CN105144754A - 利用扬声器和手持式收听设备进行自适应房间均衡 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种测量收听区域的脉冲响应的扬声器。该扬声器可以输出对应于音频信号的区段的声音。该声音由邻近收听者的收听设备感测并传输到扬声器。该扬声器包括自适应滤波器，其基于信号区段估计收听区域的脉冲响应。误差单元分析所估计的脉冲响应，连同从收听设备接收的感测的音频信号，以确定估计的精确度。可以由自适应滤波器生成新的估计，直到针对信号区段实现精确度水平。处理器可以利用与覆盖定义的频谱以用于调节音频信号的各个信号区段对应的一个或多个估计的脉冲响应，以补偿收听区域的脉冲响应。还描述了其他实施例。
Description
相关内容
本专利申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请号61/784,812的较早提交日期的权益。
技术领域
本发明描述了一种用于在扬声器正常操作期间利用手持式感测设备测量收听区域的脉冲响应的扬声器。还描述了其他实施例。
背景技术
扬声器和扬声器系统(下文称为“扬声器”)允许在收听环境或区域中再现声音。例如，可以将一组扬声器置于收听区域中并由音频源驱动，以向位于收听区域之内的位置处的收听者处发出声音。收听区域的构造和收听区域之内对象(例如人和家具)的组织为声波创建了复杂的吸收/反射属性。作为这些吸收/反射属性的结果，在收听区域之内创建了“最佳听音位置”，其提供了增强的收听体验，同时为收听区域的其他区域留下差的收听体验。
已经开发出了音频系统来测量收听区域的脉冲响应并基于这种确定的脉冲响应调节音频信号，以改善收听区域中特定位置处收听者的体验。然而，这些系统依赖于必须要通过规定方式播放的已知测试信号。因此，难以获得收听区域的所确定脉冲响应。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种测量收听区域的脉冲响应的扬声器。该扬声器可以输出对应于音频信号的区段的声音。该声音由邻近收听者的手持式收听设备感测并传输到扬声器。扬声器包括最小均方滤波器，其基于信号区段生成表示收听区域脉冲响应估计的一组系数。误差单元分析该组系数，连同从手持式收听设备接收的感测的音频信号，以确定收听区域的估计脉冲响应的精确度。可以由最小均方滤波器生成新的系数，直到达到针对脉冲响应的期望精确度水平(即，低于预定义水平的误差信号/值)。
在一个实施例中，针对音频信号的多个输入信号区段连续计算多组系数。可以分析多组系数以确定其频谱覆盖。可以组合充分覆盖期望组频带的多组系数以生成相对于收听者的位置的收听区域的脉冲响应估计。可以利用这一脉冲响应来修改音频信号的后续信号区段以补偿收听区域导致的效应/失真。
上文描述的系统和方法通过稳健的方式在扬声器正在执行正常操作时(即，输出对应于音乐作品或电影音轨的声音)确定收听区域的脉冲响应。因此，可以连续确定、更新和补偿收听区域的脉冲响应，无需使用依赖于已知的音频信号和静态环境的复杂测量技术。
以上发明内容不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以预期的是，本发明包括由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
本发明的实施例以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中类似的附图标号表示类似的元件。应当指出，本公开中提到本发明的“一”或“一个”实施例未必是同一实施例，并且它们表示至少一个。
图1A示出了具有音频接收器、扬声器和手持式收听设备的收听区域的视图。
图1B示出了具有音频接收器、多个扬声器和手持式收听设备的另一收听区域的视图。
图2示出了根据一个实施例的扬声器的功能单元框图和一些构成硬件部件。
图3A和3B示出了样本信号区段。
图4示出了根据一个实施例的手持式收听设备的功能单元框图和一些构成硬件部件。
图5示出了根据一个实施例用于确定收听区域的脉冲响应的一种方法。
具体实施方式
现在解释参考所附附图所描述的若干实施例。虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施例可在没有这些细节的情况下实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免模糊对本描述的理解。
图1A示出了具有音频接收器2、扬声器3和手持式收听设备4的收听区域1的视图。音频接收器2可耦接到扬声器3，以驱动扬声器3中的各个换能器5，从而将各种声音和声音图案发出到收听区域1中。如下文将进一步详细所述，手持式收听设备4可以由收听者6手持，并可以感测由音频接收器2和扬声器3利用一个或多个麦克风产生的这些声音。
