CN105229414A - 房间尺寸估计的确定 - Google Patents

Abstract

一种用于确定房间尺寸估计的设备包括提供例如从声学测量生成的声学房间响应的接收器（101）。峰值检测器（103）在具有不超过400Hz的上限频率的频率间隔中检测声学房间响应中峰值的集合。存储装置（107）包括具有相关联的房间尺寸数据的峰形的集合，以及估计器（105）从相关联的房间尺寸数据以及峰值集合与峰形集合的比较而确定房间尺寸估计。估计器可以执行步骤：首先从峰形的集合找到针对峰值的集合的至少一个匹配峰形；从存储装置提取与匹配峰形相关联的第一房间尺寸数据；以及响应于第一房间尺寸数据而确定房间尺寸估计。峰形可以再现计算的本征频率。

Description

房间尺寸估计的确定

技术领域

本发明涉及房间尺寸估计的确定，并且特别地但是非排他性地涉及对于房间的组合长度、宽度和高度尺寸的确定。

背景技术

存在知晓房间尺寸对其有益的许多应用。明显的示例是在声音重放中，其中房间对用户所体验的声音具有非常大的影响。知晓房间的形状和尺寸提供了可以用于对于那个特定房间优化声音重放的重要信息。例如，知晓房间尺寸使得能够预测房间的重要声学性质，它的低频房间模式（在特定频率处引起共振，导致讨厌的“嗡嗡声”低音声），早期反射图案，混响时间等。知晓这些声学性质使得能够以这样的方式处理扬声器信号，以便优化房间中的声音体验。此外，知晓房间尺寸使得能够向多扬声器系统的用户提供关于如何最佳地设置扬声器系统的具体建议。

此外，除了声音重放之外，存在受益于知晓房间尺寸的许多应用，例如其中关于用户背景的知识用于优化用户体验的任何应用。

尽管当然有可能手工地测量房间尺寸并且将它们输入到装置中，这是麻烦并且经常是不切实际的。

存在能够提供房间布局的某种指示的视觉方法。这些典型地基于静止或移动图像相机。然而，尽管可以通过这样的方案获得一些信息，但是它们倾向于受限于相机的视角并且受到阻挡相机视野以及改变照明条件的物体的阻碍。此外，它们通常需要附加的或专用的装备（比如相机），并且可能需要相机的具体定位，这可能是不便的。

针对至少部分自动化的房间尺寸估计的另一可能性是，基于房间中声学测量来确定估计。这对于声音再现应用是特别有吸引力的，其中音频再现系统也可以包括用于估计房间尺寸的功能。

用于声学房间尺寸估计的各种方法是已知的，但是这些方法倾向于是次优的，并且特别地倾向于是麻烦的、复杂的和/或不精确的。例如，可以通过测量混响时间生成房间体积的估计的声学方法是已知的。然而，这仅导致整个房间大小的粗略指示（例如小、中等、大）并且无法提供单独尺寸的估计。

因此，用于确定房间尺寸的改进方案将是有利的，并且特别地，允许提高灵活性、促进操作、降低复杂性、减小资源消耗、改进估计精度和/或改进性能的方案将是有利的。

发明内容

因此，本发明设法优选地单独或以任何组合方式减轻、减缓或消除一个或多个上文所述的缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定房间尺寸估计的设备，该设备包括：用于提供声学房间响应的接收器；用于在一定频率间隔中检测声学房间响应中峰值集合的峰值检测器，该频率间隔具有不超过400Hz的上限频率；用于存储具有相关联的房间尺寸数据的峰形（peakprofile）集合的存储装置；用于响应于相关联的房间尺寸数据以及峰值集合与峰形集合的比较而确定房间尺寸估计的估算器。

本发明可以允许房间尺寸估计的改进的和/或促进的确定。特别地，该方案在许多实施例中可以提供更精确的房间尺寸估计和/或更详细的数据。具体地，该方案可以在沿不同方向上的房间尺寸数据之间进行区分，并且不限于例如提供房间的大小或体积的估计。特别地，该方案允许确定单独的一维距离估计，以及特别地可以由多个这种单独的一维距离估计来表征房间。例如，可以针对房间单独地估算长度和宽度，或者长度、宽度和高度。因此，可以实现房间表征方面的显著改进。

该方案可以允许低复杂度房间估计并且不依赖于用于根据房间响应计算房间特性的复杂或精确的公式。该方案可以自动地考虑房间特性的变化并且典型地对于这样的声学变化不敏感。例如，该方案可以用在具有不同混响特性的房间中，并且可以在除了声学房间响应之外无需任何具体特性的输入或知识的情况下自动调适。

生成的房间尺寸估计可以用于调适音频再现系统的信号处理。该方案可以因此导致再现声音的改进的音频品质。

本发明人已经洞察到可以从在声学房间响应的低频间隔中的峰值的特性估计房间尺寸。特别地，本发明人已经认识到，在低频下的峰值特性反映了房间的本征频率，并且这些指示房间尺寸。具体方案可以利用这些洞察以提供用于房间尺寸的改进估计。

峰形集合可以包括潜在的大量峰形，其对应于具有不同尺寸和/或特性的房间的声学房间响应。每个峰形可以提供在声学房间响应中峰值分布的指示。峰形可以反映测量的声学房间响应的特性。峰形可以反映理论上推导的数值，例如基于用于具有给定尺寸的房间的本征频率的计算。峰形可以被限于低频间隔。

存储装置/存储器可以存储用于每个峰形的房间尺寸数据的集合。用于给定峰形的房间尺寸数据可以包括对应于由该峰形所表示的声学房间响应的用于房间的至少一个尺寸。具体地，该存储装置可以包括多个房间数据集合，其中每个数据集合对应于不同的房间。每个房间数据集合包括峰形以及相关联的房间尺寸数据。峰形可以反映针对该房间的声学房间响应的峰值分布。相关联的房间尺寸数据可以包括用于该房间的一维距离值的集合。具体地，相关联的房间尺寸数据可以包括针对房间的不同方向（例如宽度、长度和高度）的一维值的集合。

