起被提供给高度滤波器。图5示出根据实施例的接收位置信息和旁路信号的高度滤波器。如图5所示，位置信息被提供给连接到向上发射扬声器504的虚拟高度滤波器502。该位置信息可以包括用于从图3中所描绘的组中选择适当的虚拟高度滤波器响应的房间大小和扬声器位置。此外，该位置数据可被利用以改变虚拟高度扬声器504的倾斜角度，如果通过自动或手动手段使得这样的角度可调整的话。对于大多数情况的典型并且有效的角度是大约20度。图6示出根据实施例的在虚拟高度扬声器中所使用的向上发射驱动器的倾斜角度。如图600所示，扬声器箱体602包括向前发射驱动器606和向上发射驱动器604。该向上发射驱动器以相对于定义向前发射驱动器606的传输轴610的地平面或水平面的角度608被定位。图6示出其中角度＝20度的示例情况。然而，如之前所讨论的，理想地应当将该角度设定为使聆听位置处的反射声音与直接声音的比最大化。如果已知向上发射扬声器的指向性模式，则考虑确切的扬声器距离和天花板高度可以计算出最优的角度，并且如果诸如通过铰接箱体或伺服控制布置向上发射驱动器604相对于向前发射驱动器606可移动，则可以调整角度608。根据控制电路的实现(例如，模拟、数字或机电)，可以通过电信号传送方法、机电手段或其它类似的机制来提供这样的位置信息。
在某些场景中，通过手动或自动手段进一步调整倾斜角度可能需要关于聆听环境的额外信息。这可以包括天花板是非常吸收的或者不寻常地高的情况。在这样的情况中，沿着反射路径行进的声音的量可能被减弱，而且因此可能期望使驱动器进一步向前歪斜以增加来自驱动器的直接路径信号的量，从而提高再现效率。如之前所解释的，当该直接路径成分增加时，那么期望增加滤波器比例参数α。这样，该滤波器比例参数α可以被自动地设定为可变倾斜角度以及和反射声音与直接声音比相关的其它变量的函数。对于图6的实施例，虚拟高度滤波器502还接收旁路信号，该旁路信号允许该滤波器从电路中切断，如果虚拟高度滤波不被期望的话。
如图4A和4B所示，呈现器将单独的高度和直接信号直接输出到相应的向上发射和直接扬声器。可替代地，该呈现器可输出单个音频信号，该单个音频信号被分立的分离或分频电路分成高度和直接成分。在这种情况中，从呈现器输出的音频将被分离电路分成其组成的高度和直接成分。在某些情况中，高度和直接成分并非是频率依赖的，并且外部分离电路被用于将音频分成高度和直接声音成分并且将这些信号路由到适当的相应驱动器，其中虚拟高度滤波将被应用到向上发射扬声器信号。
然而，在大多数常见的情况中，高度和直接成分可能是频率依赖的，并且分离电路包括分频电路，该分频电路将全带宽信号分成低和高(或带通)成分以用于传输到适当的驱动器。这通常是最有用的情况，因为高度提示通常在高频信号中而不是低频信号中更普遍，并且对于该应用，分频电路可与虚拟高度滤波器部件相结合地使用或者集成在虚拟高度滤波器部件中以将高频信号路由到向上发射驱动器和将较低频信号路由到直接发射驱动器。图7是示出根据实施例的包括分频电路的虚拟高度滤波器系统的图。如系统700所示，从呈现器702通过放大器(未示出)的输出是全带宽信号，并且虚拟高度扬声器滤波器708被用于对于发送到向上发射扬声器712的信号给予所期望的高度滤波器传递函数。分频电路706将来自呈现器702的全带宽信号分成高频(上方)和低频(直接)成分以用于传输到适当的扬声器712(向上发射)和714(直接)。分频器706可以与高度滤波器708集成，或者与高度滤波器708分离，并且可以在信号处理链内的任何地方提供这些分离或组合的电路，诸如在呈现器与扬声器系统之间(如所示的)、作为链中的放大器或前置放大器的一部分、在扬声器系统本身内，或者作为呈现器702内紧密耦合或集成的部件。分频功能可在虚拟高度滤波功能之前或之后实现。
分频电路通常将音频分成两个或三个频率带，其中来自不同频带的滤波音频被发送到扬声器内的适当的驱动器。例如，在两频带分频器中，较低频率被发送到能够忠实地再现低频的较大驱动器(例如，低音单元/中音单元)，而较高频率通常被发送到更能够忠实地再现较高频率的较小转换器(例如，高音单元)。图8A是根据实施例的与诸如图7所示的虚拟高度滤波器相结合地使用的两频带分频滤波器的高层电路图。参考图800，输入到分频电路802的音频信号被发送到高通滤波器804和低通滤波器806。分频器802以定义分频点的特定截止频率被设定或编程。该频率可以是静态的或者它可以是可变的(即，通过模拟实现中的可变电阻器电路或数字实现中的可变分频器参数)。高通滤波器804切除低频信号(截止频率以下的那些频率)，并且将高频成分发送到高频驱动器807。类似地，低通滤波器806切除高频(截止频率以上的那些频率)，并且将低频成分发送到低频驱动器808。三路分频器类似地运行，除了存在两个分频点和三个带通滤波器以将输入的音频信号分成三个频带以用于传输到诸如高音单元、中音单元和低音单元的三个单独的驱动器。