尽管图1A中示出了单个扬声器3，但在另一个实施例中，可将多个扬声器3耦接到音频接收器2。例如，如图1B中所示，扬声器3A和3B耦接到音频接收器2。可在收听区域1中定位扬声器3A和3B，以相应地表示一条声音节目内容(例如，音乐作品或电影的音轨)的左前信道和右前信道。
图2示出了根据一个实施例的扬声器3的功能单元框图和一些构成硬件部件。图2中所示的部件表示包括在扬声器3中的元件，并且不应被解释为排除其他部件。图2中所示的元件可以容纳于机柜或其他结构中。尽管被示为独立的，但在一个实施例中，音频接收器2集成在扬声器3内。下文将以举例方式来描述扬声器3的每个元件。
扬声器3可以包括用于从外部设备(例如音频接收器2)接收音频信号的音频输入7。音频信号可以表示一条声音节目内容(例如，音乐作品或电影的音轨)的一个或多个信道。例如，可以由输入7接收对应于一条多信道声音节目内容的单个信道的单个信号。在另一个实例中，单个信号可以对应于一条声音节目内容的多个信道，它们被复用到单个信号上。
在一个实施例中，音频输入7是从外部设备接收数字音频信号的数字输入。例如，音频输入7可以是TOSLINK连接器或数字无线接口(例如，WLAN或蓝牙接收器)。在另一个实施例中，音频输入7可以是从外部设备接收模拟音频信号的模拟输入。例如，音频输入7可以是被设计成接收导线或导管的接线柱、法耐斯托克线夹或拾音插头。
在一个实施例中，扬声器3可以包括内容处理器8，用于处理由音频输入7接收的音频信号。该处理可以利用变换诸如快速傅里叶变换(FFT)在时域和频域中进行。内容处理器8可以是专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、通用微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号控制器或一组硬件逻辑结构(例如滤波器、算术逻辑单元和专用状态机)。
如下文将要更详细所述，内容处理器8可以对音频信号执行各种音频处理例程，以调节并增强换能器5产生的声音。音频处理可以包括方向性调节、噪声减弱、均衡化和滤波。在一个实施例中，内容处理器8基于由扬声器3确定的收听区域1的脉冲响应，修改由音频输入7接收的音频信号的区段(例如，时分或频分)。例如，内容处理器8可以应用从扬声器3接收的脉冲响应的反演，以补偿收听区域1导致的失真。下文将进一步详细描述用于由扬声器3确定收听区域1的脉冲响应的过程。
扬声器3包括在机柜之内布置成行、列和/或任何其他配置的一个或多个换能器5。利用从内容处理器8接收的音频信号驱动换能器5。换能器5可以是全音域驱动器、中音域驱动器、超低音扬声器、低音扬声器和高音扬声器的任意组合。换能器5中的每个换能器都可使用轻质膜或纸盆经由约束线圈(例如音圈)的柔性悬架连接到刚性盆架或框架，以通过圆柱形磁隙轴向移动。在向音圈施加电子音频信号时，电流在音圈中产生磁场，使其成为可变电磁体。线圈和换能器5的磁性系统交互作用产生机械力，使得线圈(从而使附着的纸盆)前后移动，由此在来自内容处理器8的所施加的电子音频信号的控制下再产生声音。尽管描述了电磁动态扬声器驱动器，但本领域的技术人员将认识到，可以为换能器5使用其他类型的扬声器驱动器，诸如平面电磁和静电驱动器。
尽管图1A中示为具有多个相同或相似换能器5的扬声器阵列，但在其他实施例中，扬声器3可以是具有单个换能器5的传统扬声器单元。例如，扬声器3可以包括单个高音扬声器、单个中音域驱动器或单个全音域驱动器。如图1B中所示，扬声器3A和3B均包括单个换能器5。
在一个实施例中，扬声器3包括缓冲器9，用于存储由音频输入7接收的音频信号区段的参考副本。例如，缓冲器9可以连续存储从内容处理器8接收的音频信号的两秒区段。缓冲器9可以是能够存储数据的任何存储介质。例如，缓冲器9可以是微电子、非易失性随机存取存储器。
在一个实施例中，扬声器3包括频谱分析仪10，用于表征输入音频信号的区段。例如，频谱分析仪10可以分析缓冲器9中存储的信号区段。频谱分析仪10可以针对一个或多个频带表征每个被分析的信号区段。例如，频谱分析仪10可以针对五个频带表征图3A中所示的样本信号区段：0Hz-1,000Hz、1,001Hz-5,000Hz、5,001Hz-10,000Hz、10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz。可以针对这五个频带将图3A的样本信号区段与幅度阈值AT相比较，以确定哪些频带符合阈值AT。对于图3A中所示的样本信号区段，5,001Hz-10,000Hz、10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz频带符合阈值AT，而0Hz-1,000Hz和1,001Hz-5,000Hz频带不符合阈值AT。图3B示出了另一个样本信号区段。在这个样本信号区段中，0Hz-1,000Hz、1,001Hz-5,000Hz和5,001Hz-10,000Hz频带符合阈值AT，而10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz频带不符合阈值AT。可以在表格或其他数据结构中表示对于每个信号区段的这种频谱表征/分析。例如，可以将针对图3A中的信号的频谱表征表格表示为：
