CN105210391A - 用于基于头枕的音频系统的信号处理 - Google Patents

Abstract

一种车辆音频系统，具有位于与聆听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器，其通过以下被配置：确定第一双耳滤波器，其致使由每一个近场扬声器所产生的声音在聆听者的期望位置处具有由位于指定位置而不是近场扬声器的实际位置处的声音源所产生的声音的特征，确定上混规则以从具有至少两个声道的输入音频信号生成至少三个分量声道信号，以及配置音频系统以确定与源于第一指定位置的分量声道信号的结合对应的第一双耳信号，并且使用第一双耳滤波器对第一双耳信号进行滤波，并且使用近场扬声器输出经滤波的信号。

Description

用于基于头枕的音频系统的信号处理

背景技术

本公开涉及模块化的基于头枕的音频系统。

在一些车辆音频系统中，基于总系统的电气响应和声学响应向提供至每个扬声器的音频信号应用处理，该总系统的电气响应和声学响应即为扬声器本身的响应以及机动车车厢对由扬声器产生的声音的响应。考虑到每个扬声器的位置和座位、玻璃和除此之外的汽车的其它部件的吸收和反射特性，这样的系统高度个体化到特定的车辆型号和装饰水平。这样的系统通常被设计为机动车的产品开发过程中的部分，对应的均衡和其它音频系统参数在制造或组装时被加载到音频系统中。

发明内容

一种用于乘用车的音频系统，包括固定在车辆车厢中的一组扬声器，以及位于与至少一个乘客的头部邻近(诸如在汽车的头枕中)的扬声器。音频信号被上混到虚拟扬声器位置中并且随后基于来自头枕扬声器的双耳音频响应被重混以由固定的扬声器增强声音表现。

通常，在一个方面，一种车辆音频系统具有位于接近聆听者的头部的期望位置处的至少两个近场扬声器，其通过以下被配置：确定第一双耳滤波器，其致使由每一个近场扬声器所产生的声音在聆听者的期望位置处具有由位于指定位置而不是近场扬声器的实际位置处的声音源所产生的声音的特征，确定上混规则以从具有至少两个声道的输入音频信号生成至少三个分量声道信号，以及配置音频系统以确定与源于第一指定位置的分量声道信号的结合对应的第一双耳信号，并且使用第一双耳滤波器对第一双耳信号进行滤波，并且使用近场扬声器输出经滤波的信号。

各个实施方式可以以任意组合方式包括以下中的一个或多个。声音源可以包括合成生成的源。声音源可以包括结合的多个合成生成的源。在结合信号之前，来自多个源的信号的相位或者幅度的频率响应均衡可以被调整以产生每个声音源。确定第二双耳滤波器和第三双耳滤波器，该第二双耳滤波器和第三双耳滤波器致使由每个近场扬声器产生的声音在聆听者的头部的期望位置处具有由位于相应的第二指定位置和第三指定位置而不是近场扬声器的实际位置处的声音源所产生的声音的特征，将音频系统配置成确定第二双耳信号和第三双耳信号，该第二双耳信号和第三双耳信号对应于源于相应的第二指定位置和第三指定位置的分量声道信号的结合，并且使用第二双耳滤波器和第三双耳滤波器对第二双耳信号和第三双耳信号进行滤波，并且当使用近场扬声器输出经滤波的信号时接合第一、第二和第三经滤波的双耳信号。结合经滤波的双耳信号可以包括计算第一、第二和第三经滤波的双耳信号中的每一个的加权和。确定第一、第二和第三双耳信号以及结合经滤波的双耳信号的步骤可以受对分量声道信号的结合的限制支配。输入音频信号可以包括恰好两个声道。分量声道信号中的第一个可以对应于中央声道，并且分量声道信号中的第二个可以对应于左声道，使得第一指定位置位于聆听者后面的中间处，第二指定位置和第三指定位置从不同的方向间隔开但两者均在聆听者的左侧上，并且第一、第二和第三经滤波的双耳信号被结合，使得聆听者将感知中央声道信号为源自精确的位置，并且将感知环绕的声道信号为源自扩散的位置。

车辆音频系统可以包括在固定位置而不是近场扬声器的位置中的至少第一扬声器和第二扬声器，并且音频系统可以被配置成确定第一单耳信号和第二单耳信号，该第一单耳信号和第二单耳信号对应于分量声道信号相应的第一组合和第二组合并且使用在固定位置中的相应的第一扬声器和第二扬声器输出第一单耳信号和第二单耳信号。分量声道信号中的至少一个可以对应于左分量，分量声道信号中的至少另一个可以对应于右分量，使得在固定位置中的第一扬声器在车辆的左侧上，并且确定第一单耳信号可以包括结合左分量和右分量信号。