分频电路802可以通过使用已知的模拟部件(例如，电容器、电感器、电阻器等)和已知的电路设计而实现为模拟电路。可替代地，它可以通过使用数字信号处理器(DSP)部件、逻辑门、可编程阵列或其它数字电路而实现为数字电路。
图8A的分频电路可被用于实现诸如图7的虚拟高度滤波器702的虚拟高度滤波器的至少一个部分。如图3中所看到的，大多数的虚拟高度滤波发生在高于许多两路分频器的截止频率的4kHz以上的频率处。图8B示出根据实施例的在高通滤波路径中实现虚拟高度滤波的两频带分频器。如图820所示，分频器821包括低通滤波器825和高通滤波器824。该高通滤波器是包括虚拟高度滤波器部件828的电路820的一部分。该虚拟高度滤波器在传输到高频驱动器830之前将诸如曲线302的所期望的高度滤波器响应应用到高通滤波信号。
可提供旁路开关826以允许系统或用户在校准或设置期间旁路虚拟高度滤波器电路，使得其它音频信号处理可以在不干扰虚拟高度滤波器的情况下操作。开关826可以是在滤波器电路所驻留的扬声器或呈现部件上提供的用户手动操作的拨动开关，或者它可以是受软件控制的电子开关，或者是任何其它适当类型的开关。位置信息822也可以被提供到虚拟高度滤波器828。
图8B的实施例示出与分频器的高通滤波器级一起使用的虚拟高度滤波器。应当注意的是，在可替代实施例中，可以与低通滤波器一起使用虚拟高度滤波器使得较低频率带也可以被修改，以便模仿如图3所示的响应的较低频率。然而，在大多数实际应用中，鉴于低频范围中存在的最小高度提示，分频器可能过度复杂。
图9示出根据实施例的图8B的两频带分频器的频率响应。如图900所示，该分频器具有截止频率902以创建切除截止频率902以上的频率的低通滤波器的频率响应曲线904和切除截止频率902以下的频率的高通滤波器的频率响应曲线906。当该虚拟高度滤波器被应用到高通滤波器级之后的音频信号时，虚拟高度滤波器曲线908被叠加到高通滤波器曲线906上。
图8B所示的分频器实现假定使用两个驱动器来实现向上发射虚拟高度扬声器，其中一个驱动器用于低频而一个驱动器用于高频。然而，该配置在大多数状况下可能并不理想。向上发射扬声器的特定并且受控制的方向性对于有效的虚拟化经常是决定性的。例如，单个转换器扬声器在实现虚拟高度扬声器时通常是更有效的。此外，较小的单个转换器(例如，直径为3)是优选的，因为它比较大的转换器更负担得起并且在较高频率处更有方向性的。
在实施例中，向上发射扬声器可以包括一对扬声器或者不同大小和/或特性的两个或更多个扬声器的阵列。图10示出根据实施例的用于与虚拟高度滤波器一起使用的各种不同的向上发射以及直接或前方发射扬声器配置。如图10所示，向上发射扬声器可以包括均被安装在相同的箱体1001内以相同的角度向上发射的两个驱动器1002和1004。根据应用需求，驱动器可以具有相同的配置或者它们可以具有不同的配置(大小、功率、频率响应等)。向上发射(UF)音频信号被传输到该扬声器1001，并且可以使用内部处理以将适当的音频发送到驱动器1002和1004中的任一个或两个。在可替代实施例中，如扬声器1010中所示，向上发射驱动器中的一个(例如，1004)可以对于另一个驱动器成不同的角度。在这种情况中，向上发射驱动器1004针对的是基本上从箱体1010向前发射。应当注意的是，可以为驱动器1002和1004中的任一个或两个选择任何适当的角度，并且扬声器配置可以包括任何适当数目的各种类型(例如，锥盆、带、号角等)的驱动器或驱动器阵列。在实施例中，可以将向上发射扬声器1001和1002安装在向前或直接发射扬声器1020上，该向前或直接发射扬声器1020包括一个或多个将声音从主箱体直接传输出去的驱动器1020。该扬声器接收与UF音频信号分离的主音频输入信号。
