CN105247892A - 用于空间选择性音频播放的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是，得到一种第一音频信号在多个扬声器的声处理区域的第一区域中的清晰的分离。为了所述目的，计算器计算音频信号的通过空间选择性播放在第一区域中得出的内容，根据在所述区域处要与一个或多个其他的音频信号分离的音频信号的内容计算掩蔽阈值，并且根据掩蔽阈值与一个或多个其他的，即干扰的音频信号的比较影响用于空间选择性播放的音频信号到多个扬声器的输出端的输出。

Description

用于空间选择性音频播放的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种空间选择性音频播放，例如由不同的音频信号在位于不同位置的不同的听筒或听筒组上播放。
背景技术
将音频信号经由多个、典型地组织为阵列的扬声器播放是常规的方法。通过重复信号和通过个体的改型、例如通过通常也能用滤波描述的强加的幅值的改变和延迟来获得扬声器信号，能够有针对性地影响借助于扬声器放射的声场的形状，例如为了有针对性地对特定的区域进行声处理的目的。在下文中所述技术称作波束成形(beamforming)。通过对所有的信号产生个体的滤波的、在播放前以扬声器的方式叠加的扬声器信号的方式，也能够借助于所述技术同时播放具有不同的方向特性的多个音频信号。由此，能够实现空间选择性播放，在所述播放中借助于不同的信号对多个区域、所谓的“soundzones(声音区)”进行声处理，其中使声音播放彼此间或对其他区、应尽可能安静的所谓的“quietzones(安静区)”的相互影响最小化。
存在多种用于确定波束成形滤波器的算法。除了这些仅应用幅值权重和/或延迟的算法，还存在基于频率相关的滤波的方法。所述滤波通常基于优化技术并且能够实现期望的放射特性的灵活的预设，例如可选的放射方向或对在相应于上述“quietzones”的，能限定的区域中的放射的抑制。
尽管这种波束成形算法，空间选择性发出声音的效率、尤其对在声音区之间的可听见的干扰的抑制常常受到限制并且不允许可接受的质量。对此的主要原因是扬声器阵列的限制、在所使用的频域上获得期望的方向特性、播放空间的影响以及由于波束成形滤波器相对于扬声器的偏差、信号幅值等的限定的鲁棒性而产生的故障。由此，限定用于经由物理的和信号处理技术的措施的空间选择性播放的可能性。
发明内容
期望的是，得到一种用于空间选择性音频播放的设计方案，所述设计方案能够实现，在声处理区域的特定的区域处能够实现将设为用于所述区域的音频信号与一个或多个其他的叠加地播放的音频信号清晰地分离。
本发明的目的在于，提出这种设计方案。
所述目的通过所附的独立权利要求的主题来实现。
本发明的核心思想在于，能识别，在多个扬声器的声处理区域的第一区域中的第一音频信号的更好的分离能够通过下述方式实现，即计算通过音频信号在所述第一区域处的空间选择性播放得出的音频信号的版本，根据在该区域处要从一个或多个其他的音频信号分离的音频信号的版本计算掩蔽阈值，并且根据掩蔽阈值与一个或多个其他的、即进行干扰的音频信号的版本的比较来影响用于在多个扬声器的输出端处空间选择性播放的音频信号的输出。对所述第一区域中的音频信号的计算或估算也能够作为对所述第一区域中的声音传播的模拟来图解说明，并且用于执行所述模拟的元件因此能够作为计算器或模拟器图解说明。因此，能够借助于评估掩蔽阈值来改进在声处理区域的第一区域处通过空间选择性播放已经能够实现的音频信号的分离，其方式为：计算或模拟通过空间选择性播放得出的音频信号的版本。能够以不同的方式实现对用于避免或减小在声处理区域的第一区域处的掩蔽阈值“伤害”的空间选择性播放的影响，例如通过频率选择地减少在相应的模拟的其他音频信号超过掩蔽阈值的频域中各进行干扰的其他音频信号的方式实现。附加地或替选地，可能的是，增强在相应的频域处的实际感兴趣的音频信号。附加地或替选地，也可考虑的是，根据与掩蔽阈值比较来改变实际感兴趣的(第一)音频信号的、进行干扰的(第二)音频信号或这两个音频信号的波束成形。
附图说明
有利的设计方案是从属权利要求的主题。在下文中，参照附图详细阐述本申请的优选的实施例，其中：
图1示出用于空间选择性播放的设备的方框图；