| 频带 | 符合AT？ |
| 0Hz-1,000Hz | 否 |
| 1,001Hz-5,000Hz | 否 |
| 5,001Hz-10,000Hz | 是 |
| 10,001Hz-15,000Hz | 是 |
| 15,001Hz-20,000Hz | 是 |
可以将针对图3B中的信号的实例频谱表征表格表示为：
| 频带 | 符合AT？ |
| 0Hz-1,000Hz | 是 |
| 1,001Hz-5,000Hz | 是 |
| 5,001Hz-10,000Hz | 是 |
| 10,001Hz-15,000Hz | 否 |
| 15,001Hz-20,000Hz | 否 |
可以将这些频谱表征表格存储于扬声器3中的本地存储器中。例如，如下文将进一步详细所述，可以在存储器单元15中存储表示信号区段频谱(包括信号区段本身)的频谱表征表格或其他数据。
在一个实施例中，扬声器3包括互相关单元11，用于比较缓冲器9中存储的信号区段和从手持式收听设备4接收的感测的音频信号。互相关单元11可以测量信号区段和感测的音频信号的相似性，以确定两个信号之间相似音频特性之间的时间间隔。例如，互相关单元11可以确定在缓冲器9中存储的信号区段和从手持式收听设备4接收的感测的音频信号之间有五毫秒的延迟时间。这一时间延迟反映了信号区段通过换能器5被发出为声音，所发出的声音被收听设备4感测以生成感测的音频信号，以及向扬声器3传输感测的音频信号之间经过的时间。
在一个实施例中，扬声器3包括延迟单元12，用于基于互相关单元11产生的延迟时间延迟缓冲器9中存储的信号区段。在上文提供的实例中，延迟单元12可以响应于互相关单元11确定在输入信号区段和从收听设备4接收的感测的音频信号之间有五毫秒延迟时间来将信号区段延迟五毫秒。应用延迟确保了缓冲器9中存储的信号区段连同感测的音频信号的对应部分被最小均方滤波器13和误差单元14精确处理。延迟单元12可以是能够延迟音频信号的任何装置，包括数字信号处理器和/或一组模拟或数字滤波器。
如上所述，由最小均方滤波器13和误差单元14处理延迟的信号区段。最小均方滤波器13采用自适应滤波技术，该技术调节针对收听区域1的脉冲响应的系数估计，使得从误差单元14接收的误差信号/值的最小均方最小化。尽管被描述为最小均方滤波器，但在其他实施例中，可以由基于误差信号调节系数结果的任何自适应滤波器或任何基于随机梯度下降的滤波器替代最小均方滤波器13。在一个实施例中，最小均方滤波器13基于从误差单元14接收的误差信号来估计一组系数H，其表示针对收听区域1的脉冲响应。在初始运行期间，最小均方滤波器13可以无需误差信号或利用默认值的误差信号来生成估计的一组系数H，因为误差信号尚未生成。
最小均方滤波器13向延迟的输入信号区段应用导出的系数H以产生滤波信号。误差单元14从接收自手持式收听设备4的感测的音频信号减去滤波信号，以产生误差信号/值。如果该组系数H匹配收听区域1的脉冲响应，则滤波信号会精确地取消感测的音频信号，使得误差信号/值会等于零。否则，如果该组系数H不精确匹配收听区域1的脉冲响应，则从感测的音频信号减去滤波信号会产生非零误差信号/值(即，误差值>0或误差值<0)。
误差单元14向最小均方滤波器13馈送误差信号/值。最小均方滤波器13基于误差信号/值调节该组系数H，其表示收听区域1的脉冲响应的估计。可以进行调节以利用成本函数使误差信号最小化。在一个实施例中，如果误差信号低于预定义的误差水平，则表示该系数精确表示收听区域1的脉冲响应，最小均方滤波器13在存储器单元15中存储该组系数H，而无需生成更新的一组系数H。可以将该组系数H与频谱分析仪10针对对应信号区段生成的频谱表征一起存储于存储器单元15中。存储器单元15可以是能够存储数据的任何存储介质。例如，存储器单元15可以是微电子、非易失性随机存取存储器。
在一个实施例中，扬声器3可以包括系数分析仪16，用于检查生成的/存储的系数H和对应的频谱表征。在一个实施例中，系数分析仪16分析存储器单元15中存储的每组系数H，以确定一个或多个异常系数H的可能存在。例如，如果一组系数H显著偏离一个或多个其他组生成/存储的系数H和/或一组预定义的系数H，则可以认为它们是异常的。预定义的一组系数H可以由扬声器3的制造商预设并对应于平均收听区域1的脉冲响应。