图8C示出根据实施例的组合向上发射和前方发射扬声器分频滤波器网络以用于与诸如图10所示的不同高频驱动器一起使用的分频器。图8000示出其中为前方发射扬声器和虚拟高度扬声器提供单独的分频器的实施例。前方发射扬声器分频器8012包括馈给低频驱动器8020的低通滤波器8016以及馈给高频驱动器8018的高通滤波器8014。虚拟高度扬声器分频器8002包括低通滤波器8004，该低通滤波器8004通过与分频器8012中的低通滤波器8016的输出组合也馈给低频驱动器8020。虚拟高度分频器8002包括高通滤波器8006，该高通滤波器8006融合虚拟高度滤波器功能8008。该部件8007的输出馈给高频驱动器8010。驱动器8010是向上发射驱动器，并且通常为比前方发射低频驱动器8020小并且可能不同组成的驱动器。作为示例，前方发射驱动器低频驱动器8020的有效频率范围可以被设定为从40Hz到2Khz，对于前方发射高频驱动器8018设定为从2Khz到20kHz，并且对于向上发射高频驱动器8010设定为从400Hz到20kHz。
从将如图10所示的顶部和向前发射扬声器的分频器网络组合中存在多个益处。首先，优选的较小驱动器将不能够有效地再现较低频率，并且实际上可能在响度水平处失真。因此，对低频进行滤波并且将其重定向到前方发射扬声器的低频驱动器将允许较小的单个扬声器被用于虚拟高度扬声器并且导致更好的保真度。此外，研究已证实对于400Hz以下的音频信号存在很少的虚拟高度效应，因此仅将较高频率发送到虚拟高度扬声器1010代表该驱动器的最佳使用。
利用虚拟高度扬声器的房间校正
如以上所讨论的，将虚拟高度滤波加到虚拟高度扬声器使感知的提示加到音频信号，其增加或改善对向上发射扬声器的高度的感知。将虚拟高度滤波技术融合到扬声器和/或呈现器中可能需要考虑由回放设备执行的其它音频信号处理。一种这样的处理是房间校正，其为在商业可用的AVR中常见的处理。房间校正技术利用被放置在聆听环境中的麦克风以测量通过具有连接的扬声器的AVR回放的音频测试信号的频率响应和时间。测试信号和麦克风测量的目的在于测量并补偿几个关键因素，诸如房间和环境对音频的声学效应，包括房间节点(零和峰)、回放扬声器的非理想频率响应、多个扬声器与聆听位置之间的时间延迟、以及其它类似因素。可以将自动频率均衡和/或音量补偿应用到信号，以克服房间校正系统所检测到的任何效应。例如，对于前两个因素，通常使用均衡以修改通过AVR/扬声器系统所回放的音频，以便调整该音频的频率响应幅度，使得房间节点(峰和凹口)和扬声器响应不准确性被校正。
如果虚拟高度扬声器在系统中被使用并且虚拟滤波被启用，则房间校正系统可以将虚拟高度滤波器检测为房间节点或扬声器异常，并且尝试将虚拟高度幅度响应均衡为平坦。如果虚拟高度滤波器在诸如倾斜角度相对高时表现出显著的高频凹口，则这种尝试的校正特别明显。
虚拟高度扬声器系统的实施例包括用于防止房间校正系统撤销虚拟高度滤波的技术和部件。图11是根据实施例的包括房间校正和虚拟高度扬声器检测能力的虚拟高度呈现系统的框图。如图1100所示，AVR或其它呈现部件1102被连接到一个或多个融合虚拟高度滤波器处理1108的虚拟高度扬声器1106。该滤波器产生频率响应，诸如图7所示，其可能易受呈现器1102所执行的房间校正1104或其它异常补偿技术的影响。
在实施例中，该房间校正补偿部件包括允许AVR或其它呈现部件检测到虚拟高度扬声器与它连接的部件1105。一种这样的检测技术是使用房间校准用户接口和将扬声器的类型指定为虚拟或非虚拟高度扬声器的扬声器定义。现在的音频系统通常包括要求用户指定每个扬声器位置中的扬声器的大小(诸如小、中、大)的接口。在实施例中，将虚拟高度扬声器类型加到该定义组。因此，该系统可以通过诸如小、中、大、虚拟高度等的额外的数据元素预期虚拟高度扬声器的存在。在可替代实施例中，虚拟高度扬声器可以包括信号传送硬件，其声明它是虚拟高度扬声器而不是非虚拟高度扬声器。在这种情况中，呈现设备(诸如AVR)可以探测扬声器，并且寻找关于任何特定的扬声器是否融合虚拟高度技术的信息。该数据可以经由定义的通信协议来提供，该通信协议可以是无线、直接数字连接，或者经由使用现有的扬声器线或单独的连接的专用模拟路径。在另外的可替代实施例中，可以通过使用测试信号和测量程序来执行检测，该测量程序被配置或修改为识别扬声器中的虚拟高度滤波器的唯一频率特性，并且经由对被测量的测试信号的分析确定虚拟高度扬声器被连接。
一旦具有房间校正能力的呈现设备检测到连接到系统的虚拟高度扬声器(或多个扬声器)的存在，就执行校准处理1105以在没有不利影响虚拟高度滤波功能1108的情况下正确地校准系统。在一个实施例中，可以使用允许呈现设备使虚拟高度扬声器1106旁路虚拟高度滤波处理1108的通信协议来执行校准。如果扬声器是活动的并且可旁路滤波，则这可以被实现。可以将该旁路功能实现为用户可选择的开关，或者它可以被实现为软件指令(例如，如果滤波器1108在DSP中实现)，或者实现为模拟信号(例如，如果滤波器实现为模拟电路)。