图2示出用于图解说明图1中的适配器的可能的措施的草图；
图3示出用于图解说明图1的适配器的附加的或替选的措施的草图；
图4示出用于空间选择性播放的常规的设备的方框图；以及
图5示出图1的具有初始点的实施例的实施变型方案的方框图。
具体实施方式
图1示出根据一个实施例的用于空间选择性音频播放的设备。所述设备通常以附图标记10示出。设备10包括用于至少一个第一音频信号141和第二音频信号142的输入端12以及用于多个扬声器18的输出端16。设备10的波束成形处理器20一侧在输入端12并且另一侧在输出端16之间连接并构成，以便将用于空间选择性播放的第一和第二音频信号141和142经由输出端16输出给扬声器18。扬声器18能够对声处理区域22进行声处理，所述声处理区域例如是由扬声器在其所设置的扬声器位置处包围的或是扬声器指向的区域或者通常是至少由扬声器18中的一个扬声器进行声处理的区域。声处理区域能够是相对于扬声器18的虚拟扬声器位置的或理论扬声器位置的虚拟的空间，例如不具有进行反射的表面的虚拟的声处理区域或者是能够例如在壁等处具有反射效果的实际的声处理区域。
音频信号141和142在扬声器18处的“空间选择性”播放应意味着，音频信号不简单地以彼此相同的副本的形式以叠加的方式输出给扬声器18，而是所述音频信号如在本申请的说明书引言中描述的那样，借助于例如扬声器个体的延迟和/或幅值改变或通常借助于扬声器个体的滤波装置滤波地经由扬声器18输出，更确切地说，对于音频信号141和142以不同的方式输出，使得存在声处理区域的至少一个第一区域24，与第一音频信号141相比，由第二音频信号142更少地对第一区域进行声处理或完全不对第一区域进行声处理。也能够存在相反地表现的第二区域26，也就是说由于经由扬声器18空间选择性播放，与第二音频信号142相比，第一音频信号141更少地对所述区域26进行声处理或完全不对所述区域进行声处理。之后还指出的是，多于两个的叠加地播放的音频信号的并存是可能的。
最佳的前提条件能够是，在第一区域24处的第一音频信号141与其他的音频信号142分离至，使得听筒在所述区域24中不会听到其他的音频信号142。然而不幸的是，空间选择性经由通过扬声器18进行的播放进行限界，所述限界能够由实际存在的反射或简单地由扬声器18的位置分布的限定的整体扩展造成。在这种意义上，包含在设备10中的其他的元件用于改进“空间选择性”。在下文中再研究对此的细节。
然而首先还要简短提到的是，音频信号141和142能够在输入端12处以任意形式存在，例如以模拟的或数字的形式，以分开的或以m/s编码的形式或者以包括参数化的向下混合的形式，以未被压缩或被压缩的形式，在时域中或在频域中等。所述情况对于在输出端16的用于扬声器18的扬声器信号是类似的。用于扬声器18的扬声器个体的扬声器信号能够经由输出端16彼此分离地输出，以模拟的或数字的形式，以压缩的或未压缩的形式，以已经增强的、仅预先增强的或未增强的形式等输出。类似地可能的是，扬声器信号以压缩的形式以向下混合的方式，与空间线索(spatialcues)参数一起输出，例如以MPEG-环绕编码或SAOV编码的形式输出。波束成形处理器20例如最初完全彼此分开地处理到达的音频信号141和142，以便对于每个音频信号产生用于扬声器18的一组扬声器信号，使得用于相应的音频信号的每个扬声器信号经受特定的、对于相应的扬声器的相应的扬声器位置个体的滤波，例如延迟和/或幅值改变。在结束时例如才将每个信道或扬声器的这样从各个扬声器信号得到的扬声器信号组彼此叠加。在下面的附图中，也再次对其进行图解说明。
尽管区域24和可选的区域26在图1中示例地以圆形示出，也就是说作为不仅沿穿过扬声器18伸展的方向而且沿横向于其的方向限界的二维的区域示出，但是当然也应足够广义地理解术语“空间选择性”，以便仅表示“角度选择性”，在此范围内，在波束成形处理器20之内的音频信号个体的处理造成，音频信号141和142从扬声器18观察在不同的空间角区域中放射。这种角度选择性能够解释为对在扬声器设置的远场中的放射的影响。以距扬声器设置的小的间距(与扬声器设置的大小相比，即在几何结构的近场中)也可考虑对二维的区域中的放射的有针对性的改变。