由于存储的多组系数H中的每组系数H表示收听区域1的脉冲响应，因此它们的方差应当很小(即，标准偏差应当低)。然而，尽管针对相同的收听区域1生成了每组系数H，但由于使用不同的信号区段生成每组系数H并对收听区域1进行小的变化(例如，收听区域1中更多/更少人以及对象/家具的移动)，可以存在小的差异。在一个实施例中，与一个或多个其他组系数H偏离超过预定义的容忍水平(例如预定义偏差)的多组系数H被认为是异常的。可以由系数分析仪16从存储器单元15移除每组异常系数H和对应的频谱特性或标记为异常，使得内容处理器8不使用这些系数H和对应的频谱特性来修改后续的音频信号区段。
在一个实施例中，系数分析仪16还确定存储的各组系数H是否表示充分的音频频谱，以允许处理后续信号，以便补偿收听区域1的脉冲响应。在一个实施例中，分析由对应于存储的多组系数H中的每组系数H的频谱分析仪10生成的每个频谱表征来确定是否表示足够量的音频频谱。例如，可以相对于五个频带来分析音频频谱：0Hz-1,000Hz、1,001Hz-5,000Hz、5,001Hz-10,000Hz、10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz。如果单个信号区段的频谱表征符合或超过这五个频带的每个频带的幅度阈值AT，则针对这个信号区段的对应组的系数H充分覆盖音频频谱。在这种情况下，可以将单组系数H馈送到内容处理器8以修改通过输入7接收的后续信号区段。
在其他情况下，在单个信号区段和一组系数H不充分覆盖期望的音频频谱时，可以使用对应于多个信号区段的多组系数H。这两组或更多组系数H可用于共同表示定义的频谱。对于图3A中所示的样本信号区段，5,001Hz-10,000Hz、10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz频带符合阈值AT，而20Hz-1,000Hz和1,001Hz-5,000Hz频带不符合阈值AT。因此，图3A中的信号不会单独充分覆盖音频频谱。类似地，对于图3B中所示的样本信号区段，0Hz-1,000Hz、1,001Hz-5,000Hz和5,001Hz-10,000Hz频带符合阈值AT，而10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz频带不符合阈值AT。尽管图3A或3B中的信号都不单独地表示整个频谱，但这些信号共同覆盖频谱(即，在两个信号之间，五个实例频带的每个频带都符合或超过阈值AT)。在该实例中，由于两个信号区段共同表示定义的频谱，因此系数分析仪16可以为这些信号组合/混合对应组的系数H。之后可以由内容处理器8使用用于这些样本信号的组合组的系数H以修改通过输入7接收的后续信号区段。例如，可以将组合组的系数H馈送到内容处理器8以修改通过输入7接收的后续信号区段。在一个实施例中，可以向内容处理器8处理的信号区段应用这些组系数H的倒数，以补偿由收听区域1的脉冲响应导致的失真。
在一个实施例中，扬声器3还可以包括无线控制器17，其从附近的无线路由器、接入点和/或其他设备接收并传输数据分组。控制器17可以通过直接连接或通过中间部件(例如路由器或集线器)方便扬声器3和收听设备4之间和/或扬声器3和音频接收器2之间的通信。在一个实施例中，无线控制器17是无线局域网(WLAN)控制器，而在其他实施例中，无线控制器17是蓝牙控制器。
尽管相对于专用扬声器进行了描述，但扬声器3可以是任何容纳换能器5的设备。例如，扬声器3可以由膝上型计算机、移动音频设备或具有用于发出声音的集成换能器5的平板电脑定义。
如上所述，扬声器3向收听区域1中发出声音以表示一条声音节目内容的一个或多个信道。收听区域1是扬声器3所在的且定位收听者6以收听由扬声器3发出的声音的位置。例如，收听区域1可以是房子、商业或制造公司之内的房间或室外区域(例如剧场)。收听者6可能正拿着收听设备4，使得收听设备4能够感测到可由收听者6感知的类似或相同声音，包括水平、音调和音色。
图4示出了根据一个实施例的手持式收听设备4的功能单元框图和一些构成硬件部件。图4中所示的部件表示包括在收听设备4中的元件，并且不应被解释为排除其他部件。下文将以举例方式来描述收听设备4的每个元件。
收听设备4可包括主系统处理器18和存储器单元19。在此统一使用的处理器18和存储器单元19是指可编程数据处理部件和数据存储装置的任意适当组合，其执行实施收听设备4的各种功能和操作所需的操作。处理器18可以是通常在智能电话中发现的应用处理器，而存储器单元19可以指微电子非易失性随机存取存储器。操作系统可与收听设备4的各种功能特有的应用程序一起存储于存储器单元19中，它们将由处理器18运行或执行以执行收听设备4的各种功能。
在一个实施例中，收听设备4还可以包括无线控制器20，其使用天线21从附近的无线路由器、接入点和/或其他设备接收并传输数据分组。无线控制器20可促进扬声器3和收听设备4之间的通过直接连接或通过中间部件(例如路由器或集线器)的通信。在一个实施例中，无线控制器20是无线局域网(WLAN)控制器，而在其他实施例中，无线控制器20是蓝牙控制器。