在可替代实施例中，可以使用预加重滤波来执行系统校准。在该实施例中，房间校正算法1104对它产生并且输出到扬声器以便在校准处理中使用的测试信号执行预加重滤波。图12是显示根据实施例的用于校准的预加重滤波的效果的图。图1200示出虚拟高度滤波器的典型频率响应1204以及互补的预加重滤波器频率响应1202。该预加重滤波器被应用到房间校正处理中所使用的音频测试信号，使得当通过虚拟高度扬声器回放时，消除滤波器的影响，如图1200的较高频率范围中的两条曲线1202和1204的互补图所示。以这种方式，将如同使用正常的、非虚拟高度扬声器一样应用校准。
在又另外的可替代实施例中，可以通过将虚拟高度滤波器响应加到校准系统的目标响应来执行校准。
在这两种情况(预加重滤波或目标响应的修改)的任一种中，可以选择用于修改校准程序的虚拟高度滤波器以恰好匹配扬声器中所利用的滤波器。然而，如果在扬声器内部所利用的虚拟高度滤波器是不根据扬声器位置和房间尺寸而修改的诸如曲线302的通用滤波器，则作为代替校准系统可以选择对应于实际位置和尺寸的虚拟高度滤波器响应，如果这样的信息对于系统可用的话。以这种方式，校准系统应用等效于更精确的位置依赖的虚拟高度滤波器响应与扬声器中所利用的通用响应之间的差异的校正。在该混合系统中，扬声器中的固定滤波器提供良好的虚拟高度效应，并且AVR中的校准系统利用聆听环境的更多知识进一步完善该效应。
图13是根据实施例的示出在适应性音频系统中执行虚拟高度滤波的方法的流程图。图13的处理示出由图11所示的部件所执行的功能。处理1300通过将一个测试信号或多个测试信号发送到具有内置虚拟高度滤波的虚拟高度扬声器(动作1302)开始。该内置虚拟高度滤波产生频率响应曲线，诸如图7所示，其可被视为将由任何房间校正处理校正的异常。在动作1304中，系统检测虚拟高度扬声器的存在，使得由于应用房间校正方法而造成的任何修改可以被校正或补偿以允许虚拟高度扬声器的虚拟高度滤波的操作(动作1306)。
如以上所描述以及在图4A-B和7中所示的，虚拟高度滤波器可以在扬声器中独立地或者利用将输入的音频分成高频带和低频带的分频电路或者作为其一部分、或者更多地依赖于分频器设计来实现。这些电路中的任一个都可以被实现为数字DSP电路或者实现FIR(有限脉冲响应)或IIR(无限脉冲响应)的其它电路以接近诸如图3所示的虚拟高度滤波器曲线。分频器、分离电路和/或虚拟高度滤波器中的任一个可以被实现为无源或有源电路，其中有源电路需要单独的电力供给来工作，而无源电路使用其它系统部件或信号所提供的电力。
对于提供高度滤波器或分频器作为扬声器系统(箱体加驱动器)的一部分的实施例，该部件可以在模拟电路中实现。图14A是根据实施例的示出模拟虚拟高度滤波器电路的电路图。电路1400包括虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器包括模拟部件的连接，该模拟部件对于具有至18kHz的标称平坦响应的3英寸6欧姆扬声器具有被选择为近似具有比例参数α＝0.5的曲线302的等效物的数值。与灰色的期望曲线1424一起，该电路的频率响应在图14B中被描绘为黑色曲线1422。图14的示例电路1400旨在仅代表虚拟高度滤波器电路的可能电路设计或布局的一个示例，并且其它的设计是可能的。
图15A描绘用于在采用DSP或有源电路的电动扬声器中使用的高度提示滤波器的数字实现。该滤波器被实现为具有针对48kHz的采样率而选择的系数的四阶IIR滤波器。可替代地，通过本领域技术人员熟知的手段该滤波器可以转化成等效有源模拟电路。图15B与期望的响应曲线1522一起描绘该滤波器的示例频率响应曲线1524。
扬声器规格
针对家庭剧院或类似的聆听环境实现虚拟高度滤波的适应性音频系统中所使用的扬声器可以使用基于现有的环绕声配置(例如，5.1、7.1、9.1等)的配置。在这种情况中，多个驱动器根据已知的环绕声惯例而提供并定义，其中针对向上发射声音部件提供额外的驱动器和定义。