第一双耳信号和第一单耳信号与第二单耳信号可以被配置成控制由聆听者对声音的位置的感知，第一双耳声音控制对于第一频带中的声音的感知，并且第一单耳信号和第二单耳信号控制对于第二频带中的声音的感知。第一双耳信号和第一单耳信号与第二单耳信号可以被配置成控制由聆听者对声音的位置的感知，第一双耳声音控制对于分量声道信号的第一子集的感知，并且第一单耳信号和第二单耳信号控制对于分量声道信号的第二子集的感知。对第一双耳信号进行滤波可以进一步包括对第一双耳信号进行滤波以防止在至少两个近场扬声器之间的串扰。确定第一双耳信号可以包括计算分量声道信号中的每一个的加权和。确定第一双耳信号可以进一步包括在计算分量声道信号的加权和之前，向分量声道信号中的每一个应用滤波器。确定第一双耳信号可以进一步包括使用对于分量声道信号中的每一个的子分量不同的权重计算加权和，该子分量对应于不同的频带中的信号内容。确定第一双耳信号可以进一步包括在计算子分量的加权和之前，向子分量中的每一个应用不同的滤波器。

通常，在一个方面，车辆音频系统包括位于与聆听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器，以及音频信号处理器，其被配置成接收具有至少两个声道的输入音频信号，使用上混规则来从输入音频信号生成至少三个分量声道信号，确定与源于第一指定位置而不是近场扬声器的位置的分量声道信号的结合对应的第一双耳信号，使用第一滤波器对第一双耳信号进行滤波，该第一滤波器致使由近场扬声器产生的声音在聆听者的头部的期望位置处具有由位于第一指定位置处的声音源产生的声音的特征，并且向近场扬声器提供经滤波的第一双耳信号。

各个实施方式可以以任意组合方式包括以下中的一个或多个。该系统可以并不包括在车辆的车厢中位于聆听者的头部的期望位置的后方的固定扬声器。该第一近场扬声器可以包括至少两个电声换能器，至少一个电声换能器位于头枕的一端处。该音频信号处理器可以被配置成对第一双耳信号进行滤波以控制近场扬声器中的每一个与被置于更接近于近场扬声器中的不同的一个的聆听者的耳朵之间的信号的串扰。该第一近场扬声器可以包括位于头枕的每一端处的电声换能器的阵列中的一对。该第一近场扬声器可以包括位于头枕以内的电声换能器的阵列。扬声器的阵列可以被放置于近场扬声器的前方，第一指定位置可以是聆听者的前方，并且音频信号处理器可以进一步被配置成对第一双耳信号进行滤波，使得由聆听者感知到的声音好像来自第一指定位置。

通常，在一个方面，对音频信号混音包括接收M数量的输入信号，其中M可以是二或更大，将输入声道上混到N数量的分量声道中，其中N可以大于M，调整N个分量声道中的每个的相位或者幅度的频率响应均衡，该调整针对N个分量声道中的至少两个是不同的，将经调整的分量声道重混到P数量的输出声道中，并且提供P个输出声道。

各个实施方式可以以任意组合方式包括以下中的一个或多个。P可以等于N。重混经调整的分量声道可以包括生成每个输出声道，以及计算经调整的分量声道的子集的加权和。从N个分量声道生成Q数量的双耳信号对，调整Q个双耳信号对中的每一个的相位或者幅度的频率响应均衡，该调整针对Q个双耳信号对中的至少两个是不同的，以及将经调整的双耳信号对重混到R数量的双而输出声道中。从经调整的分量声道生成Q数量的双耳信号对，以及将经调整的双耳信号对重混到R数量的双耳输出声道中。

各个优点包括提供了具有成本效益的解决方案以用于在小型汽车中实现高质量音频体验、提供环绕以及包围的音频而不需要座后扬声器。该系统提供了更多声场的控制并且可以产生比在常规系统中实现的更加对称的体验。声音可以比起存在的物理扬声器而言从更多的位置传递，包括那些将不可能封装物理扬声器的位置。