如在下文中还将详细研究的，波束成形处理器20能够固定地对空间选择性播放进行设定或优化。换言之，波束成形处理器20的播放的空间选择性能够是恒定的。所述空间选择性能够事先针对区域24或区域24和26进行优化，也就是说如下进行：使得在区域24中仅第一音频信号141并且，如果提供，在区域26中仅第二音频信号142能由在相应的区域中的听筒听见。因此，所述优化限定前面提到的延迟、幅值改变和/或滤波器，例如FIR滤波器(有限长单位冲激响应滤波器)，对于各个信道或扬声器18和波束成形处理器20而言例如能够是硬接线的，或者然而固定地以软件或能编程的硬件实现，以便实现经由输出端16到扬声器18的空间选择性播放。当然，同样替选可能的是，波束成形处理器也在用于一个或多个音频信号141、142的扬声器个体的处理(延迟、幅值改变或滤波)方面是能设定的。一般而言，波束成形处理器20在其音频信号141、142在输出端16处的空间选择性播放方面是能设定或影响的，如在下文中还将详细描述那样。附加地或替选地，所述设定也能够通过单个的或所有的音频信号的音频信号个体的、然而对所有扬声器/信道起相同作用的、频率选择的改变/影响实现，如这同样在下文中还将进行描述的。这是波束成形处理器20的刚提到的、使用所述设备10的在下文中描述的部件的可影响性和可调节性，以便改进在区域24中的第一音频信号141与其他的音频信号142的分离。
除了至今为止所描述的部件，设备10还包括计算器28、掩蔽阈值计算器30和适配器32。计算器28同样与输入端12连接并且构成为，借助于用于音频信号141和142的传播模型分别计算相应的音频信号141或142的通过空间选择性播放在第一区域24中得出的版本，即音频信号141的在位置24处播放的版本341，并且同样地计算音频信号142在位置24处播放的版本342。掩蔽阈值计算器30得到版本341并且构成为，用于根据所述版本计算掩蔽阈值36，并且适配器32得到其他的音频信号的版本342并且可选地在必要时还得到第一音频信号141的版本341并且构成为，用于根据掩蔽阈值36与第二音频信号342的版本的比较来影响用于空间选择性播放的第一和第二音频信号的经由输出端16到扬声器18的输出，其方式为：适配器32适当地、如通过箭头38表明地那样控制波束成形处理器20。换言之，适配器32的输出端与波束成形处理器20的控制输入端连接。
计算器28、掩蔽阈值计算器30和适配器32能够分别以软件、能编程的硬件或在硬件中实现。计算器28例如能够使用传播模型，所述传播模型也能够用于对波束成形处理器20之内的音频信号141、142的内部的、信道/扬声器个体的处理进行优化。计算器28计算或估算例如在下文中还将详细描述的、在位置24处通过第一音频信号141和第二音频信号142产生的声音事件。所述计算器为了计算能够考虑或使用例如对波束成形处理器20之内的音频信号141、142的信道/扬声器个体的处理和扬声器18的位置和可选地考虑或使用其他参数，例如扬声器18的定向和/或放射特性。计算器28计算并且必要时与频率相关地、即对于不同的频率计算例如以声压、幅值等测量的或表现的声音事件。在波束成形处理器20的信道/扬声器个体的处理是恒定/固定的情况下，计算器28能够以恒定/固定的方式和方法实施模拟。因此，对处理器20的信道/扬声器个体的处理的适配或考虑基于传播模型的适合的设计，计算器28为了计算版本341、342使用所述传播模型。因此，传播模型同样能够考虑刚才提到的参数。计算器28还能够以任意形式输出版本341和342，即模拟地或数字地，压缩地或未压缩地，在时域中或在频域中或以类似方式输出。
掩蔽阈值计算器30根据版本341，即音频信号141在位置24处可听见的版本来计算掩蔽阈值。如通过虚线的箭头40表明的那样，除了版本341，掩蔽阈值计算器也能够使用用于掩蔽阈值计算的背景音频信号(例如噪音或行驶噪音)。计算考虑时间上的和/或频谱上的听觉掩蔽效应。由此，计算出的掩蔽阈值根据频率给出，音频信号141在位置24处的版本341能够以何种程度使得通过掩蔽其他的音频信号的方式使其他的音频信号对于在位置24处的听筒是不可听见的。掩蔽阈值计算器30例如能够构成为，使得所述掩蔽阈值计算器以随着频率增长越来越粗的频率分辨率来确定或计算掩蔽阈值，即其中频带随着频率的增长越来越宽，例如以Bark频率分辨率来确定或计算掩蔽阈值。