在一个实施例中，收听设备4可以包括音频编解码器22，用于管理数字和模拟音频信号。例如，音频编解码器22可以管理从耦接到编解码器22的一个或多个麦克风23接收的输入音频信号。管理从麦克风23接收的音频信号可以包括模数转换和一般信号处理。麦克风23可以是任何类型的声电换能器或传感器，包括微机电系统(MEMS)麦克风、压电麦克风、驻极体电容器麦克风或动态麦克风。麦克风23可以提供一定范围的极性模式，诸如心形、全向和8字形。在一个实施例中，麦克风23的极性模式可以随着时间连续变化。在一个实施例中，麦克风23集成于收听设备4中。在另一个实施例中，麦克风23与收听设备4独立，并通过有线或无线连接(例如蓝牙和IEEE802.11x)耦接到收听设备4。
在一个实施例中，收听设备4可以包括一个或多个传感器24，用于确定设备4相对于收听者6的取向。例如，收听设备4可以包括相机24A、电容传感器24B和加速度计24C中的一者或多者。这些传感器24的输出可以由手持式确定单元25用于确定收听设备4是正被拿在收听者6的手中和/或正被保持在收听者6的耳朵附近。确定收听设备4何时位于收听者6的耳朵附近辅助确定收听设备4何时处于良好位置，以精确感测收听者6听到的声音。之后可以将这些感测的声音用于确定在收听者6的位置处的收听区域1的脉冲响应。
例如，相机24A可以捕获并检测收听者6的面部。检测到的收听者6的面部指示收听设备4可能正被保持在收听者6的耳朵附近。在另一个实例中，电容传感器24B可以感测收听设备4的多个点上肉的电容电阻。在收听设备4的多个点上检测到肉指示收听设备4正被拿在收听者6的手中且可能正被保持在收听者6的耳朵附近。在另一个实例中，加速度计24C可以检测收听者6的不自主手部运动/摇动。这种不同的被检测振动频率指示收听设备4正被拿在收听者6的手中，并可能正被保持在收听者6的耳朵附近。
基于上述传感器输入中的一个或多个传感器输入，手持式确定单元25确定收听设备4是否正被拿在手中和/或正被保持在收听者6的耳朵附近。可以使用这一确定通过(1)利用一个或多个麦克风23记录收听区域1中的声音并(2)向扬声器3传输这些记录/感测的声音进行处理，来促使确定收听区域1的脉冲响应的过程。
图5示出了根据一个实施例用于确定收听区域1的脉冲响应的方法50。方法50可由扬声器3和收听设备4二者的一个或多个部件执行。
方法50开始于操作51，检测开始条件。可以由扬声器3或收听设备4检测开始条件。在一个实施例中，开始条件可以是收听者6选择扬声器3或收听设备4上的配置或重置按钮。在另一个实施例中，开始条件是收听设备4检测到收听设备4在收听者6的耳朵附近/近旁。可以由收听设备4通过使用一个或多个集成传感器24来自动进行这种检测而无需收听者6直接输入。例如，来自相机24A、电容传感器24B和加速度计24C中的一者或多者的输出可以由收听设备4之内的手持式确定单元25用于如上所述确定收听设备4位于收听者6的耳朵附近/近旁。确定收听设备4何时位于收听者6的耳朵附近辅助确定收听设备4何时处于良好位置，以精确感测收听者6听到的声音，使得可以确定针对收听区域1相对于收听者6的精确脉冲响应。
在检测开始条件时，操作52检索信号区段。信号区段是来自外部音频源(例如音频接收器2)或扬声器3之内本地存储器源的音频信号的划分。例如，信号区段可以是通过扬声器3的输入7从音频接收器2接收的音频信号的两秒钟的时间划分。
在操作53对信号区段进行缓冲，同时在操作54通过一个或多个换能器5播放信号区段的副本。在一个实施例中，由扬声器3的缓冲器9对信号区段进行缓冲。缓冲信号区段允许在通过换能器5播放拷贝的信号区段之后处理信号区段，如下文将进一步详细所述。
在操作55，由收听设备4感测在操作54通过换能器5基于信号区段播放的声音。收听设备4可以利用一个或多个集成或通过其他方式耦接到收听设备4的麦克风23来感测声音。如上所述，收听设备4邻近收听者6的耳朵定位。因此，在操作54处产生的感测的音频信号表征由收听者6听到的声音。
在操作56，可以通过无线介质/接口向扬声器3传输在操作55生成的感测的音频信号。例如，收听设备4可以利用无线控制器20向扬声器3传输感测的音频信号。扬声器3可以通过无线控制器17接收这一感测的音频信号。
在操作57，对感测的音频信号和在操作53缓冲的信号区段进行互相关，以确定两个信号之间的延迟时间。互相关可以测量信号区段和感测的音频信号的相似性，并确定两个信号之间相似音频特性之间的时间间隔。例如，互相关可以确定信号区段和感测的音频信号之间有五毫秒的延迟时间。这一时间延迟反映了信号区段在操作54通过换能器5被发出为声音，所发出的声音在操作55被收听设备4感测以生成感测的音频信号，以及在操作56向扬声器3传输感测的音频信号之间经过的时间。
在操作58，将信号区段延迟在操作57确定的延迟时间。应用延迟确保了信号区段与感测的音频信号的对应部分一起被处理。延迟可以由能够延迟音频信号的任何设备，包括数字信号处理器和一组模拟或数字滤波器执行。