以上提及的所有示例和特征可以以任何技术上可行的方式进行结合。从说明书中以及从权利要求书中，其它特征和优点将显而易见。

附图说明

图1示出了车辆中的基于头枕的音频系统的示意图。

图2示出了来自图1的系统中的每个扬声器的声音达到聆听者的耳朵的路径。

图3和图4示出了虚拟扬声器位置和真实扬声器位置之间的关系。

图5示意性地示出了上混和重混音频信号的过程。

图6和图7示出了在图5的重混级以内的信号流。

具体实施方式

常规的汽车音频系统基于大约一组四个或更多的扬声器，两个在仪表板上或者在前门中，并且另两个通常位于后行李架上(在四门轿车和双门轿车中)或在后门或壁中(在货车和掀背式车中)。然而，如图1所示，在一些汽车中，扬声器可以被设置在头枕或其它接近位置中而不是在驾驶者之后的传统位置中。这节省了汽车的后面的空间，并且并不浪费如果存在也不可能是用于乘客的向后座提供声音的能量。图1中所示的音频系统100包括结合的源/处理/放大单元102。在一些示例中，可以在多个分量之间分配不同的功能。特别地，源通常与放大器分开，并且由源或者放大器提供处理，尽管处理还可以由分别的部件所提供。处理还可以由加载到提供源和/或放大器的功能的通用计算机上的软件而提供。我们指的是由“系统”提供的信号处理和放大，而不是特指任何特定的系统架构或技术。

在图1中示出的音频系统具有永久附着到车辆结构的两组扬声器104、106。我们将其称为“固定”扬声器。在图1的示例中，每组固定扬声器包括两个扬声器元件，通常是高频扬声器108、110和低至中频范围扬声器元件112、114。在另一普遍的布置中，较小的扬声器是中到高频扬声器元件并且较大的扬声器是低音炮或低频扬声器元件。该两个或更多元件可以被结合到单个外壳中或者可以被分别安装。在每组中的扬声器元件可以被来自放大器的单个放大信号所驱动，其中无源分频网络(其可被嵌入在一个或两个扬声器中)以不同的频率范围将信号分布到恰当的扬声器元件。可替代地，放大器可以向每个扬声器元件直接提供频带限制信号。在其它示例中使用全频扬声器，并且在又一示例中每组使用多于两个扬声器。所示的每个个体扬声器还可以被实施为扬声器阵列，其可以允许声音的更加复杂的整形，或者仅仅是传递给定声压级的空间和材料的更加经济的使用。

在图1中驾驶者的头枕120包括两个扬声器122、124，其被简略地示出并且实际上每个可以是扬声器元件的阵列。两个扬声器122、124(无论是个体扬声器还是阵列)可以作为阵列本身被协同操作以控制声音分布到聆听者的耳朵。扬声器被放置于接近聆听者的耳朵，并且被称为近场扬声器。在一些示例中，它们被物理放置在头枕以内。两个扬声器可以被放置在头枕的每一端处，大致对应于驾驶者的耳朵的期望间隔，在其之间为头枕的靠垫留出空间，当然头枕是主要功能。在一些示例中，扬声器被放置在头枕的后面更加接近在一起，使得被传递到头枕的前面的声音穿过围绕靠垫的外壳。取决于头枕的机械要求以及系统的声学目标，扬声器可以以各种方式相对于彼此并且相对于头枕部件被定向。通过引用并入本文的共同未决的申请13/799,703描述了用于封装头枕中的扬声器而不妥协头枕的安全特征的多个设计。近场扬声器在图1中被示出为通过线缆130穿过座位而被连接到源102，虽然它们还可以与源102无线通信而线缆仅提供功率。在另一个布置中，单一对的电线为在座位中嵌入或头枕中嵌入的放大器提供数字数据和功率两者。

小型汽车音频系统可以被部分设计为优化驾驶者的体验，并且不提供用于乘客的近场扬声器。具有附加扬声器128和130的乘客头枕126和后面安装的低音箱132可以作为选项提供给确实想为乘客提供相同的增强声音或者进一步增加系统的低音输出的买家，即使这意味着为增强的音频性能牺牲可观的储存空间。当这样的可选扬声器被安装时，整个音频系统的调谐被调整以充分利用添加的扬声器，如在代理人案卷编号A-012-027-US、与本申请同时递交的共同未决的申请13/888,932中所描述的。

双耳响应和校正

图2示出了两个聆听者的头部，如同他们期望相对于图1中的扬声器被定位的。驾驶者202具有左耳204和右耳206，并且乘客208的耳朵被标记为210和212。虚线箭头示出了声音从扬声器到聆听者的耳朵采取的各种路径，如以下所述。我们将这些箭头称为“信号”或“路径”，虽然在实际实践中，尽管是可能的，但我们并不假设扬声器可以控制声音辐射的方向。被指派给每个扬声器的多个信号被叠加以产生最终的输出信号，并且来自每个扬声器的能量中的一些能量可以全向地行进，取决于频率和扬声器的声学设计。箭头仅仅概念上示出了扬声器和耳朵的不同组合以便于参考。如果使用阵列或其它方向性扬声器技术，信号可以被提供给扬声器的不同组合以提供一些方向性控制。这些阵列如图所示可以在头枕中或者在相对地接近于聆听者的其它位置中，包括在聆听者前面的位置。