可以将峰值集合与峰形集合的每个峰形进行比较。该比较可以反映峰形集合的峰值分布多么紧密地匹配由峰形所指示的峰值分布。

在一些实施例中，频率间隔可以有利地具有不超过300Hz、200Hz或甚至100Hz的上限频率。

根据本发明的可选的特征，估计器包括：用于从峰形集合找到针对峰值集合的至少一个匹配峰形的搜索器；用于从存储装置提取与所述至少一个匹配峰形相关联的第一房间尺寸数据的提取器；以及用于响应于第一房间尺寸数据确定房间尺寸估计的估计生成器。

这可以在许多情况中提供改进的估计和/或可以允许促进的操作和实现方式。特别地，它可以允许使用相对较低复杂度的算法流生成精确的尺寸估算。匹配的峰形可以是被认为最紧密地匹配峰值集合的形（profile）。在一些实施例中，该设备可以识别多个匹配形，并且与该多个匹配形相关联的房间尺寸数据可以用于生成房间尺寸估计。

根据本发明的可选的特征，每个峰形包括峰值的频率集合。

这可以提供高性能和/或促进的实现方式和操作。特别地，它可以允许峰值分布信息的高效表示，这高度适用于处理以生成房间估算。

根据本发明的可选特征，搜索器被设置成：响应于峰值集合的频率与峰形的频率集合的比较而确定用于每个峰形的距离测量值；以及响应于距离测量选择匹配峰形。

这可以提供高效的操作和/或提供更精确的估计。特别地，它允许一个或多个匹配形的比较和识别，这特别适用于房间估计。距离测量值可以例如是在峰值集合的单独峰值与峰形的最近峰值之间差值的累加值。

根据本发明的可选的特征，每个峰形包括概率值的集合，每个概率值指示在一定频率间隔中测量的峰值的概率。

这可以提供高性能和/或促进的实现方式和操作。特别地，它可以允许峰值分布信息的高效表示，这高度适用于处理以生成房间尺寸估计。

根据本发明的可选的特征，搜索器被设置成：响应于峰形的概率值和峰值集合的频率确定用于每个峰形的可能性测量；以及响应于可能性测量而选择匹配峰形。

这可以提供高效的操作和/或提供精确的估计。特别地，它可以允许一个或多个匹配形的比较和识别，这特别适用于房间尺寸估计。可能性测量可以例如是针对峰值集合的单独峰值的概率值的累加值。

根据本发明的可选的特征，每个峰形包括针对房间计算的本征频率的集合，并且相关联的房间尺寸数据包括用于计算本征频率的针对房间的尺寸的指示。

这可以提供高效的房间尺寸估计并且可以在许多情况中促进实现方式。例如，它可以避免或减少对于麻烦且资源需求的测量与数据收集的需要，以便于填充存储装置。在许多情况中，可以实现改进的结果，因为对于所存储的峰形，可以避免与测量的声学房间响应相关联的噪声和误差。

根据本发明的可选的特征，针对至少一些峰形的相关联的房间尺寸包括至少一个一维值，并且估计器被设置成生成房间尺寸估计以包括至少一个一维值。

该方案不限于如对许多现有技术方案而言典型的整体大小或体积估计。相反，可以生成单独的一维测量。在一些实施例中，房间尺寸估计可以例如包括一个、两个或三个一维长度数值。例如，房间尺寸估计可以包括单独的长度和宽度估计，或者长度、宽度和高度估计。

根据本发明的可选的特征，估计器被设置成：生成用于峰值集合与峰形集合的每个峰形的匹配指示；以及通过相关联的房间尺寸数据的加权组合而生成尺寸估算；对于峰形集合的第一峰形，用于相关联的房间尺寸数据的权重取决于针对第一峰形的匹配指示。

该特征可以在许多情况中提供改进的估计。特别地，它可以通过从与不同候选房间相关联的特性提供更灵活的贡献平均或组合而在许多情况中提供更精确的估计。特别地，该方案可以减小对噪声的灵敏度。

根据本发明的可选特征，针对至少一些峰形的相关联的房间尺寸包括对应于不同方向的多个一维值，并且估计器被设置成响应于在不处于方向的子集中的至少一个方向之上针对峰形的匹配指示的平均而确定针对该方向子集的平均匹配指示；以及响应于平均匹配指示确定针对该子集的方向的一维房间尺寸估计。

该特征可以在许多情况中提供改进的估计。

根据本发明可选的特征，接收器被设置成接收对应于声音源和麦克风中至少一个的不同位置的多个声学房间响应；以及该设备被设置成执行针对所述多个声音房间响应的组合。

这可以允许提供更精确的估计。特别地，该方案可以提供允许改进的估计的附加数据。特别地，该方案可以允许测量和检测房间的大量本征频率。

在一些实施例中，平均可以是针对不同位置的声学房间响应的平均（低通滤波）。

根据本发明可选的特征，该组合包括在对应于不同声学房间响应的峰值集合与峰形集合之间的比较的平均以及与针对不同声学房间响应确定的房间尺寸估计的平均中的至少一个。

这可以在许多情况中提供改进的估计。

根据本发明的可选的特征，该组合包括通过包括来自多个声学房间响应的多于一个的峰值而生成峰值集合。

这可以在许多情况中提供改进的估计。

根据本发明的可选的特征，估计器可以被设置成响应于指示房间尺寸值的用户输入而选择峰形集合的子集以用于比较。

这可以改进房间尺寸估计和/或促进的操作。

根据本发明的可选特征，估计器被设置成在执行比较时不同地加权峰值集合的不同峰值与峰形的不同峰值的至少一个。

这可以改进房间尺寸估计和/或促进的操作。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定房间尺寸估计的方法，该方法包括：提供声学房间响应；在一定频率间隔中检测声学房间响应中的峰值集合，该频率间隔具有不超过400Hz的上限频率；提供具有相关联的房间尺寸数据的峰形集合；以及响应于相关联的房间尺寸数据以及峰值集合与峰形集合的比较而确定房间尺寸估计。