适配器32将掩蔽阈值36与第二音频信号142的版本342进行比较，并且以这种方式例如确定，第二音频信号142对于在位置24处的人员是否是可听见的，即第二音频信号在任意频率是否超过掩蔽阈值。当超过时，适配器32采取对策并且适当地操控波束成形处理器20。在上文中已经表明用于这种控制的多个示例。参照下面的附图再次对此进行说明。
图2例如在图表中示出在频率f上以虚拟的、测量听觉强度的标度绘制的掩蔽阈值36、版本341和版本342。示例地图解示出频域42，在所述频域中当前进行干扰的音频信号142或在位置24处根据模拟得出的版本342超过掩蔽阈值36。现在，可能的对策在于，适配器32操控波束成形处理器20，使得在所述频域42中如借助于箭头44表明的那样减少第二音频信号342。附加地或替选地，适配器32能够操控波束成形处理器20，使得在所述频域42中(或超出所述频域42必要时甚至与频率无关地)如用箭头46表明那样增强第一音频信号141。优选实行降低44和/或增强46，使得增强/降低的程度不具有在时间和/或频率方面的不连贯的突变。使降低和/或增强的程度或值例如在时间上和/或频谱上变得平滑。
适配器32相对于在位置24处的版本342的可听度的至今为止参照图2阐述的可能的措施涉及在空间选择性的范围中的整体的措施或信道/扬声器整体的或对于信道/扬声器18起相同作用的措施。稍后示出的是，波束成形处理器20例如预先在相应的涉及的音频信号141或142上执行增强46和/或降低44并且接着才执行用于空间选择性播放的同样地预先处理的音频信号的信道/扬声器个体的处理。附加地或替选地，如在上文中已经表明的，适配器32能够构成为，根据前面提及的与掩蔽阈值36的比较来改变波束成形本身。为了对此进行图解说明，参照图3。
图3示出，波束成形处理器20例如能够具有用于音频信号141和142的信道/扬声器个体的波束成形处理的多个选项或模式，所述不同的模式在此示例地用481-48N示出。其中一个(例如根据481的波束成形处理)例如能够是用于空间选择性播放的根据一定的标准进行的最优的处理，即必要时在位置和频率方面引起音频信号142或342在位置24处的最好的抑制。然而，其他的模式242-48N必要时能够引起根据其他的或不同地加权的标准的类似地良好的分离或者甚至引起同样良好的或甚至最优的分离。所有模式481-48N例如能够具有在对于不同的频域的抑制的质量方面的差别并且在此情况下适配器32例如能够根据与掩蔽阈值36的比较和存在掩蔽阈值36的损害的区间42的位置改变当前选择的信道/扬声器个体的处理模式或者从一种模式变换为另一种模式，其中在图3中箭头50例如应显示对当前选定的模式481-48N的选择，并且双箭头52应显示所述从波束成形处理器20当前使用的模式到其他的与掩蔽阈值36的前面提及的比较相关的模式的变化。从一个模式到另一个模式的变化能够在波束成形处理器20中伴随着在以前一模式和以新的模式得到的扬声器信号之间的扬声器/信道个体的衰减。
因此，通过计算器28、掩蔽阈值30和适配器32，图1的设备10能够相对于恒定的、为此优化的波束成形分离改进其他的音频信号142在扬声器设置18的声处理区域的位置24处的抑制。不同的措施是可能的，以便避免第一音频信号和/或第二音频信号在位置24和/或位置26处由于掩蔽阈值控制的改型而发生的可能的恶化。例如，如在上文中已经提到的，增强46和/或降低44的程度不仅在其绝对的表现的方面，即增强46的程度和/或降低44的程度的方面受限制，然而也在所述表现在时间上和/或频率上的变化方面受限制。在应用根据图3的可能性的情况下，例如能够使用叠化或衰减，以便从一个模式变化为其他的模式。在所述情况下值得指出的是，必要时除了由于用于在波束成形处理器20中空间选择性播放的处理而产生的处理延迟以外还能够设有延迟，以便进行对处理延迟的处理延迟适配，所述处理延迟适配通过在计算器28、掩蔽阈值计算器30和适配器32中的一系列的处理来引起。以这种方式可能的是，将适配器32实行的适配在正确的时间或在时间上同步地应用到音频信号141和142上，从中得到用于适配的控制数据。在波束成形处理器20的路径中相对于在沿着计算器28、掩蔽阈值计算器30和适配器32的路径中的处理的这种附加的延迟也能够用于，使在不同的波束成形模式481-48N之间的之前提到的衰减转变或叠化。