近场扬声器可以被使用，利用合适的信号处理来扩展由聆听者感知到的声音的空间感，并且更加精确地控制前声场。针对音频信号的不同分量可以期望不同效果，例如中央信号可以被紧密聚焦，而环绕信号可以是有意地扩散的。空间感被控制的一个方式通过调整发送到近场扬声器的信号来在聆听者的耳朵处实现目标双耳响应。如图2所示并且在图3中更清楚示出的，驾驶者的耳朵204、206中的每个耳朵听见由每个局部近场扬声器122和124所生成的声音。类似地，乘客听见接近乘客头部的扬声器。除了由于每个扬声器与每个耳朵之间的距离导致的差别之外，由于信号到达的角度以及聆听者的外耳结构的骨骼(可能对于其左耳和右耳并不相同)，每个耳朵从每个扬声器听见的将有所不同。人类对声音源的方向和距离的感知是基于耳朵之间的到达时间差别、耳朵之间的信号水平差别以及聆听者的骨骼对于从不同方向进入耳朵的声波具有的特定效果的组合，所有的这些也都是取决于频率的。针对在给定位置处的源，我们将在两个耳朵处的这些因素的组合称为针对该位置的双耳响应。双耳信号滤波器被用来整形将在一个位置处被扬声器重现的声音从而其听起来好像源于另一位置。

尽管系统不能被先验设计以说明未知的未来用户的独特骨骼，双耳响应的其它方面可以被测量及操纵。图3示出了两个“虚拟”声音源222和226，其与环绕扬声器可能相同地位于包括它们的汽车中的位置对应。然而，在真实的汽车中，这样的扬声器将必须位于车辆结构中，其不可能允许它们在示出的位置中。考虑到这些虚拟源的位置，示出了来自那些扬声器的声音路径的箭头以与来自近场扬声器122和124的声音路径略微不同的角度到达用户的耳朵。双耳信号滤波器修改在近场扬声器处回放的声音，使得聆听者感知经滤波的声音，好像它是来自于虚拟源而不是来自于实际的近场扬声器的。在一些示例中，对于声音理想的是驾驶者感知到好像它是来自于空间的扩散区域而不是来自于离散的虚拟扬声器位置的。对双耳滤波器适当的修改可以提供该效果，如下所述。

旨在从虚拟源局部化的信号被修改以获得与包括从近场扬声器到耳朵的响应的虚拟源的目标双耳响应的近似。数学上，我们可以将对虚拟源的频域双耳响应称为V(s)，并且从真实扬声器直接到聆听者的耳朵的响应为R(s)。如果声音S(s)在虚拟源处被播放，用户将听见S(s)×V(s)。对于在近场扬声器处播放的相同声音，若没有校正，用户将听见S(s)×R(s)。理想地，通过首先利用具有等效于V(s)/R(s)的传递函数的滤波器对信号进行滤波，声音S(s)×V(s)/R(s)将在近场扬声器上被回放，并且用户将听见S(s)×V(s)×R(s)/R(s)＝S(s)×V(s)。存在这可以被采取多远的限制——如果虚拟位置与真实的近场扬声器位置相距太远，例如，以产生稳定滤波器的方式结合响应可能是不可能的或者其可能非常容易受头部移动的影响。一个限制性的因素是在以下描述的串扰消除滤波器，其防止针对一个耳朵的信号到达另一耳朵。

分量信号分布

通过汽车的调谐而被控制的音频体验的一个方面是声场。“声场”指的是聆听者对声音来自于哪里的感知。特别是，通常期望的是声场宽(声音来自聆听者的两侧)、深(声音来自近处和远处)以及精确(聆听者可以识别特定声音好像是来自于何处)。在理想的系统中，收听录制的音乐的某人可以闭上其眼睛，想象其处于现场表演中，并且指出每个音乐家的位置。相关的概念是“包围”，通过包围，我们指的是声音来自所有方向(包括从聆听者的后面)的感知，与是否该声音能够被精确局部化无关。声场和包围(以及通常来说的声音位置)的感知基于到达聆听者的两个耳朵的声音之间的水平和到达时间(相位)差异，声场可以通过操纵由扬声器产生的音频信号以控制这些耳间水平和时间的差异。如通过引用结合在此的美国专利8,325,936所描述的，不仅是近场扬声器，固定扬声器也可以被协同地使用以控制空间感知。