本发明的这些和其他方面、特征和优点根据下文中所述实施例将是明显的并且将参照下文中所述实施例加以阐述。

附图说明

将仅借由示例的方式参照附图描述本发明的实施例，其中

图1图示了根据本发明一些实施例的用于确定房间尺寸估计的设备的元件的示例；

图2图示了用于根据本发明一些实施例的用于确定房间尺寸估计的设备的估计器的元件的示例；

图3图示了声学房间响应的本征频率和峰值的示例；以及

图4图示了声学房间响应的本征频率和峰值的示例。

具体实施方式

图1图示了用于确定房间尺寸估计的设备的示例，房间尺寸估计诸如具体的一维房间尺寸的集合，例如房间的宽度、长度和高度。

该设备基于在一个或多个位置中房间的测量的低频声学响应而估计房间的尺寸。该设备检测在测量的声学房间响应中的峰值频率，并且将检测到峰值频率与数据库中存储的峰形集合进行比较，其中每个峰形对应于针对给定房间的低频声学房间响应。因此，每个峰形与房间尺寸集合相关联，房间尺寸集合对应于针对其确定峰形的房间。系统基于比较和相关联的房间尺寸数据而生成用于当前房间的估计。例如，识别最紧密匹配检测到的峰值集合的峰形，以及针对该识别的峰形存储的房间尺寸数据被提取并且用作用于当前房间的尺寸估计。因此，当前房间尺寸可以认为对应于针对最紧密匹配检测到峰值的峰形存储的尺寸。

该方案利用了任何房间中声场由本征模式的离散集合构建的洞察，这是针对该房间的声学波动方程的解决方案，并且这些可以用于估算房间尺寸。本征模式中的每一个具有对应的本征频率（也通常称作模式或自然频率）。对于具有硬墙壁的矩形房间，这些本征频率可以由下式给出（例如参考HeinrichKuttruff,RoomAcoustics(SecondEdition),AppliedSciencePublishers,1979,ISBN-10:0853348138,ISBN-13:9780853348139）：

其中L_x、L_y和L_z分别是沿x、y和z维度的房间尺寸，c是声音的速度，以及n_x、n_y和n_z是被称为沿x、y和z维度的模式指数的≥0的整数。

总声学房间响应可以使用已知的“模态分解模型”来建模，其对于声音源的给定位置计算在接收器位置和频率ω下的总响应p：

其中p_n是房间的本征函数，ω_n是对应的本征频率（其对于矩形房间根据方程（1）得出），K_n是取决于模式类型的标量，δ_n是使得能够在模型中包含一些适度吸收的阻尼因子。

对于矩形房间，方程（2）中的本征函数p_n由下式给出：

。

在典型房间中，存在无穷多的本征模式并且的确单独的本征模式通常被认为是不可分离的并且有效地形成连续体，其中单独的本征模式在房间的频率响应中无法被区分。然而，当前方案利用了下述洞察：在低频下本征频率典型地间距足够远以允许识别单独的本征频率。而且，该方案利用了下述洞察：这些单独的本征频率的特性可以用作针对房间响应和因此针对房间的指纹或签名、以及它们可以用于识别具有类似房间尺寸的房间。此外，系统可以利用下述洞察：该识别可以用于针对房间中不同方向提供单独的一维（长度）估计。具体地，可以基于针对房间的峰值签名生成对于房间的长度、宽度和高度的单独估计。因此，与典型地只能提供房间的整体大小或体积的估计的常规方案相反，当前方案可以提供单独的一维特性的估计。

事实上，该方案利用了每个房间大小（具体的依据长度、宽度和高度）对应于本征频率的或多或少唯一集合的洞察。共享一个或多个尺寸（例如具有相同长度和/或高度）的两个房间将在它们各自集合中具有一些共同的本征频率，但是也将具有不同的一些本征频率。

图1的设备包括接收/提供声学房间响应的接收器101。声学房间响应是测量的声学房间响应并且可以具体地是由图1的设备自身测量的声学房间响应。声学房间响应可以具体地表示房间中在发射声学测试信号的扬声器与接收声学测试信号的麦克风之间的频域传递函数。该频域传递函数可以直接从测量麦克风位置处单独的窄带测试信号幅度而获得，或者从测量时域脉冲响应并将其转换为频域而获得，或者可以使用技术人员已知的任何其他合适方式而获得。

应该领会的是，许多不同的方案和技术已知用于确定声学房间响应，包括例如对数扫描、MLS信号等。在一些实施例中，接收器101可以包括用于提供测试音频信号至外部扬声器的音频输出端以及用于从外部麦克风接收麦克风信号的麦克风输入端。接收器101可以因此生成并输出测试信号，并且分析得到的麦克风信号以根据任何合适的方案生成声学房间响应。

在其他实施例中，声学房间响应可以例如从外部单元提供或者从本地或远程存储装置检索。

接收器101耦合至峰值检测器103，峰值检测器被设置成在具有不超过400Hz、并且在许多实施例中不超过300Hz、200Hz或在一些实施例甚至不超过100Hz的上限频率的频率间隔中检测声学房间响应中峰值的集合。

应该领会的是，许多不同峰值检测技术和算法是已知的并且可以使用任何合适技术而并未贬损本发明。例如，峰值检测器可以首先应用低通滤波并且随后检测在400Hz之下所有局部最大值。峰值的集合随后可以生成作为这些局部最大值的频率。在其他示例中，可以选择固定数目的峰值频率，诸如最大的频率，比如十个或二十个峰值。

峰值的集合因此提供声学房间响应以及因此房间的特性的参数化，并且可以视作声学房间响应的签名或指纹。然而，峰值的集合不仅是声学房间响应的参数化，而还具体地被选择以提供与房间的本征模式和本征频率的强相关性，并且因此被选择以具有与房间的物理尺寸的特别强的相关性。为了简洁和明晰，从声学房间响应提取的峰值（峰值频率）的集合将被称作（声学房间响应或房间的）峰值签名。