在操作59，表征信号区段以确定由信号覆盖的频谱。这种表征可以包括确定在信号区段中哪些频率可听到，或者哪些频带升高到预定义的幅度阈值AT以上。例如，可以分析信号区段中一组独立的频带以确定哪些频带符合或超过幅度阈值AT。以上的表格1和2分别示出了图3A和3B中针对样本信号的示例频谱表征，其可以是在操作59生成的。
在操作60，基于延迟的信号区段生成一组系数H，其表示收听区域1的脉冲响应。该组系数H可以由最小均方滤波器13或扬声器3之内的另一个自适应滤波器生成。在生成表示收听区域1的脉冲响应的一组系数H之后，操作61针对该组系数确定误差信号/值。在一个实施例中，误差单元14可以确定误差信号/值。在一个实施例中，通过向延迟的信号区段应用该组系数H来生成误差信号。操作61从感测的音频信号减去滤波信号以产生误差信号/值。如果该组系数H匹配收听区域1的脉冲响应，则滤波信号会精确地取消感测的音频信号，使得误差信号/值会等于零。否则，如果该组系数H不精确匹配收听区域1的脉冲响应，则从感测的音频信号减去滤波信号会产生非零误差信号/值(即，误差值>0或误差值<0)。
在操作62，将误差信号与预定义的误差值相比较。如果误差信号高于预定义的误差值，方法50返回到操作60，以基于误差信号产生新一组系数H。连续计算新一组系数H，直到对应的误差信号低于预定义的误差值。响应于高误差值这种重复进行的计算确保了该组系数H精确表示收听区域1的脉冲响应。
在操作62确定一组系数H低于预定义的误差水平时，方法50前进到操作63。在操作63，分析通过一次或多次执行操作60、61和62而生成的该组系数H，以确定它们与对应于其他信号区段的其他先前生成的多组系数H或典型收听区域1的预定义系数H的偏差。确定该组系数H的偏差确保了新生成的多组系数H不会异常。由于生成的每组系数H表示收听区域1的脉冲响应，因此它们的方差应当很小(即，标准偏差应当低)。然而，尽管针对相同的收听区域1生成了每组系数H，但由于使用不同的信号区段生成每组系数H并对收听区域1进行小的变化(例如，收听区域1中更多/更少人以及对象/家具的移动)，可以存在小的差异。在一个实施例中，与一个或多个其他组系数H偏离超过预定义的容忍水平(例如预定义的标准偏差)的多组系数H被认为是异常的。可以在操作64丢弃每组异常系数H和对应的频谱特性，使得不使用这些系数H和对应的频谱特性来修改由内容处理器8处理的后续信号区段。
如果操作63确定新生成的一组系数H正常，则操作65可以连同对应的频谱特性一起存储该组系数H。在一个实施例中，可以将该组系数H与在操作59针对对应的信号区段生成的频谱表征一起存储于存储器单元15中。
在操作66，方法50分析存储的多组系数H中的每组系数H和对应的频谱特性，以确定存储的多组系数H是否表示足够的音频频谱，以允许处理通过输入7接收的将来/后续信号区段，以在操作67补偿收听区域1的脉冲响应。在一个实施例中，分析在操作59对应于存储的多组系数H中的每组系数H生成的每个频谱表征，以确定这些系数H是否表示足够量的音频频谱。例如，可以相对于五个频带分析音频频谱：0Hz-1,000Hz、1,001Hz-5,000Hz、5,001Hz-10,000Hz、10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz。如果单个信号区段的频谱表征符合或超过这五个频带中的每个频带的幅度阈值AT，则针对这个信号区段的对应组的系数H充分覆盖音频频谱。在这种情况下，可以将单组系数H馈送到内容处理器8以在操作67修改通过输入7接收的后续信号区段。
在其他情况下，在单个信号区段和一组系数H不充分覆盖期望的音频频谱时，可以使用对应于多个信号区段的多组系数H。这两组或更多组系数H可用于共同表示定义的频谱。对于图3A中所示的样本信号区段，5,001Hz-10,000Hz、10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz频带符合阈值AT，而20Hz-1,000Hz和1,001Hz-5,000Hz频带不符合阈值AT。因此，图3A中的信号不会单独充分覆盖音频频谱。类似地，对于图3B中所示的样本信号区段，0Hz-1,000Hz、1,001Hz-5,000Hz和5,001Hz-10,000Hz频带符合阈值AT，而10,001Hz-15,000Hz和15,001Hz-20,000Hz频带不符合阈值AT。尽管图3A或3B中的信号都不单独地表示整个频谱，但这些信号共同覆盖频谱(即，在两个信号之间，五个实例频带中的每个频带都符合或超过阈值AT)。在该实例中，由于两个信号区段共同表示定义的频谱，因此系数分析仪16可以为这些信号组合/混合对应组的系数H。之后可以由内容处理器8使用用于这些样本信号的组合组的系数H以修改通过输入7接收的后续信号区段。例如，可以将组合组的系数H馈送到内容处理器8以修改通过输入7接收的后续信号区段。在一个实施例中，可以向内容处理器8处理的信号区段应用这些组系数H的倒数，以在操作67补偿由收听区域1的脉冲响应导致的失真。