如果基于近场扬声器的系统被单独使用，声音将被感知为来自聆听者的后面，因为那实际上是扬声器的位置。双耳滤波器可以使声音或多或少带向前，但其并不充分再现真实地来自聆听者前面的声音的双耳响应。然而，当与在驾驶者前面的扬声器(诸如在仪表板上或门中的传统固定位置中)正确地结合时，近场扬声器可以被用来改进来自前面的扬声器的声音的场。即，除了取代后座扬声器以提供“后面”声音之外，近场扬声器被用来聚焦和控制聆听者对来自汽车的前面的声音的感知。这可以提供比起单独的前扬声器可提供的而言更宽或更深且更受控的声场。近场扬声器还可以被用来针对源音频的不同部分提供不同的效果。例如，近场扬声器可以被用来收紧中央声像，提供比单独的固定左和右扬声器可以提供的而言更精确的中央声像，而在同一时间提供比常规的后扬声器更扩散且包围的环绕信号。

在一些示例中，音频源仅提供两个声道，即左立体声音频和右立体声音频。两个其它的共同选项是四个声道，即针对前和后的左和右，以及针对环绕声音源的五个声道(通常具有第六个“点一”声道以用于低频效果)。四个声道通常在使用标准车辆头单元时被找到，在该情况下两个前声道和两个后声道通常将具有相同的内容，但由于头单元中的“衰减器”设置可以处于不同的水平。为了针对本文描述的系统恰当地混合声音，输入音频的两个或更多声道被上混到与声音好像来自的不同方向对应的中间数量的分量中，并且随后被重混到旨在用于系统中每个特定扬声器的输出声道中，如参考图4至图6所描述的。这样的上混和重混的一个示例在美国专利7,630,500中进行了描述，通过引用被并入本文。

本系统的优点在于从源材料上混的分量信号每个可以被分布到不同的虚拟扬声器以用于被音频系统所渲染。如相对于图3所解释的，近场扬声器可以被用来使得声音好像是来自于不同位置处的虚拟扬声器。如图4所示，虚拟扬声器224i的阵列可以被产生为围绕聆听者的后半球。仅出于方便的原因，五个扬声器224-1、224-d、224-m、224-n和224-p被标记。虚拟扬声器的真实数量可以取决于被用来生成它们的系统的处理功率或系统的声学需要。尽管虚拟扬声器被示出为在左边(例如，224-1和224-d)和右边(例如，224-n和224-p)的若干个虚拟扬声器以及在中央(224-m)的一个虚拟扬声器，也可存在多个虚拟中央扬声器，并且虚拟扬声器可以在高度上以及在左边、右边、前面和后面上被分布。

给定的上混分量信号可以被分布到虚拟扬声器中的任一个或多个，其不仅允许分量信号的感知到的位置的再定位，也提供了渲染给定分量作为来自虚拟扬声器中的一个虚拟扬声器的紧密聚焦的声音或者作为同时来自虚拟扬声器中的多个虚拟扬声器的扩散声音的能力。为了实现这些效果，每个分量的一部分被混合到每个输出声道中(虽然该部分对于一些分量-输出声道组合可以是零)。例如，针对右分量的音频信号将被大多地分布到右固定扬声器FR106，但也分布到在头枕的右侧上每个虚拟声像224-i的位置，诸如224-n和224-p，由于虚拟声像的双耳响应以及用于串扰消除两者，右分量信号的部分也被分布到右近场扬声器和左近场扬声器。针对中央分量的音频信号将被分布到对应的右和左固定扬声器104和106，其中一些部分也被分布到右和左近场扬声器122和124两者，控制聆听者感知引起虚拟中央分量的位置(例如224-m)。注意的是，如果系统被恰当地调谐，聆听者事实上不会感知中央分量为来自于后面——来自前固定扬声器的中央分量内容将将感知到的位置拉向前，虚拟中央仅仅有助于控制中央分量声像被感知为多么紧或扩散并且向前多远。分量内容向输出声道的特定分布将基于多少以及哪个近场扬声器被安装而改变。针对近场扬声器混合分量信号包括改变信号以说明对分量(如果它们来自于真实扬声器)的双耳响应与近场扬声器的双耳响应之间的差异，如参考图3在以上所描述的。

图4还示出了图1中的真实扬声器的布局。真实扬声器针对它们重现的信号被标有记号，即，左前(LF)、右前(FR)、左驾驶者头枕(H0L)和右驾驶者头枕(H0R)。虽然输出信号FL和FR最终对于驾驶者和乘客座位两者将被平衡，近场扬声器允许驾驶者和乘客感知更接近理想位置的左和右外围分量以及中央分量。如果近场扬声器不能自身生成前场分量，它们可以与前固定扬声器结合使用以将左和右分量移动到外部并且控制用户感知中央分量的位置。接近但在聆听者的头部之前的扬声器的附加阵列将允许在聆听者的前面产生虚拟位置的第二半球。