如图10所示，可以以在单一箱体中具有不同的独立驱动器单元和驱动器的组合的各种不同的配置来封装向上发射和直接驱动器。图16示出根据实施例的用于利用虚拟高度滤波的反射声音应用的向上和直接发射扬声器的配置。在扬声器系统1600中，箱体包含直接发射驱动器，该直接发射驱动器包括低音单元1604和高音单元1602。向上发射驱动器1606被设置为将信号从箱体的顶部传输出去，以便从聆听房间的天花板反射。如之前所描述的，可以将倾斜角度设定为诸如20度的任何适当的角度，并且驱动器1606可以相对于该倾斜角度手动地或自动地移动。声音吸收泡沫1610或任何类似的阻隔材料可被包括在向上发射驱动器开口中，以将该驱动器与扬声器系统的其余部分声学隔离。图16的配置意在仅提供示例说明，并且许多其它的配置是可能的。箱体大小、驱动器大小、驱动器类型、驱动器放置以及其它扬声器设计特性全部可以基于聆听环境、呈现系统和音频内容的要求和限制而不同地配置。
在典型的适应性音频环境中，多个扬声器包围物将被包含在聆听环境内。图17示出聆听环境内的具有向上发射驱动器和虚拟高度滤波器部件的扬声器的示例放置。如图17所示，聆听环境1700包括四个单个扬声器1702，每个扬声器具有至少一个前方发射、侧面发射和向上发射驱动器。聆听环境还可以包含用于环绕声应用的诸如中央扬声器和超低音单元或LFE(低频元件)的固定驱动器。如可在图17中所看到的，根据各扬声器单元和聆听环境的大小，聆听环境内的扬声器1702的适当放置可以提供因来自多个向上发射驱动器的声音从天花板反射而产生的丰富的音频环境。根据内容、聆听环境大小、聆听者位置、声学特性和其它相关参数，扬声器的目的可以在于提供从天花板平面上的一个或多个点的反射。
如前面所阐明的，向上发射扬声器的最优角度是导致聆听者上最大反射能量的虚拟高度驱动器的倾斜角度。在实施例中，该角度是离扬声器的距离以及天花板高度的函数。虽然一般天花板高度对于特定房间中的所有虚拟高度驱动器将是相同的，但是该虚拟高度驱动器离聆听者或聆听位置106可能不是等距离的。虚拟高度扬声器可以被用于诸如直接投射和环绕声功能的不同功能。在这种情况中，可以使用向上发射驱动器的不同的倾斜角度。例如，根据内容和房间状况，与前方虚拟高度驱动器相比，环绕虚拟高度扬声器可以被设定为更浅或更陡的角度。此外，不同的α比例因子可以被用于不同的扬声器，例如，用于环绕虚拟高度驱动器对前方高度驱动器。同样地，不同形状的幅度响应曲线可以被用于应用到不同扬声器的虚拟高度模型302。因此，在具有多个不同的虚拟高度扬声器的部署系统中，扬声器可以以不同的角度定向，和/或用于这些扬声器的虚拟高度滤波器可以表现出不同的滤波器曲线。
原生转换器设计
已描述其中由特定的电路或数字处理部件提供用于与向上发射驱动器一起使用的虚拟高度频率曲线的实施例。这样的电路可能对音频回放系统增加一定量的成本和复杂度，这可能是不期望的。在实施例中，可以将期望的虚拟高度传递函数设计到向上发射驱动器的原生频率响应中。许多扬声器部分地具有固有的高频误差，该高频误差在扬声器工作范围中不保持线性，并且可能类似于期望的高度滤波器传递函数。在当前的驱动器设计中，通常这些误差被最小化，以产生更线性的扬声器。然而，可以将用于改善高度提示信息的特定非线性响应直接设计到意在使声音从天花板表面反射的驱动器中。可以对向上发射扬声器的转换器或者驱动器的某些特性和部件进行修改，以融合诸如图18的示图1800中所示的特定高度提示传递曲线。图18示出与最佳线性化驱动器的线性曲线1802相比的期望的高度提示传递曲线1804。曲线1804可以对应于虚拟高度滤波器曲线302，或者它可以是针对一个向上发射驱动器或多个向上发射驱动器的设计而优化的修改曲线。
向上发射驱动器的某些元件被修改以在驱动器本身中原生地创建期望的高度传递函数1804，并且可以包括驱动器锥盆、防尘盖、中心盘、或其它元件。
在实施例中，可修改驱动器锥盆和/或锥盆边缘。可以使用具有锥盆的周边上的薄带或多个改变厚度的带的锥盆边缘组件。可替代地，锥盆可以包括使用锥盆上的‘u’或‘v’形区域的铰接部分或多个铰接部分。驱动器也可以利用不与主要锥盆轮廓(即，之字形轮廓)相切的锥盆区域的带；或者处于与产生基本上平坦的区域的扬声器的前平面成非常小角度处的外侧锥盆周边的一部分。可替代地，可以使用处于与扬声器的前平面成非常小角度处的内侧边缘周边的一部分以创建可独立于锥盆本体辐射的基本上平坦的区域。这还可以通过处于与扬声器的前平面成非常尖锐角度处的内侧边缘周边的一部分实现，其中锥盆/边缘组件的接合处的力矩臂质量大幅增加。该锥盆也可以使用边缘上的‘u’或‘v’形区域融合铰接部分或多个铰接部分；或者具有在所需要的带上创建谐波的、前部和后部偏离之间的基本上非对称服从的边缘。这些设计变化全部旨在引入帮助创建驱动器的期望响应曲线1804的谐波。