在后续还将描述用于空间选择性播放的设备的另一具体的设计方案之前，为了描述元件的在上文中已经提到的可能的实施方案，还应指出的是，在根据图3的模式切换情况下必要时也能够连续地改变信道/扬声器个体的处理，其方式为：通过改型52不是不连续地更改相应的参数，而是会连续地更改相应的参数。如所述，例如在针对各信道/扬声器单独的处理48中，存在针对至少音频信号482的、然而必要时也是针对两个音频信号141和142的信道/扬声器的一组延迟和/或针对FIR滤波器的幅值变化或滤波系数。
最后还要指出的是，能够设有多于仅两个音频信号141和142。这借助于在图1中的虚线的箭头54表明。上文的描述能容易地应用在这种情况下。例如可能如音频信号142那样处理附加的音频信号54，即作为音频信号，其在位置24处的播放对于在所述位置24的听筒而言应不能被听见。
再次换种表达方式，即上述实施例能够实现通过参考心理声学效应来改进关于空间的播放所感知到的质量。在此充分利用的是，音频信号能够妨碍其他的、更小声的信号的分量的可听度。所述效应称作掩蔽。这例如在具有损耗的音频编码中具有重要作用。在心理声学中，在时域和频域中的掩蔽之间进行区分。在时域中的掩蔽的情况下，大声的信号，所谓的掩蔽器掩蔽其他的在所述声音事件之后不久或也在所述声音事件之前狭窄的边界内出现的分量。在频域中的掩蔽的情况下，通过具有特定频率的信号分量掩蔽具有类似的频率和更小的幅值的其他分量。至其出现掩蔽的阈值与掩蔽器的频率和绝对的电平和在掩蔽器的频率与其他信号之间的间距相关。掩蔽阈值进而是否掩蔽信号分量的决定能够经由心理声学的模型确定。掩蔽阈值计算器30能够使用这种心理声学的模型。
如在上文中已经预示的，在下文中描述用于图1的实施例的可能的实施方案。此外，技术的细节应个体地传递到图1的各个元件上。然而在参照图5描述所述实施方案之前，参照图4描述用于空间选择性播放的基本设置，然后根据上述实施例借助于图5的实施方案改进所述基本设置。图4示出，两个音频信号S1(t)和S2(t)如何经由两个波束成形滤波器组601和602处理由扬声器18组成的扬声器阵列和求和级62(Summationsstufe)，使得播放在区域Z1和Z2中的所述信号，即主要在区域Z1中的音频信号S1(t)和主要在区域Z2中音频信号S2(t)。然而由于设置的物理的限制，理想的分离是不可能的，如这已经在上文中描述的。分量601/、02和62形成简单的波束成形处理器64，所述波束成形处理器例如恒定地工作并且是优化的，以便执行前面提到的分离。波束成形器601调入波束成形的进入的音频信号S1(t)，以便产生用于所述信号的一组扬声器信号，并且波束成形器602对第二音频信号S2(t)做出同样的操作。两个波束成形器601、2将其扬声器信号组输出到相加器62，相同的扬声器信号以信道/扬声器个体的方式相加并且输送给扬声器18。
图5现在示出，能够如何改进根据图1的实施例的图4的设置。图5的设备借助于10示出并且此外采用图1的附图标记，以便示出彼此在功能方面与图1相应的部件。如能看到的那样，图5的波束成形处理器20相对于图4的初始点示例地仅通过将电平适配器66插入到进行干扰的音频信号S2的信号路径中来改型，在此示例地在波束成形器602的输入端侧上，尽管对于所有信道/扬声器18起相同作用的电平适配通过电平适配器66是同样可能的。通过适配器32控制电平适配器66，以便执行在上文中参照图2图解说明的降低44。图5还示出在图1中对于音频信号中的一个执行的与其他音频信号的信号分离也能够用于多于一个音频信号。在此情况下，计算器28通过对应于波束成形器601和602的波束成形的相应的传播模型，为两个音频信号60S1和S2模拟在两个位置，即位置Z1和Z2处的相应的可听见的版本。因此，在图5中示出传播模型应用器681，所述传播模型应用器将相应的传播模型应用于音频信号S1，以及示出传播模型应用器682，其对于音频信号S2进行相同的操作。对于相应的版本，为所述相应的版本在相应的位置中设有相应的音频信号，即音频信号S2在位置Z2处的可听见的版本和信号S1在位置Z1处的可听见的版本，掩蔽阈值计算器30分别执行掩蔽阈值计算并且将结果，即用于位置Z1和Z2的相应的掩蔽阈值，即通过音频信号S1在位置Z1处的掩蔽或通过音频信号S2在位置Z2处的掩蔽转发给控制数据适配装置或适配器32，所述适配器此外保留各进行干扰的听觉版本，即信号S2在位置Z1处的可听见的版本和信号S1在位置Z2处的可听见的版本。