我们使用“分量”指示原始源材料被上混到的中间方向性指派中的每一个指派。如在图5中所示，立体声信号被上混到任意N数量的分量信号中。在一个示例中，可以存在总共五个：针对左和右中的每一个的前和环绕再加上中央分量。在这样的示例中，主左和右分量可以从仅在对应的原始左或右立体声信号中找到的信号导出。中央分量可以由相关于左和右立体声信号两者并且与彼此同相的信号组成。环绕分量是相关的但在左和右立体声信号之间不同相位的。任意数量的上混分量是可能的，取决于使用的处理功率以及源材料的内容。各种算法可以被用来将两个或更多信号上混到任意数量的分量信号中。这样的上混的一个示例在美国专利7,630,500中进行了描述，通过引用被并入本文。另一个示例是的ProLogicIIz算法，其将输入音频流分成多至九个分量，包括高度声道。通常，我们对待分量为与左、右或中央相关联。左分量优选与车辆的左侧相关联，但可以被定位在前面、后面、高处或低处。类似地，右分量优选与车辆的右侧相关联，且可以被定位在前面、后面、高处或低处。中央分量优选与车辆的中心线相关联，但也可以被定位在前面、后面、高处或低处。图5示出了任意N数量的上混分量。

分量信号(通常为)C1到CN、虚拟声像信号V1到VP以及输出信号FL、FR、H0L和H0R之间的关系在图5中示出。源402提供了示出为L和R的两个或更多源声道。上混模块404将输入信号L和R转换为N数量的分量信号C1至CN。可能不存在离散的中央分量，但中央可以提供一个或多个左和右分量的组合。双耳滤波器406-1到406-P随后将上混的分量信号的加权和转换到与来自虚拟声像位置V1至VP的声音对应的双耳信号中，对应于图4中所示的虚拟扬声器224-i。虽然图5示出了双耳滤波器中的每个滤波器接收所有的分量信号，在实践中，每个虚拟扬声器位置将可能仅从分量信号的子集重现声音，诸如与车辆的对应侧关联的那些信号。正如分量信号，虚拟中央信号实际上可以是左和右虚拟声像的结合。重混级418(仅示出一个)重新组合上混分量信号以生成FL和FR输出信号以用于递送到前固定扬声器，并且双耳混合级420组合双耳虚拟声像信号以生成两个头枕输出声道H0L和H0R。相同的过程被用来生成用于乘客头枕以及任何附加头枕或其它近场双耳扬声器阵列的输出信号，并且附加的重混级被用来生成用于任何附加的固定扬声器的输出信号。何时分量信号被组合并且何时它们被转换成双耳信号的各种拓扑是可能的，并且例如可以基于被用来实施滤波器的系统的处理能力或基于被用来定义车辆的调谐的过程而被选择。

图6示出了近场混合级420以内的信号流。P个双耳虚拟输入信号Vi在左边被接收，示出的五个对应于在图4中编号为224-1、224-d、224-m、224-n和224-p的虚拟扬声器，并且两个输出信号被提供在右边。输出信号中的每个均被混合级422、424所驱动。在混合前，双耳信号中的每个被滤波以产生期望的声场。滤波器向输入虚拟信号中的每一个应用幅度和相位的频率响应均衡。滤波器还可以在图5中的双耳滤波器之前被设置或者与它们集成。真实的信号处理拓扑将取决于硬件和在给定应用中使用的调谐技术。每个混合级具有P个输入，一个输入针对每个双耳虚拟输入信号的对应的一半。针对每个耳朵的经滤波的信号被相加以生成初始双耳输出信号H0Li和H0Ri。

附加级426在它们已经被混合级422和424生成之后在初始近场输出声道上操作。该串扰消除级426将每个近场输出声道的经滤波的版本混合到信号中以用于在相同的近场或阵列中的其它扬声器。该经滤波的信号连通其它修改一起在相位和增益上被移位，以提供在输出信号中的消除分量，其将消除来自相对的近场扬声器的声音。这样的消除在美国专利8,325,936中进行了详细描述，通过引用被并入本文。