峰值检测器103耦合至估计器105，估计器进一步耦合至存储了峰形和相关联的房间尺寸数据的数据库的存储器或存储装置107。

具体地，该数据库包括多个数据集合，其中每个数据集合包括对应于用于不同（真实或虚拟/计算的）房间的声学房间响应的峰形连同用于该房间的房间尺寸。因此，每个数据集合包括峰形和相关联的房间尺寸数据。峰形提供了房间响应中峰值（并且具体地峰值频率）的表示，并且相关联的房间尺寸数据提供了该房间尺寸的指示。相关联的房间尺寸数据可以例如指示具有由峰形所表示的声学房间响应的房间的长度、宽度和高度。因此，峰形也可以认为是声学房间响应的签名或指纹。

数据库可以在一些实施例中也包括声学房间响应的表示，但是典型地将仅包括由峰形提供的参数化表示。当前方案的特别优点在于，仅需要存储峰形，而不是声学房间响应自身。这可以显著地减少存储需求以及计算需求。

典型地，数据库将包括用于大量不同房间的数据集合。这可以包括用于具有不同尺寸的大量房间的数据集合，但是也可以包括用于具有相同尺寸的房间的不同数据集合。例如，数据集合可以存储用于相同尺寸但是具有不同声学特性的房间，诸如应用空的回声房间，相同尺寸但是具有家具和较少回声的房间等。

除了峰形之外，应用每个声学房间响应的数据集合包括用于对应于声学房间响应的房间的房间尺寸数据。房间尺寸数据可以具体地包括一维距离，诸如房间的宽度、长度和高度。

在一些实施例中，数据集合可以包括用于每个房间的附加信息。例如，在一些实施例中，每个数据集合也可以包含附加的声学信息，诸如房间如何混响的指示（例如其可以反映在峰值的幅度中）。这样的附加信息可以例如由基于所生成的估计而再现音频的系统所使用。

估计器105被设置成基于峰值集合与峰形集合的比较以及存储用于峰形的相关联的房间尺寸数据而确定房间尺寸估计。因此，估计器105可以将当前房间的峰值签名与所存储的峰形比较，并且基于该比较评估用于所存储峰形的房间尺寸数据。用于紧密地匹配峰值签名的峰形的房间尺寸数据与应用不太好地匹配当前房间的峰值签名的峰形的房间尺寸数据相比可以被赋予较高权重。

在下文中，将描述估计器105如何可以生成房间尺寸估计的示例。在示例中，高效搜索方法被用来确定对应于检测到的峰值频率集合、即对应于峰值签名的最可能的房间大小。搜索方法基于比较检测到峰值签名/频谱与数据库的峰形，并且使用合适的误差准则确定匹配峰形/候选房间的集合。随后从这些匹配峰形/候选房间的所存储房间尺寸生成房间尺寸估计。具体地，可以识别单个匹配峰形/匹配房间，并且可以设置房间估计作为用于该峰形的所存储的房间尺寸。

应该领会的是，在其他实施例中，估计器105可以使用其他方案以用于基于比较和所存储房间尺寸数据生成房间尺寸估计。

图2图示了根据一些实施例的估计器105的元件的示例。

在示例中，估计器105包括耦合至包括数据库的存储装置107的搜索器201。搜索器201被设置成针对从声学房间响应生成的峰值签名而在数据库中找到匹配的峰形。

搜索器201耦合至提取器203，其也耦合至存储装置107并且被设置成从数据库提取与匹配峰形相关联的联的房间尺寸数据。因此，一旦搜索器201已经识别了数据库中一个或多个匹配形，提取器203提取存储在这些数据集合中的房间尺寸数据。

提取器203耦合至估计生成器205，其被设置成响应于所提取的房间尺寸数据来确定房间尺寸估计。

将参照具体示例描述该方案，其中峰值签名由在声学房间响应的低频率间隔峰中值频率集合表示。因此，峰值签名可以简单地由频率值的集合表示，频率值是由峰值检测器103检测到的峰值的频率。

类似地，峰形的每一个包括峰值的频率的集合。因此，每个数据集合包括对应于针对由数据集合所表示房间确定的（无论是测量的还是计算的）声学房间响应中的峰值的频率数值的集合。

因此，峰值签名和峰形通过在低频间隔中对应于峰值的许多频率值来表征对应的声学房间响应。在无噪声的理想情况下，这些频率将对应于房间的本征频率，并且因此将提供特别高效的基础以用于找到对应于匹配房间的匹配声学房间响应。

在示例中，搜索器201基于峰值签名的频率与单独的峰形的频率的比较来确定针对每一个峰形的距离测量值。例如，对于峰值签名的每个频率值，搜索器201可以确定至峰形的最近频率数值的频率偏移。这可以针对峰值签名的所有频率重复，并且可以对频率偏移或误差求和以提供针对峰形的总距离（或误差）测量。以此方式，搜索器201可以针对每个峰形生成单个距离测量。

搜索器201可以随后继续识别导致最低距离测量的峰形，并且该峰形可以被选择作为匹配形并且被馈送至提取器203，该提取器继续提取对应数据集合的房间尺寸数据。该数据随后被馈送至估计生成器205，其例如通过简单地直接使用检索到房间尺寸数据而生成尺寸估计。

在许多情况中，对于至少一些峰形，可能有利的是计算本征形而不是基于测量的声学房间响应。因此，在一些实施例中，至少一些峰形可以包括针对房间计算的本征频率的集合。相关联的房间尺寸数据可以包括用于计算本征频率的针对房间的尺寸的指示。这可以在许多情况中提供更精确的比较，因为它可以减少噪声、测量不确定性等的影响。事实上，可以考虑，该比较设法在低频下比较底层本征频率模式并且峰值检测和处理可以视作这些模式的估计。因此，在峰形中直接地表示底层本征频率模式而不是其估计可以提供改进的估计。