为了改进相对于图4的情况，在根据图5的设备中确定信号S2在区域Z1中的可听度的掩蔽阈值。对此，首先在区域Z1中确定由信号S1(t)和S2(t)产生的信号，例如在频域中的幅度。为此，计算或应用传播模型，所述传播模型包含扬声器18的扬声器阵列的传递函数。信号表示为S1(t，Z1)和S2(t，Z2)。如在心理声学的模型中，用于信号S2(t，Z1)的可听度的掩蔽阈值通过使用掩蔽器S1(t，Z1)来确定。根据所述阈值，在一个分量中(对于特定的频域)确定用于音频信号S1(t)的幅度的变化值。在此，除了掩蔽阈值以外能够考虑其他的在心理声学方面进行说明的参数，例如信号S1(t)的最大允许的变化，以便限定通过适配器32进行的适配对S1(t)在Z1中的播放的影响。可选地，也限定幅度变化的时间曲线分布，以便避免突变的、潜在地进行干扰的变化。所述时间上的控制的参数也能够通过心理声学的参数来确定。
相同的算法如其刚才描述的那样能够同时地用于，将S1(t)对S2(t)在区域Z2中的播放的影响最小化，如通过在图5中的事实指明的，也实施用于计算在位置Z2处的可听见的版本的模拟以及在所述位置处的掩蔽阈值的计算，尽管在图5中刚才的计算也能够略去。与此相应地，在图5中电平适配器也能够插入音频信号S1的信号路径中，所述电平适配器通过适配器32基于用于位置Z2的掩蔽阈值与在位置Z2处的进行干扰的音频信号S1的比较来控制。因为适配器32知道所有比较的结果，即在Z2中的掩蔽阈值与在位置Z2处的S1的比较的结果和在Z1中的掩蔽阈值与在位置Z1处的S2的比较的结果，适配器能够据此对于所有的位置或区域Z1/2，计算各起干扰作用的信号，即在Z1中的S2和在Z2中的S1对根据期望的信号，即在Z2中的S2和在Z1中的S1的影响的减小。为此可能的是，适配器32必须进行妥协，因为在各个区域中的干扰需要在其他区域中意味着恶化的措施。所述妥协能够通过适配器32在所述区域和所属的根据期望的信号的情况下保持优先级的方式而受影响，使得与较低优先级的信号相比，较高优先级的信号的负面影响在其相应的目的地处通过具有更高优先级的其他信号实现。
当然，音频信号的数量能够超过如在上文的实施例中的两个音频信号的数量，也能够为更多。
因此在图5中示出设计方案或算法的信号流，使得从信号S1(t)和S2(t)中借助于声学的传播模型确定声学的事件，例如在区域Z1中的声压、幅度等。所述传播模型通常是频率的函数并且产生数值的离散的量，所述量分别与频率相关联。在最简单的情况下，波束成形器601的传递函数在一个点、例如在区域Z1的中央用作为传播模型。然而也能够使用其他模型，例如关于幅度传递函数对Z1中的点网格(Punktraster)的加权的平均值。传播模型的核心特性是，所述传播模型将输入信号S1(t)转换成描述由所述信号引起的到区域Z1中的声音进入的强度的值，更确切地说对于每个所观察的频带如此。音频频域到频带的划分能够不同地进行，然而有意义的是针对心理声学的特性的划分，例如恒定Q(Constant-Q)或Bark标度(Bark-Skala)。心理声学的模型的初始值例如能够以较小的频率作为音频采样率输出。这例如能够通过子采样或经由形成滑动平均值例如借助于抽取(Dezimation)进行。在图5的实施例中，掩蔽阈值计算器的初始值还是原始的控制数据，所述控制数据描述在各个频带中的期望的电平变化。所述数据也经由频带的网格定义并且通常以比音频采样率更小的形式存在。原始的控制数据在适配器中进行再处理。在所述模块中，可选地能够预设用于各个频域的电平变化的上限和下限。另一方面，变化的时间的曲线分布能够被适配，例如通过电平变化的延迟和平滑。
适配器的已适配的控制信号在电平适配器中被用于，将信号S1(t)在波束成形器602中用扬声器专用的波束成形滤波器进行滤波之前以频带的方式在电平方面进行适配。因此，电平适配器66用作为多频带均衡器。结合适配器的时间上的动力学，得到类似于多频带压缩机的功能，或通常实现多频带动力学影响，其中然而与正常的应用相反，所述单元在此将另一信号用于控制增强值。
如在图5中示出的，也能够以相同的方式适应性地改变信号S2(t)，以便降低在区域Z1中的S2(t)的干涉。由此也可能的是，同时减少串扰。所述可能性与图5的细节无关地存在，当然通常对于图1的实施例也存在所述可能性。