响应于确定一组或多组系数H不充分覆盖期望的音频频谱，方法50返回操作52，以检索另一个信号区段。方法50继续分析信号区段并生成多组系数H，直到操作66确定一组或多组系数H充分覆盖期望的音频频谱。
响应于确定一组或多组系数H充分覆盖期望的音频频谱，操作67基于这些组系数H来修改通过输入7接收的后续信号区段。在一个实施例中，在操作67向信号区段应用一组或多组系数H的倒数(即H-1)。之后可以通过换能器5播放这些处理过的后续信号区段。
上文描述的系统和方法通过稳健的方式在扬声器3正在执行正常操作时(即，输出对应于音乐作品或电影音轨的声音)确定收听区域1的脉冲响应。因此，可以连续确定、更新和补偿收听区域1的脉冲响应，无需使用依赖于已知音频信号和静态环境的复杂测量技术。
如上所述，本发明的一个实施例可以是一种制造制品，其中机器可读介质(诸如微电子存储器)上存储有指令，该指令对一个或多个数据处理部件(本文中一般称为“处理器”)编程以执行上述操作。在其他实施例中，可通过包含硬连线逻辑部件(例如专用数字滤波器块和状态机)的特定硬件部件来执行这些操作中的一些操作。另选地，可通过所编程的数据处理部件和固定硬连线电路部件的任何组合来执行那些操作。
虽然已描述并且在附图中示出了某些实施例，但应当理解，此类实施例仅用于说明广义的发明而非对其进行限制，并且本发明并不限于所示和所述的特定构造和布置，因为对于本领域普通技术人员而言可想到各种其他修改。因此要将描述视为例示性的而非限制性的。
Claims (23)
1.一种用于调节由房间中的扬声器发出的声音的方法，包括：
基于音频信号的第一区段来驱动一个或多个换能器以发出声音；
表征所述第一区段的频谱特性；
由所述扬声器从手持设备接收感测的音频信号，其中所述感测的音频信号表示由所述一个或多个换能器发出的与所述音频信号的所述第一区段对应的所述声音；
由自适应滤波器基于所述音频信号的所述第一区段来估计针对所述房间的脉冲响应；
基于所述感测的音频信号来确定针对所估计的脉冲响应的误差值；
响应于所述误差值低于预定义的误差水平并且所述脉冲响应在一个或多个先前存储的脉冲响应的容忍水平内，存储所述脉冲响应和所述第一区段的所述频谱特性；以及
响应于确定与一个或多个存储的脉冲响应对应的所存储的频谱特性覆盖预定义的频谱，基于所述一个或多个存储的脉冲响应来处理所述音频信号的第二区段。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使所述第一区段与所述感测的音频信号相关以确定所述第一区段和所述感测的音频信号之间的延迟时间；以及
将所述第一区段延迟所述延迟时间以生成延迟的第一区段，其中利用所述延迟的第一区段来执行对所述脉冲响应的所述估计。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述手持设备正被保持在收听者的耳朵附近；
响应于确定所述手持设备正被保持在所述收听者的所述耳朵附近，由所述手持设备感测由所述一个或多个换能器发出的所述声音；以及
由所述手持设备向所述扬声器传输所述感测的音频信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中基于来自电容传感器、加速度计和相机中的一者或多者的输入来执行对所述手持设备正被保持在所述收听者的所述耳朵附近的感测。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
组合两个或更多个存储的脉冲响应，所述两个或更多个存储的脉冲响应的相关联的频谱特性共同覆盖所述预定义的频谱，其中基于所组合的两个或更多个存储的脉冲响应来执行对所述第二区段的处理。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
响应于所述误差值等于或高于所述预定义的误差水平，基于所述第一区段和所述误差值来估计针对所述房间的新的脉冲响应；
确定针对所估计的新的脉冲响应的新的误差值；以及
响应于所述新的脉冲响应的所述新的误差值低于所述预定义的误差水平并且所述新的脉冲响应在一个或多个先前存储的脉冲响应的所述容忍水平内，存储所述新的脉冲响应和所述第一区段的频谱特性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述容忍水平是所述脉冲响应和所述一个或多个先前存储的脉冲响应之间的测量偏差。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一区段和所述第二区段是所述音频信号的时间划分。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述音频信号表示一条多信道音频内容的信道。