在下文中，将更详细描述具体示例。

在示例中，搜索过程的第一阶段是限定可能的房间大小的搜索空间。示例的搜索算法基于针对最可能对应于所检测的峰值集合的一个而搜索可能的房间大小候选者的数据库。这意味着数据库的范围可以处于或经常必须被限于房间大小的某一范围。这是通过限定每个房间尺寸的最小和最大的大小而完成的。此外，对于每个尺寸限定步长，这将确定针对该尺寸可以检测的在大小方面的最小差异。通过限定每个尺寸的范围和步长，限定了将被算法视作候选者的房间的离散搜索空间。

下一个步骤是例如使用方程（1）计算在搜索空间中对应于每个房间的本征频率的离散集合。因为只有在低频范围中的本征频率是令人感兴趣的（其中本征频率可以单独地检测），所以必须仅包括高达某一频率的本征频率。例如，对于典型大小的客厅，可能足够的是包括高达约100Hz的本征频率，其中典型地可以存在约20。

所得到的候选房间和它们对应的本征频率集合的收集形成由算法搜索的数据库。

应该注意的是，在该说明书中，数据库的生成作为搜索的一部分而执行。然而，应该领会的是，在许多实施例中，数据库可以在搜索之前填充。例如，在设计和/或制造阶段期间它可以被预先计算，并且被存储为设备中的查找表。也应该领会的是，数据库可以例如在认为适当的时候（例如当在可能尺寸的新范围之上执行搜索时）通过添加附加的峰形来动态地修改。

在示例中，搜索器201针对在搜索空间中每个候选房间（即针对每个峰形）计算误差或距离测量，使用反映检测到峰值频率的集合与候选房间的本征频率的集合之间（即，峰值签名与峰形的频率之间）差异的距离度量。

一个具体的实现方式如下。对于（总共L个房间中的）候选房间l以及来自待估计房间的测量的声学房间响应的（总共M个频率中的）检测的峰值频率m，找到来自对应于峰形/房间l的集合（总数为N）本征频率n，其具有至检测到峰值m的最小距离（频率上）d_lm。这是针对峰值签名的所有M个检测到峰值频率进行的，并且得到的M个距离d_lm被求和以给出针对峰形/房间l的总误差测量D_l。对于所有L个候选峰形/房间计算该距离测量。具有最低总误差测量D_l的峰形以及因此候选房间现在推断为对应于真实房间几何结构的最可能的一个，因为它具有与测量的峰值频率的最佳整体匹配。

误差测量可以例如计算为：

其中f_meas指代峰值签名的M个测量的峰值频率的集合，且f_eigen是峰形l（即候选房间l）的N个本征频率的集合。

在该示例中，距离测量包括可以用于改善搜索的两个权重因子w₁和w₂。该权重因子在许多实施例中可以被简单地设置为一。

导致最低距离测量的峰形可以被识别，并且存储用于该峰形/房间候选的房间尺寸可以用作用于当前房间的房间尺寸估计。例如，存储用于匹配峰形的宽度、长度和高度可以输出作为当前房间的宽度、长度和高度的估计。

作为直接推断具有距离测量的整体最低值的单个房间候选是正确的那个的备选，其他策略可以是有利的。尽管对于模拟的房间，真实的是，对应于已建模房间的候选房间通常具有最低的总误差值，对于现实生活的房间，情况可能并非总是这样。出于各种原因，可能发生的是，存在几何结构上非常不同但是具有类似的总距离值的多个候选房间（的群集）。这可以导致最合适房间候选者的不正确识别，如果算法简单地选择具有最低计算的距离测量的候选房间的话。

在一些实施例中，搜索器201可以例如识别多个匹配峰形（例如距离测量均低于给定阈值的所有那些峰形），并且提取器203可以针对所有匹配峰形提取房间尺寸数据。估计生成器205可以随后组合所提取的数据以生成尺寸估计。例如，可以通过对存储用于匹配峰形的长度取平均而生成房间长度的估计，可以通过对存储用于匹配峰形的宽度取平均而生成宽度的估计，并且可以通过对存储用于匹配峰形的高度进行平均而生成高度的估计。

在一些实施例中，该取平均可以是加权平均，其中取决于针对对应峰形所生成的距离测量而加权每个所提取尺寸的权重。

在其中房间估计包括对应于不同方向的多个一维值（例如宽度、长度和高度）的大量情况中，已经发现显著改进估计的可靠性的另一方案是响应于沿并非在方向子集中的一个或多个方向针对峰形的匹配指示的平均（例如加权平均）而确定针对该方向子集平均的匹配指示（诸如距离测量、误差测量或可能性测量）。

该方案可以例如在单独方向之上对不同峰形的距离测量取平均。例如，当识别哪个峰形提供了用于确定房间宽度和长度的最佳匹配时，可以通过将具有相同宽度和长度的所有峰形取平均、即通过在房间的所有可能高度之上对距离测量取平均而生成距离测量。特别地，如果峰形在三个维度中被提供不同测量，通过对于每个峰形计算距离测量而生成三维距离测量矩阵。在该情形中，在矩阵的第三个维度之上对所有距离测量求和或者取平均，由此生成了距离测量的二维矩阵。随后可以在该二维矩阵中选择得到的最低距离测量。这基本上可以被认为将估计减少至二维估计。在一些实施例中，该减少可以是至单个维度，即也可以执行在第二维度之上取平均。该方案可以并行地应用至不同维度，由此仍然允许生成三维估计。该方案已经在实验性地被发现在许多情况中提供改进的性能。

在一些实施例中，峰形可以包括概率值的集合，其中每个概率值指示在频率间隔中测量峰值的概率。因此，与指示本征模式的频率相反，低频范围可以采用为每个间隔提供的概率值而被划分为相对较小的频率间隔。这可以提供底层本征模式的更广泛或模糊的表示，并且这在许多情况中可以提供更鲁棒的搜索。

在这样的实施例中，搜索器201可以取代针对每个峰形生成距离测量而确定可能性测量，该可能性测量指示源自对应于由单独峰形表示的房间的峰值签名的频率的可能性。

可以例如针对峰值签名的每个频率通过针对对应频率间隔提取概率值且随后倍乘所提取概率值来计算可能性值。估计器105可以继续使用如前所述的相同方案但是使用可能性测量替代距离测量。