类似但更简单的是，混合在重混级418中被完成以生成针对固定的扬声器的诸如FL和FR之类的混合的输出信号，如在图7中所示。针对每个固定的扬声器，分量C1至CN的每个均被滤波(如在近场混合级中)及组合。比起在立体声信号中原始具有的而言，通过重新组合具有不同权重的分量，各种效果可以被应用到信号，如下所述。在一些情况下，一个或多个滤波器可以应用零增益，使得在给定输出信号中没有一个分量的部分。例如，右分量中的一些或所有可以整体不存在于左固定的输出声道FL。加权和结合分量信号的类似过程被用在图5中的双耳滤波器406-i中。虽然附图示出了所有的上混分量被混到所有虚拟信号以及所有的固定扬声器输出声道中，并且所有的虚拟信号被重混到双耳近场输出声道中，通常将存在施加在混音上的限制。在一些示例中，对应于左立体声声道的唯一分量将被分布到车辆的左侧上的虚拟信号，并且对于右侧也类似。在另外的示例中，与“环绕”声道关联的唯一分量被混合到某些虚拟信号中。

以上描述的这些系统和方法的实施例可包括计算机部件和计算机实施的步骤，其对本领域技术人员而言将是明显的。例如，应当被本领域技术人员所理解的是，计算机实施的步骤可以作为计算机可读介质上的计算机可执行指令被存储，该计算机可读介质诸如举例而言是软盘、硬盘、光盘、闪存ROMS、非易失性ROM以及RAM。此外，应当由本领域技术人员理解的，计算机可执行指令可以在各种处理器上被执行，该处理器诸如举例而言为微处理器、数字信号处理器、门阵列等。为了便于说明，不是以上描述的系统和方法的每个步骤或元件都在本文中被描述为计算机系统的一部分，但本领域技术人员将认识到，每个步骤或元件可以具有对应的计算机系统或软件构件。因此，这样的计算机系统和/或软件构件通过描述其对应的步骤或元件(即，它们的功能)而被启用，并且处于本公开的范围之内。

若干实施方式已经被描述。然而，将理解的是，可以做出附加的修改而不偏离本文描述的发明构思的范围，并且相应地，其它实施例也处于以下权利要求书的范围以内。

Claims (30)

1.一种配置车辆音频系统的方法，所述车辆音频系统具有位于接近聆听者的头部的期望位置处的至少两个近场扬声器，所述方法包括：

确定第一双耳滤波器，所述第一双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述聆听者的头部的所述期望位置处具有由位于第一指定位置而不是所述近场扬声器的实际位置的声音源所产生的声音的特征，

确定上混规则，以从具有至少两个声道的输入音频信号生成至少三个分量声道信号，以及

将所述音频系统配置成：

确定第一双耳信号，所述第一双耳信号对应于源于所述第一指定位置的所述分量声道信号的结合，并且

使用所述第一双耳滤波器对所述第一双耳信号进行滤波并且使用所述近场扬声器输出经滤波的信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述声音源包括合成生成的源。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述声音源包括结合的多个合成生成的源。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在结合信号之前，调整来自多个源的信号的相位或者幅度的频率响应均衡以产生每个声音源。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定第二双耳滤波器和第三双耳滤波器，所述第二双耳滤波器和所述第三双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个产生的声音在所述聆听者的头部的所述期望位置处具有由位于相应的第二指定位置和第三指定位置而不是所述近场扬声器的实际位置的声音源所产生的声音的特征，以及

将所述音频系统配置成：

确定第二双耳信号和第三双耳信号，所述第二双耳信号和所述第三双耳信号对应于源于相应的第二指定位置和第三指定位置的所述分量声道信号的结合，并且

使用所述第二双耳滤波器和所述第三双耳滤波器对所述第二双耳信号和所述第三双耳信号进行滤波，并且当使用所述近场扬声器输出经滤波的信号时结合第一、第二和第三经滤波的双耳信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中结合经滤波的双耳信号包括计算所述第一、第二和第三经滤波的双耳信号中的每一个双耳信号的加权和。

7.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述第一、第二和第三双耳信号以及结合经滤波的双耳信号的步骤受分量声道信号的结合的限制所支配。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述输入音频信号包括恰好两个声道。

9.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述分量声道信号中的第一个分量声道信号对应于中央声道，并且所述分量声道信号中的第二个分量声道信号对应于左声道，

所述第一指定位置位于所述聆听者之后的中间，所述第二指定位置和所述第三指定位置从不同方向间隔开，但均在所述聆听者的左侧，并且

所述第一、第二和第三经滤波的双耳信号被结合，使得所述聆听者将感知所述中央声道的信号为源自精确的位置，并且将感知环绕声道的信号为源自扩散的位置。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述车辆音频系统包括在固定位置而不是所述近场扬声器的位置中的至少第一扬声器和第二扬声器，所述方法进一步包括：

将所述音频系统配置成：

确定第一单耳信号和第二单耳信号，所述第一单耳信号和所述第二单耳信号对应于所述分量声道信号的相应的第一组合和第二组合，并且

使用在固定位置中的相应的第一扬声器和第二扬声器输出所述第一单耳信号和所述第二单耳信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述分量声道信号中的至少一个分量声道信号对应于左分量，