10.一种扬声器，包括：
换能器，所述换能器用于发出与音频信号的第一区段对应的声音；
无线控制器，所述无线控制器用于从收听设备接收感测的音频信号，其中所述感测的音频信号表示由所述换能器发出的与所述音频信号的所述第一区段对应的所述声音；
自适应滤波器，所述自适应滤波器用于基于所述音频信号的所述第一区段来估计所述扬声器所位于的房间的脉冲响应；
误差单元，所述误差单元用于基于所述感测的音频信号来确定针对所述房间的所估计的脉冲响应的误差值，其中响应于所述误差值低于预定义的误差水平并且所述脉冲响应在一个或多个先前存储的脉冲响应的容忍水平内，所述自适应滤波器存储所述脉冲响应和所述第一区段的频谱特性；和
内容处理器，所述内容处理器用于响应于确定与一个或多个存储的脉冲响应对应的所存储的频谱特性覆盖预定义的频谱，基于所述一个或多个存储的脉冲响应来处理所述音频信号的第二区段。
11.根据权利要求10所述的扬声器，还包括：
频谱分析仪，所述频谱分析仪用于表征所述第一区段并生成所述第一区段的所述频谱特性。
12.根据权利要求10所述的扬声器，还包括：
互相关单元，所述互相关单元用于使所述第一区段与所述感测的音频信号相关以确定所述第一区段和所述感测的音频信号之间的延迟时间；和
延迟单元，所述延迟单元用于将所述第一区段延迟所述延迟时间以生成延迟的第一区段，其中所述自适应滤波器利用所述延迟的第一区段来估计所述房间的所述脉冲响应。
13.根据权利要求10所述的扬声器，还包括：
系数分析仪，所述系数分析仪用于组合两个或更多个存储的脉冲响应，所述两个或更多个存储的脉冲响应的相关联的频谱特性共同覆盖所述预定义的频谱，其中所述内容处理器基于所组合的两个或更多个存储的脉冲响应来处理所述第二区段。
14.根据权利要求10所述的扬声器，其中响应于所述误差值等于或高于所述预定义的误差水平，所述自适应滤波器基于所述第一区段和所述误差值来估计针对所述房间的新的脉冲响应。
15.根据权利要求10所述的扬声器，其中所述容忍水平是所述脉冲响应和所述一个或多个先前存储的脉冲响应之间的测量偏差。
16.根据权利要求10所述的扬声器，其中所述自适应滤波器是线性均方滤波器。
17.一种用于调节由房间中的扬声器发出的声音的制品，包括：
存储指令的机器可读存储介质，所述指令在由计算机中的处理器执行时，
表征所述第一区段的频谱特性；
由所述扬声器从手持设备接收感测的音频信号，其中所述感测的音频信号表示由所述一个或多个换能器发出的与所述音频信号的所述第一区段对应的所述声音；
由自适应滤波器基于所述音频信号的所述第一区段来估计针对所述房间的脉冲响应；
基于所述感测的音频信号来确定针对所估计的脉冲响应的误差值；
响应于所述误差值低于预定义的误差水平并且所述脉冲响应在一个或多个先前存储的脉冲响应的容忍水平内，存储所述脉冲响应和所述第一区段的所述频谱特性；以及
响应于确定与一个或多个存储的脉冲响应对应的所存储的频谱特性覆盖预定义频谱，基于所述一个或多个存储的脉冲响应来处理所述音频信号的第二区段。
18.根据权利要求17所述的制品，其中所述机器可读存储介质存储附加的指令，所述附加的指令在由所述计算机中的所述处理器执行时，
使所述第一区段与所述感测的音频信号相关以确定所述第一区段和所述感测的音频信号之间的延迟时间；以及
将所述第一区段延迟所述延迟时间以生成延迟的第一区段，其中利用所述延迟的第一区段执行对所述脉冲响应的所述估计。
19.根据权利要求17所述的制品，其中所述机器可读存储介质存储附加的指令，所述附加的指令在由所述计算机中的所述处理器执行时，
组合两个或更多个存储的脉冲响应，所述两个或更多个存储的脉冲响应的相关联的频谱特性共同覆盖所述预定义的频谱，其中基于所组合的两个或更多个存储的脉冲响应来执行对所述第二区段的处理。
20.根据权利要求17所述的制品，其中所述机器可读存储介质存储附加的指令，所述附加的指令在由所述计算机中的所述处理器执行时，
响应于所述误差值等于或高于所述预定义的误差水平，基于所述第一区段和所述误差值来估计针对所述房间的新的脉冲响应；
确定针对所估计的新的脉冲响应的新的误差值；以及
响应于所述新的脉冲响应的所述新的误差值低于所述预定义的误差水平并且所述新的脉冲响应在一个或多个先前存储的脉冲响应的所述容忍水平内，存储所述新的脉冲响应和所述第一区段的所述频谱特性。
21.根据权利要求17所述的制品，其中所述容忍水平是所述脉冲响应和所述一个或多个先前存储的脉冲响应之间的测量偏差。
22.根据权利要求17所述的制品，其中所述第一区段和所述第二区段是所述音频信号的时间划分。
23.根据权利要求17所述的制品，其中所述音频信号表示一条多信道音频内容的信道。
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