可选地，除了上述实施例，能够附加地使用用于环境噪音的，例如通常背景噪音电平、在汽车应用中的内部空间噪音等的参考信号40。所述信号40能够用作为用于掩蔽阈值计算的附加的输入，如在上文中所描述的那样。在此，参考信号40优选是在“声处理区域”24或26或Z1在Z2中的环境噪音信号的测量值或有意义的估计值。
此外可能的是，在一个(或多个)区域中，代替信号的不受干扰的播放仅实现来自其他声源的串扰的降低。
因此，上述实施例描述用于借助于扬声器阵列通过心理声学的环境效应的空间选择性播放的或音频信号的经由例如能够设置为阵列的多个扬声器的空间上播放的设计方案。尤其描述的是，不同的音频信号能够如何在不同的空间区域中放射，使得相互的影响最小化或明显地降低。在一些实施例中，这通过波束成形算法与心理声学的模型的组合引起，所述心理声学的模型改变音频信号，使得干扰信号的可听度通过心理声学的通过有效信号进行的掩蔽降低。
尽管某些方面通过结合设备进行描述，易于理解的是，这些方面也是相应的方法的描述，使得设备的区块或器件也理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似于此，结合方法步骤或作为方法步骤描述的方面也是对相应的设备的相应的细节或特征或区块的描述。方法步骤中的一些或全部方法步骤能够通过硬件设备(或通过应用硬件设备)例如微处理器、可编程的计算机或电子电路来执行。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或多个方法步骤能够通过这种设备实现。
根据特定的实施要求能够将本发明的实施例以硬件或以软件来实现。所述实施方案能够通过应用数字的存储介质，例如软盘、DVD、蓝光碟、CD、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦写可编程只读存储器)、EFPROM(电可擦除可编程只读存储器)或闪存、硬盘或其他磁性的或光学的存储器实施，在所述存储介质上存储有电子可读的控制信号，所述控制信号能够与能编程的计算机系统共同作用或共同作用，使得执行相应的方法。因此，数字的存储介质能够是计算机可读的。
因此，根据本发明的一些实施例包括具有电子可读的控制信号的数据载体，所述控制信号能够与可编程的计算机系统共同作用，使得执行在此描述的方法中的一个。
通常，本发明的实施例能够实施为具有程序代码的计算机程序产品，其中程序代码是有效的，以用于当计算机程序产品在计算机上运行时，执行方法中的一个。
程序代码例如也能够存储在机器可读的载体上。
其他实施例包括用于执行在此所描述的方法的计算机程序，其中计算机程序存储在机器可读的载体上。
换言之，根据本发明的方法的实施例由此是计算机程序，所述计算机程序具有用于当计算机程序在计算机上运行时，执行在此所描述的方法中的一个的程序代码。
由此，本发明的方法的另一实施例是数据载体(或数字的存储介质或计算机可读的介质)，在所述数据载体上记录用于执行在此所描述的方法中的一个的计算机程序。
由此，根据本发明的方法的另一实施例是数据流或信号的序列，所述数据流或信号的序列表示用于执行在此所描述的方法中的一个的计算机程序。数据流或信号的序列例如能够配置为，用于经由数据通信连接、例如经由互联网传送。
另一实施例包括处理装置，例如计算机或可编程的逻辑器件，所述处理装置配置或调整为，用于执行在此所描述的方法中的一个。
另一实施例包括计算机，在所述计算机上安装用于执行在此所描述的方法中的一个的计算机程序。
根据本发明的另一实施例包括设备或系统，所述设备或系统设计为，用于将用于执行在此所描述的方法中的一个的计算机程序传输到接收器。传输例如能够电子地或光学地进行。接收器例如能够是计算机、移动设备、存储设备或类似的设备。设备或系统例如能够包括用于将计算机程序传输到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程的逻辑器件(例如现场可编程门阵列、FPGA)能够用于，执行在此所描述的方法的一些或所有功能。在一些实施例中，现场可编门阵列能够与微处理器共同作用，以便执行在此所描述的方法中的一个。通常，在一些实施例中，在任意硬件设备方面执行方法。所述硬件设备能够是能普遍适用的硬件如计算机处理器(CPU)或对于方法专用的硬件如ASIC。