所述分量声道信号中的至少另一个分量声道信号对应于右分量，

在固定位置中的所述第一扬声器在所述车辆的左侧上，并且

确定所述第一单耳信号包括结合所述左分量信号和所述右分量信号。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述第一双耳信号和所述第一单耳信号和第二单耳信号被配置成控制所述聆听者对声音的位置的感知，

所述第一双耳声音控制针对第一频带中的声音的感知，并且

所述第一单耳信号和第二单耳信号控制针对第二频带中的声音的感知。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述第一双耳信号和所述第一单耳信号和所述第二单耳信号被配置成控制所述聆听者对声音的位置的感知，

所述第一双耳声音控制针对所述分量声道信号的第一子集的感知，并且

所述第一单耳信号和所述第二单耳信号控制针对所述分量声道信号的第二子集的感知。

14.根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一双耳信号进行滤波进一步包括对所述第一双耳信号进行滤波以防止在所述至少两个近场扬声器之间的串扰。

15.根据权利要求1所述的方法，确定所述第一双耳信号包括计算所述分量声道信号中的每一个的加权和。

16.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述第一双耳信号进一步包括在计算所述分量声道信号的加权和之前，向所述分量声道信号中的每一个分量声道信号应用滤波器。

17.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述第一双耳信号进一步包括使用针对所述分量声道信号中的每一个分量声道信号的子分量不同的权重来计算所述加权和，所述子分量对应于不同的频带中的信号内容。

18.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述第一双耳信号进一步包括在计算所述子分量的加权和之前，向所述子分量中的每一个子分量应用不同的滤波器。

19.一种车辆音频系统，包括：

至少两个近场扬声器，被置于接近聆听者的头部的期望位置处，以及

音频信号处理器，被配置成：

接收具有至少两个声道的输入音频信号，

使用上混规则以从所述输入音频信号生成至少三个分量声道信号，

确定第一双耳信号，所述第一双耳信号对应于源于第一指定位置而不是所述近场扬声器的位置的所述分量声道信号的结合，

使用第一滤波器对所述第一双耳信号进行滤波，所述第一滤波器致使由所述近场扬声器产生的声音在聆听者的头部的期望位置处具有由位于所述第一指定位置处的声音源所产生的声音的特征，并且

向所述近场扬声器提供经滤波的第一双耳信号。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述系统不包括在所述车辆的车厢中位于所述聆听者的头部的所述期望位置的后方的固定扬声器。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一近场扬声器包括至少两个电声换能器，至少一个电声换能器位于头枕的任一端处。

22.根据权利要求19所述的系统，其中所述音频信号处理器进一步被配置成对所述第一双耳信号进行滤波以控制所述近场扬声器中的每一个近场扬声器与被置于更接近于所述近场扬声器中的不同的一个近场扬声器的所述聆听者的耳朵之间的信号的串扰。

23.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一近场扬声器包括位于头枕的任一端处的电声换能器的阵列中的一对。

24.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一近场扬声器包括位于头枕内的电声换能器的阵列。

25.根据权利要求19所述的系统，进一步包括位于所述近场扬声器的前方的扬声器的阵列，

其中所述第一指定位置是所述聆听者的前方，并且

所述音频信号处理器进一步被配置成对所述第一双耳信号进行滤波，使得由所述聆听者感知到的声音好像是来自所述第一指定位置。

26.一种混合音频信号的方法，所述方法包括：

接收M数量的输入声道，其中M是二或更大，

将所述输入声道上混到N数量的分量声道中，其中N大于M，

调整N个分量声道中的每一个分量声道的相位或者幅度的频率响应均衡，所述调整针对所述N个分量声道中的至少两个分量声道是不同的，

将经调整的分量声道重混到P数量的输出声道中，以及

提供所述P个输出声道。

27.根据权利要求26所述的方法，其中P等于N。

28.根据权利要求26所述的方法，其中重混经调整的分量声道包括计算经调整的分量声道的子集的加权和，以生成每个输出声道。

29.根据权利要求26所述的方法，进一步包括从所述N个分量声道中生成Q数量的双耳信号对，

调整Q个双耳信号对中的每一个双耳信号对的相位或者幅度的频率响应均衡，所述调整针对所述Q个双耳信号对中的至少两个双耳信号对是不同的，以及

将经调整的双耳信号对重混到R数量的双耳输出声道中。

30.根据权利要求26所述的方法，进一步包括从经调整的分量声道中生成Q数量的双耳信号对，以及

将经调整的双耳信号对重混到R数量的双耳输出声道中。