通常利用定位在锥盆圈的中央的防尘盖将驱动器锥盆盖住。该防尘盖也可以被配置为帮助产生期望频率曲线。例如，可以使用具有允许防尘盖在基本上去耦合的模式中以高频振动的薄锥盆部分或者铰接锥盆部分的锥盆防尘盖组件。可替代地，可以使防尘盖成形变为期望的高度频率范围处的高效二次辐射器。类似地，可以使用具有锥形离心机(whizzer)或者其它旋转或振动元件的防尘盖，该旋转或振动元件成形变为在高度频率范围处的高效二次辐射器。这样的防尘盖可以通过自身或者与修改的锥盆组件组合地使用和修改。
通常由被称为中心盘的塑料或金属框架来支撑锥盆。在实施例中，中心盘可以代替或与锥盆和/或防尘盖相结合而被修改。例如，具有在所需要的带上创建谐波的、前部和后部偏离之间的基本上非对称服从的中心盘可以被使用。
可以定义某些规格以对向上发射驱动器进行优化。例如，规格可定义融合具有变化的横截面形状的锥盆的转换器，该变化的横截面形状创建具有5dB的7kHz处的上升、随后为12kHz处的7dB的下降的高频响应，并且这样的变化的横截面形状可以包括环形部分，该环形部分创建允许该部分锥盆与锥盆本体的其余部分反相地振动的铰链。应当注意的是，对驱动器元件的所有举出的修改都可以单独或者彼此组合地使用，以产生所期望的频率响应曲线。
代替驱动器的锥盆部分，可以使用其它的或额外的扬声器部件将期望的频率曲线内置到扬声器中。在一个实施例中，独立地或与向上发射驱动器相结合地使用波导(例如，号角、透镜等)，以产生期望的目标函数1804。该实施例使用波导以通过控制指向性来创建期望的传递函数。对于该实施例，期望的传递函数本身通过波导形状和/或与创建期望的传递函数的优化驱动器相结合地使用波导来创建。
一般而言，融合本文中所描述的虚拟高度滤波技术的向上发射扬声器可以被用于使声音从硬天花板表面反射，以模拟定位在天花板中的头顶/高度扬声器的存在。适应性音频内容的引人注目的属性在于使用头顶扬声器的阵列再现空间上多样的音频。然而，如以上所阐明的，在许多情况中，在家庭环境中安装头顶扬声器太昂贵或不切实际。通过使用水平面中的正常定位的扬声器模拟高度扬声器，通过易于定位扬声器创建引人注目的3D体验。在这种情况中，适应性音频系统以新的方式使用向上发射/高度模拟驱动器，在该新的方式中音频对象和它们的空间再现信息被用于创建由该向上发射驱动器再现的音频。虚拟高度滤波部件帮助调和或最小化与反射声音相比可以被直接传输到聆听者的高度提示，使得头顶反射信号适当地提供高度的感知。
本文中所描述的系统的方面可以在适当的基于计算机的声音处理网络环境中实现以用于处理数字或数字化音频文件。适应性音频系统的一些部分可以包括一个或多个网络，该网络包括任何期望数目的单个机器，该机器包括用于缓冲和路由在计算机之间传输的数据的一个或多个路由器(未示出)。这样的网络可以构建在各种不同的网络协议上，并且可以是因特网、广域网(WAN)、局域网(LAN)或者其任何组合。
可通过控制系统的基于处理器的计算设备的执行的计算机程序来实现部件、模块、处理或其它功能部件中的一个或多个。还应当注意的是，可以使用硬件、固件和/或以各种机器可读或计算机可读媒介体现的指令和/或数据的任何数目的组合在其行为的、寄存器转移、逻辑部件和/或其它特性方面描述本文中所公开的各种功能。可包含这样的格式化数据和/或指令的计算机可读媒介包括但不限于诸如光学、磁性或半导体储存媒介的各种形式的物理(非暂时)、非易失性储存媒介。
除非上下文另外明确地要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”(“comprise”、“comprising”)等要在包含的意义上解释，而不是在排他或者穷举的意义上解释；也就是说，在“包括但不限于”的意义上解释。使用单数或复数的词语也分别包括复数或者单数。此外，“本文”、“下文”、“以上”、“以下”以及类似意义的词语指的是本申请整体，而不是本申请的任何特定部分。当词语“或”在提及两个或更多个项的列表中被使用时，该词语覆盖该词语的所有以下诠释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。
虽然已通过示例的方式并且在特定的实施例方面对一个或多个实现进行了描述，但要理解的是，一个或多个实现并不限于所公开的实施例。相反，意在覆盖对于本领域技术人员将清楚的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求的范围应赋予最广泛的诠释以便包含所有这样的修改和类似的布置。

Claims (33)

1.一种用于通过使用反射声音元素呈现声音的系统，包括：