因此，在一些实施例中，估计器105可以使用基于概率而不是基于距离度量的误差测量的搜索方案。在该情形中，数据库可以取代包括由对应于来自搜索空间的每个候选房间的本征频率集合所表示的峰形而包括由“概率向量”表示的峰形，概率向量对于K个频带的每个包含将在对应于该候选房间的房间的测量的房间响应中检测该频带内峰值的概率。这些概率可以再次主要基于对应于根据方程（1）的每个房间候选者的本征频率的集合。概率分布可以应用至本征频率，其可以包括例如与测量设置的频率分辨率相关的方面，由于理论房间模型（其可以是具有硬壁的空矩形箱盒）与真实房间情况（其可以不是严格的矩形并且包括所有种类的物体和一些吸收）之间小偏差引起的在房间的“理论”和显示生活本征频率之间的小差异。

从单独检测的峰值的概率，计算总概率，其提供了检测到的峰值对应于某一候选房间的可能性的指示。该总概率的计算可以将峰值概率视作独立的（暗示可以简单地倍乘单独的概率），或者可以考虑一些相互依赖性（例如在频率f下峰值的存在也增大了在频率倍数处检测到峰值的概率）。

该方案的特别优点在于，它可以提供不仅反映房间的总大小或体积而还允许估计单独尺寸并且特别地允许估计单个长度、宽度和高度的估计。

在以上具体示例中，估计器105具体地执行搜索以识别峰形的子集，并且可能地仅识别单个峰形。随后从所选的子集生成估计。然而，应该领会的是，执行搜索或选择子集并非是必要的。

例如，在一些实施例中，估计器105可以通过组合不同数据集合的房间尺寸数据而生成估计，其中单独房间尺寸数据的权重取决于对应的峰形多么紧密地匹配峰值签名。

具体地，估计器105可以针对每个峰形生成匹配指示。例如，先前描述的距离测量可以用作匹配指示。距离测量可以随后用于例如执行房间尺寸的加权平均。例如，可以通过对与峰形一起存储的所有宽度测量的取加权平均而生成房间的宽度的估计，其中由距离测量确定用于每个宽度的权重。典型地，权重可以是距离测量的非线性函数以使得高的距离测量将导致基本上为零的权重。

在一些实施例中，房间尺寸估计可以基于多个声学房间响应，并且具体地它可以基于针对声源和/或麦克风的不同位置测量的声学房间响应。例如，测试信号可以由扬声器再现，并且麦克风可以捕获具有由其所生成的声学房间响应的信号。麦克风（或扬声器）随后可以移动并且重复测量，导致新的声学房间响应。该方案可以有可能重复多次。

多个声学房间响应可以用于生成房间尺寸估计并且因此在一些阶段处在处理中包括用于不同声学房间响应的数据的组合。

在一些实施例中，该组合可以是取平均（低通滤波）。

该取平均可以例如已经通过对声学房间响应而执行，以生成平均的声学房间响应，其随后以与如前所述相同方式用于单个声学房间响应。因此，峰值检测可以应用至平均声学房间响应并且可以使用得到的峰值签名。

然而，在其他实施例中，取平均可以在处理的其他阶段处执行。例如，峰值检测可以单独地应用至每个声学房间响应以生成多个峰值签名。随后可以对这些中的每一个执行比较并且可以对比较的结果取平均。例如，可以对于每个峰值签名且对于每个峰形计算距离测量。得到的距离测量随后可以针对每个峰形取平均，并且匹配峰形可以被选择作为具有最低平均距离测量的峰形。

在一些实施例中，该取平均可以是针对不同声学房间响应确定的房间尺寸估计的平均。例如，如上所述用于单个声学房间响应的方案可以适用于多个声学房间响应的每一个声学房间响应。得到的房间尺寸估计可以随后取平均以生成输出估计。例如，所有长度估计可以被取平均以生成单个长度估计。

因此，在许多实施例中，估计可以有利地基于针对测量使用多个源位置和/或接收器位置的多个声学房间响应的测量。

在一些实施例中，组合可以包括通过包括来自多个声学房间响应的峰值而生成峰值签名。

如从方程（2）和（3）可见，每个房间的本征模式被激发的程度取决于声源的位置。类似地，由于每个本征模式而得到的声压取决于接收器位置。因此，源位置和听取位置的组合一起确定了房间的低频模式的哪个将在测量的房间响应中实际可见。针对一些组合，可能能够从单个测量检测所有相关模式，而针对其他将从单个测量检测仅几个峰值。

通过组合源自针对两个或更多个源位置和/或接收器位置从应用至声学房间响应的峰值检测的检测峰值，可以改进方法的结果。获得了双重改进。首先，通过组合来自多个源/接收器组合的峰值，可以获得更完整的峰值集合，因为一个位置将提供在另一位置处不可见的峰值，并且反之亦然。组合来自多个源/接收器位置组合的峰值将减少由于峰值的不完全集合适用于搜索算法而引起的错误识别的机会。其次，在多于一个源/接收器位置组合的响应中检测到的峰值可以认为比仅在一个响应中检测到的峰值更可靠。利用该点的方式是将如此包括发生在多个源/接收器位置组合中加倍的组合峰值的总集合馈送至搜索算法，其通过这样做有效地赋予多次检测到的峰值更多权重。

在原理上，不论使用多个源位置、多个接收器位置或者二者都是无关紧要的，因为源和接收器位置是可互换的（声学的互易原理）。

在一些实施例中，系统可以具有在固定位置处（例如集成在系统的某个主要单元中）的一个麦克风，以及具有多个扬声器。在该情形中，可以获得的响应的数目等于扬声器的数目。

在其他实施例中，麦克风可以集成至每个扬声器外壳中，并且可以在扬声器和麦克风的所有配对、或者所有这些配对的子集之间执行测量。针对具有N个扬声器的系统，总共有N(N+1)/2个配对，包括在相同外壳中具有扬声器和麦克风的那些系统。