呈现器，该呈现器产生音频信号的意在从聆听环境的上表面反射的上方信号成分，和音频信号的意在直接传输到聆听环境中的直接信号成分；
至少一个扬声器，该至少一个扬声器用于播放音频信号，并且具有用于传输直接信号成分的至少一个直接发射驱动器和用于传输上方信号成分的至少一个向上发射驱动器；以及
高度滤波器，该高度滤波器被配置为至少部分地去除来自所述至少一个扬声器位置的方向提示，并且至少部分地插入来自反射扬声器位置的方向提示。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个扬声器包括单一箱体，该单一箱体包含向上发射驱动器和直接发射驱动器二者，并且其中向上发射驱动器被以相对于直接发射驱动器所定义的水平角度的10度与30度之间的倾斜角度设置。
3.根据权利要求2所述的系统，其中向上发射驱动器通过可移动装置耦合到扬声器箱体，并且其中所述倾斜角度在大约20度的标称角度周围手动地或自动地可变。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述高度滤波器包括在以下中的一个所体现的电路：设置在呈现器与所述至少一个扬声器之间的部件、作为呈现器的一部分而提供的部件、和内置到所述至少一个扬声器中的部件。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述音频信号包括全带宽信号，所述系统还包括分频电路，该分频电路被配置为将截止频率以上的高频成分传输到向上发射驱动器并且将截止频率以下的低频成分传输到直接发射驱动器。
6.根据权利要求6所述的系统，其中所述向上发射驱动器包括两个或更多个转换器元件。
7.一种用于呈现声音以从聆听环境的上表面反射的扬声器驱动器，包括：
驱动器锥盆；
锥盆防尘盖，该锥盆防尘盖贴附到驱动器锥盆的中央部分；以及
框架，该框架固定所述锥盆以便安装在扬声器箱体内，其中所述驱动器锥盆、防尘盖和框架中的至少一个被配置为提供频率响应曲线，该频率响应曲线被配置为至少部分地去除来自扬声器位置的方向提示并且至少部分地插入来自反射扬声器位置的方向提示。
8.根据权利要求7所述的扬声器驱动器，其中包括所述驱动器的扬声器箱体包括向上发射元件和直接发射驱动器，该向上发射元件包含所述驱动器锥盆、防尘盖和框架，该直接发射驱动器被配置为将呈现的声音的直接信号成分直接传输到聆听环境中。
9.根据权利要求8所述的扬声器驱动器，其中呈现的声音通过呈现器单独产生直接信号成分和上方信号成分而产生。
10.一种用于通过使用反射声音元素呈现声音的系统，包括：
扬声器，该扬声器被放置在扬声器位置处并且包括壳体，该壳体包围多个驱动器，其中所述多个驱动器中的第一驱动器为前方发射驱动器，该前方发射驱动器被配置为沿着近似对应于地平面的第一轴传输声波，并且所述多个驱动器中的第二驱动器为向上发射驱动器，该向上发射驱动器以相对于所述地平面的倾斜角度定向并且被配置为使声音从聆听环境的上表面反射以产生反射扬声器位置；以及
虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器将频率响应曲线应用到由呈现器产生并且被传输到所述向上发射驱动器的音频信号，其中所述虚拟高度滤波器至少部分地去除来自扬声器位置的方向提示并且至少部分地插入来自反射扬声器位置的方向提示。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述音频信号包括全带宽信号，所述系统还包括耦合到所述扬声器的分频器，该分频器具有被配置为将阈值频率以下的低频信号传输到前方发射驱动器的低通部分，和被配置为将阈值频率以上的高频信号传输到向上发射驱动器的高通部分。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述虚拟高度滤波器作为集成分频器/滤波器电路的一部分与分频器集成。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述分频器/滤波器电路是实现为数字信号处理器(DSP)器件或者逻辑门电路的数字部件和模拟电路中的一个，并且其中所述分频器/滤波器电路是无源器件网络和有源器件网络中的一个。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述倾斜角度是可变的，所述系统还包括：
位置部件，该位置部件被配置为确定聆听环境内的最佳聆听位置；
通信部件，该通信部件被配置为将所述最佳聆听位置传达到扬声器；以及
控制部件，该控制部件被配置为更改所述倾斜角度以使声波从所述上表面反射到最佳聆听位置。
15.根据权利要求10所述的系统，还包括检测部件，该检测部件被配置为检测聆听环境中的虚拟高度滤波器的存在。
16.根据权利要求10所述的系统，还包括旁路开关，该旁路开关用于在准备音频回放设备以将声波传输到聆听环境的校准处理期间旁路虚拟高度滤波器。
17.根据权利要求10所述的系统，还包括房间校正部件，该房间校正部件对传输到聆听环境的声波执行预加重滤波操作以补偿应用到被传输到向上发射驱动器的信号的虚拟高度滤波。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述扬声器具有缺省虚拟高度滤波器，并且其中所述房间校正部件使用扬声器位置以基于针对该扬声器位置优化的频率响应曲线修改缺省虚拟高度滤波器曲线。
19.根据权利要求10所述的系统，还包括房间校正部件，该房间校正部件通过使用探测信号来产生聆听环境的目标响应，并且将缺省虚拟高度滤波器响应加到聆听环境的目标响应。
20.根据权利要求10所述的系统，还包括音频扬声器的阵列，该音频扬声器的阵列包括用于分布在聆听环境周围的各个向上发射驱动器，并且其中每个相应的向上发射驱动器以相对于地平面的唯一倾斜角度定向。
21.根据权利要求10所述的系统，其中所述虚拟高度滤波器实现算法，该算法使用比例因子补偿通过聆听环境直接传输的声波中存在的高度提示，从而有利于从聆听环境的上表面反射的声音中存在的高度提示。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述虚拟高度滤波器代表唯一的频率响应曲线，并且其中该频率响应曲线的一个或多个特性基于所述倾斜角度的值而改变。
23.一种用于传输要从聆听环境的上表面反射的声波的扬声器，包括：
壳体；
向上发射驱动器，该向上发射驱动器在所述壳体内并且以相对于地平面的倾斜角度定向，并且被配置为使声音从聆听环境的上表面上的反射点反射；以及
虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器将频率响应曲线应用到被传输到向上发射驱动器的信号。
24.根据权利要求23所述的扬声器，还包括物理接口，该物理接口允许所述壳体被安装在配置为沿着近似对应于所述地平面的轴传输声波的前方发射驱动器箱体上。
25.根据权利要求24所述的扬声器，其中所述虚拟高度滤波器补偿通过聆听环境直接传输的声波中存在的高度提示，从而有利于从聆听环境的上表面反射的声音中存在的高度提示。
26.根据权利要求25所述的扬声器，还包括与虚拟高度滤波器集成的分频电路，该分频器具有被配置为将阈值频率以下的低频信号传输到前方发射驱动器箱体中的前方发射驱动器的低通部分，和被配置为将阈值频率以上的高频信号传输到向上发射驱动器的高通部分。
27.根据权利要求23所述的扬声器，还包括所述壳体内的直接发射驱动器，该直接发射驱动器被配置为沿着近似对应于所述地平面的轴传输声波。
28.根据权利要求27所述的扬声器，还包括两个输入端子，其中第一输入端子被配置为接收对应于要从聆听环境的上表面反射的声波的信号，并且第二输入端子被配置为接收对应于要沿着近似对应于所述地平面的轴传输的声波的信号。
29.一种电路，包括：
分频器，该分频器具有被配置为将低频信号传输到前方发射驱动器的低通部分和被配置为将高频信号传输到向上发射驱动器的高通部分，其中所述向上发射驱动器以相对于地平面的倾斜角度定向，并且被配置为使声音从聆听环境的上表面上的反射点反射；以及
虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器耦合到所述分频器并且将频率响应曲线应用到被传输到向上发射驱动器的信号。
30.根据权利要求29所述的电路，其中所述虚拟高度滤波器至少部分地去除来自扬声器位置的方向提示并且至少部分地插入来自反射扬声器位置的方向提示。
31.根据权利要求30所述的电路，其中所述向上发射驱动器被包围在第一扬声器箱体中，并且所述前方发射驱动器被包围在第二扬声器箱体中。
32.根据权利要求31所述的电路，其中所述向上发射驱动器和前方发射驱动器被包围在单一扬声器箱体中。
33.根据权利要求32所述的电路，其中所述虚拟高度滤波器与所述分频器的高通部分集成，并且其中集成的虚拟高度滤波器和分频器作为被包围在具有向上发射驱动器的壳体中的集成电路而提供。
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