尤其令人感兴趣的情况是什么时候源和/或接收器位于角落中。从方程（3）可见，在理论上，放置在角落中的源可以以最大强度激发所有房间模式。类似地，放置在角落中的麦克风将产生示出正由源激发所有模式频率的信号。这意味着如果使用情形允许源和/或接收器放置在角落中，这将使得非常完整的峰值集合能够仅从非常少的测量获得。在其中源和接收器均放置在角落（相同角落或不同角落）中的特殊情况中，单个测量在原理上将提供完整的本征频率集合。

在一些实施例中，估计器105可以被设置成对峰值集合的不同峰值不同地加权。例如，可以取决于峰值频率、或取决于用于峰值的幅度、或者基于由峰值检测所生成的可靠性测量而对峰值不同地加权。这可以例如通过依靠这些因素改变方程（4）的权重w₁来完成。

在一些实施例中，估计器105可以被设置成在执行比较时、诸如例如在确定距离测量时，不同地加权峰形的不同峰值。例如，可以取决于房间类型而不同地加权距离测量。这可以例如通过改变方程（4）的权重w₂来完成。

事实上，尽管方程（4）的距离测量在许多情况中生成了良好的估计而并未改变权重w₁和w₂（即其中w₁＝1且w₂＝1），可以通过采用改变的权重而在其他情况中显著改进结果。

改变权重w₁的效果是比其他峰值更强调一些检测的峰值。一个明智的选项是使得w₁作为频率的函数，随着权重减小而提高频率。这背后的基本原理是，因为本征频率的密度针对增大频率而增大，与较低峰值频率相比，较高的峰值频率是具体房间大小的更小特性。

权重w₂的效果在于针对来自对应于某一候选房间的集合的某些特征频率比其他频率给出更大的重要性。与w₁相同，这可以以类似方式作为频率的函数。另一可能性是使得w₂取决于模式的类型。

在三维房间中，存在三个不同类型的模式：轴向，切向和倾斜模式。轴向模式是其中压力变化沿着单个维度取向的模式，同时压力沿着其他两个维度是恒定的。切向模式在两个维度中具有压力变化，而倾斜模式包含所有三个维度。对房间中不同类型模式的分布以及在（建模或测量的）声学房间响应中它们的突起的分析揭示了轴向模式和低阶切向模式比倾斜或高阶切向模式更可能在声学房间响应中明显突出。因此，相比于对应于另一种模式类型，在测量的房间相应中检测的峰值更可能对应于轴向或低阶切向模式。这可以通过将不同权重w₂指派给不同类型模式解释，以使得轴向和低阶切向模式比其他模型类型具有更高机会被选择作为到检测到的峰值频率的最紧密匹配。

在一些实施例中，估计器105被设置成选择峰形集合的子集以响应于指示房间尺寸值的用户输入而使用。因此，可以选择候选房间/峰形的范围，并且仅将这些用在比较和搜索中。用户可以例如指示粗略尺寸，并且系统可以生成包括该尺寸的范围。在其他实施例中，用户可以直接指定用于可能的候选房间的例如长度、宽度和高度的范围。

在一些实施例中，可以有助于识别正确房间尺寸的外部信息可以由估计器105利用，并且尤其可以用于使得搜索更可靠。外部信息可以由“物理”数据构成，诸如扬声器和/或麦克风相对于彼此的已知位置、已知在某一范围内房间尺寸的一个或多个、诸如混响时间之类的房间声学参数等等。

外部信息可以在一些实施例中由“启发式”数据构成，诸如关于某一房间尺寸比率在现实生活中多么常见的统计。

外部信息可以用于选择峰形的子集，由此将候选房间大小的搜索空间减小至仅符合外部信息的那些。这将不仅减小错误识别的机会，而且也将加速搜索过程。

可替换地或此外，外部信息可以用于在源自搜索的匹配峰形之间进行区分。当找到对应于非常不同候选房间但是具有类似距离或可能性测量的峰形时，这可能是特别合适的。

包含外部信息将在其中测量峰值集合相当不完整的情况中（例如因为仅使用单个测量位置，或者测量位置使得在响应中仅存在几个峰值）特别有利，在该情况中可以发生房间大小的歧义。

已经执行模拟以评估该方案。在模拟中，使用根据方程（2）和（3）的模态分解模型而对声学房间响应和峰形建模。

已建模的房间具有7.4×4.2×2.8m的尺寸以及α＝0.3的吸收系数（对应于方程（2）中大约δ＝20）。图3图示了在房间中四个随机选择位置处已建模房间的声学房间响应。对应于房间的轴向和切向模式的本征频率由竖直线指示。运行简单的峰值检测算法返回由圆圈指示的峰值频率。如可以看到，四个模拟的响应的每个单独响应仅包括本征频率的全集的子集。然而，被检测的所有峰值属于集合，并且四个子集的确是部分地互补的。

检测到的峰值被输入到搜索算法，使用方程（4）的距离测量，其中权重w1和w2均静态设置为1并且搜索被限定于峰形，该峰形对应于用于前两个维度的2.5m至8m的尺寸以及用于第三维度在2和4m之间。针对峰形的步长在所有维度中被设置为0.1m。针对7.4×4.3×3.6m的几何结构找到总的最低距离测量，因此三个维度之中的两个精确至在0.1m内。然而，如果在第三维度上执行距离测量的平均，则针对前两个维度找到最低距离测量为7.4和4.2m。在第二维度上对距离测量取平均导致针对第一和第三维度的最低距离测量分别为7.4和2.8m。因此在该情形中，针对所有维度生成精确的估计。

该方案也已经通过实际试验进行了评估。在若干真实房间中已经获得了测量。作为示例，长7.4m和宽5.7m并且被配备家具以代表具有厚地毯和窗帘、抵靠墙壁的若干大橱柜、大餐桌和椅子以及许多其他大和小物体的典型客厅的房间用于测试该方案。

采用任意地分布在房间中的四个全频程扬声器执行测量。每个扬声器设有麦克风。在每个扬声器配对之间执行对数扫描测量以生成声学房间响应。图4图示了在采用高斯窗口温和平滑之后一个测量的房间响应的示例。从该平滑的响应检测峰值。检测的峰值在图4中由圆圈图示。此外由竖直线图示的是对应于真实房间几何结构的理论轴向和切向模式频率。可见看到，检测到的大多数峰值的确良好地对应于理论预期的本征频率。

检测到峰值频率被馈送至搜索算法，其将正确的房间尺寸返回至0.1m内的精确度（搜索算法中使用的步长）。针对其他房间获得类似的结果。

应该领会的是，以上说明书为了明晰已经参照不同功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，应该明显的是，可以不贬损本发明的情况下使用在不同功能电路、单元或处理器之间功能的任何合适分布。例如，图示由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同处理器或控制器执行。因此，对具体功能单元或电路的引用仅视作对用于提供所描述的功能而并非指示严格的逻辑或物理结构或组织的合适机制的引用。

本发明可以以任何合适的形式实现，包括硬件、软件、固件或其任意组合。本发明可以可选地至少部分地实现为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以以任何合适的方式物理地、功能地和逻辑地实现。事实上，功能可以在单个单元中、在多个单元中、或者作为其他功能单元的一部分实现。同样，本发明可以在单个单元中实现，或者可以物理地和功能地分布在不同的单元、电路和处理器之间。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明并非意在限于本文阐述的具体形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限制。此外，尽管特征可以看来结合特定实施例而描述，本领域技术人员将认识到所述实施例的各种特征可以根据本发明而组合。在权利要求中，术语包括并不排除其他元件或步骤的存在。

此外，尽管单独地列出，但是多个构件、元件、电路或方法步骤可以由例如单个电路、单元或处理器实现。此外，尽管单独的特征可以包括在不同权利要求中，这些可以有可能有利地组合，并且包括在不同权利要求中并未暗示特征的组合是不可行的和/或有利的。此外在一个权利要求类别中包括特征并非暗示针对该类别的限制，而是相反地指示特征等同地酌情适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中特征的顺序并非暗示其中特征必须按其工作的任何具体顺序，并且特别地在方法权利要求中各个步骤的顺序并非暗示这些步骤必须以该顺序执行。相反，步骤可以以任何合适的顺序而执行。此外，单数引用并非排除多个。因此对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并未排除多个。权利要求中附图标记仅提供作为阐明示例，不应构造为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于确定房间尺寸估计的设备，该设备包括

接收器（101），其用于提供声学房间响应；

峰值检测器（103），其用于在一定频率间隔中检测声学房间响应中峰值的集合，该频率间隔具有不超过400Hz的上限频率；

存储装置（107），其用于存储具有相关联的房间尺寸数据的峰形的集合；

估计器（105），其用于响应于相关联的房间尺寸数据以及峰值集合与峰形集合的比较而确定房间尺寸估计。

2.权利要求1的设备，其中估算器（105）包括：

搜索器（201），其用于从峰形的集合找到针对峰值的集合的至少一个匹配峰形；

提取器（203），其用于从存储装置提取与所述至少一个匹配峰形相关联的第一房间尺寸数据；以及

估计生成器（205），其用于响应于第一房间尺寸数据而确定房间尺寸估计。

3.权利要求2的设备，其中每个峰形包括峰值的频率的集合。

4.权利要求3的设备，其中搜索器（201）被设置成响应于峰值的集合与峰形的集合的频率的比较而确定针对每个峰形的距离测量；以及响应于距离测量而选择匹配峰形。

5.权利要求2的设备，其中每个峰形包括概率值的集合，每个概率值指示在频率间隔中测量的峰值的概率。

6.权利要求5的设备，其中搜索器（201）被设置成响应于峰形的概率值和峰值集合的频率而确定针对每个峰形的可能性测量；以及响应于可能性测量而选择匹配峰形。

7.权利要求1的设备，其中每个峰形包括计算用于房间的本征频率的集合，并且相关联的房间尺寸数据包括用于计算本征频率的房间尺寸的指示。

8.权利要求1的设备，其中用于至少一些峰形的相关联的房间尺寸包括至少一个一维值，并且估计器（105）被设置成生成房间尺寸估计以包括至少一个一维值。

9.权利要求1的设备，其中估计器（105）被设置成针对峰值的集合以及峰形集合的每个峰形生成匹配指示；以及通过相关联的房间尺寸数据的加权组合而生成尺寸估计；针对用于峰形的集合的第一峰形的相关联的房间尺寸数据的权重取决于针对第一峰形的匹配指示。

10.权利要求1的设备，其中针对至少一些峰形的相关联的房间尺寸包括对应于不同方向的多个一维值，并且估计器被设置成响应于在不处于方向子集中的至少一个方向上的峰形的匹配指示的平均而确定针对该方向子集的平均匹配指示；以及响应于平均的匹配指示而确定针对子集的方向的一维房间尺寸估计。

11.权利要求1的设备，其中接收器（101）被设置成接收对应于声音源和话筒中的至少一个的不同位置的多个声学房间响应；以及该设备被设置成针对所述多个声学房间响应执行组合。

12.权利要求11的设备，其中所述组合包括在对应于不同声学房间响应的峰值集合与峰形的集合之间的比较的平均以及与针对不同声学房间响应所确定的房间尺寸估计的平均的至少一个。

13.权利要求11的设备，其中所述组合包括通过包括来自所述多个声学房间响应中多于一个的声学房间响应的峰值而生成峰值的集合。

14.权利要求1的设备，其中估计器（105）被设置成在执行比较时不同地加权峰值集合的不同峰值与峰形的不同峰值中的至少一个。

15.一种确定房间尺寸估计的方法，该方法包括：

提供声学房间响应；

在一定频率间隔中检测声学房间响应中峰值的集合，该频率间隔具有不超过400Hz的上限频率；

提供具有相关联的房间尺寸数据的峰形的集合；以及

响应于相关联的房间尺寸数据以及峰值集合与峰形集合的比较而确定房间尺寸估计。