上述实施例仅是对本发明的原理的说明。不言而喻地，其他本领域技术人员受到在此所描述的设置方式和细节的改型和变型的启发。因此旨在，本发明仅受下述权利要求的保护范围的限制并且不受根据对实施例的阐述和描述在此呈现的细节的限制。

Claims (14)

1.一种用于空间选择性音频播放的设备，所述设备具有：
用于第一和第二音频信号(141，142)的输入端(12)；
用于多个扬声器(18)的输出端(16)；
波束成形处理器(20)，所述波束成形处理器一侧在所述输入端(12)并且另一侧在所述输出端(16)之间连接并且构成为，用于将所述第一和第二音频信号(141，142)经由所述输出端输出给所述扬声器(18)以进行空间选择性播放；
计算器(28)，所述计算器构成为，用于借助于用于所述第一和第二音频信号(141，142)的传播模型分别计算相应的所述音频信号通过空间选择性播放在所述扬声器(18)的声处理区域(22)的第一区域(24)中得出的版本(341，342)；
掩蔽阈值计算器(30)，所述掩蔽阈值计算器构成为，用于根据所述第一音频信号(141)的版本(341)计算掩蔽阈值(36)；以及
适配器(32)，所述适配器构成为，用于根据所述掩蔽阈值(36)与所述第二音频信号(142)的版本(342)的比较来影响用于空间选择性播放的所述第一和第二音频信号(141，142)经由所述输出端(16)到所述扬声器(18)的输出。
2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还具有多个扬声器(18)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述波束成形处理器(20)构成为，用于实施在所述第二音频信号(142)处的波束成形(602)，用于获得第一多个的扬声器信号，并且将从所述第二音频信号中获得的扬声器信号经由所述输出端(16)施加到所述扬声器(18)上。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述波束成形处理器构成为，对所述第一音频信号(141)进行波束成形(601)，以便获得第二多个的扬声器信号，并且所述第二多个的扬声器信号通过与所述第一多个的扬声器信号叠加(62)经由所述输出端(16)施加到所述扬声器(18)上。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述波束成形处理器(26)构成为，用于为了在所述声处理区域(22)的不同的区域(24，26)中的空间选择性播放——不同地实施在所述第一和第二音频信号处的波束成形(601，602)，使得对于所述音频信号中的一个音频信号的每个区域示出理论信号，而各其他的音频信号在相应的区域中是干扰信号。
6.根据权利要求5所述的设备，其中
所述计算器(28)构成为，用于借助于所述传播模型为每个音频信号并且为每个不同的区域分别计算相应的所述音频信号的通过在所述扬声器(18)的所述声处理区域(22)的相应的区域中的空间选择性播放得出的版本；
所述掩蔽阈值计算器(30)构成为，用于根据下述音频信号的通过所述扬声器(18)的所述声处理区域(22)的相应的区域中的空间选择性播放得出的版本为所述声处理区域的每个区域计算掩蔽阈值(36)，该音频信号代表针对相应的区域的理论信号；以及
适配器(32)构成为，用于根据用于每个所述区域的所述掩蔽阈值(36)与从在相应的区域中是干扰信号的音频信号的版本(342)中得出的干扰的比较来影响用于空间选择性播放的所述音频信号经由所述输出端(16)到所述扬声器(18)的输出。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述音频信号的数量大于两个。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述掩蔽阈值计算器(30)构成为，用于在根据所述第一音频信号(141)的版本(341)计算所述掩蔽阈值时考虑背景音频信号。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述适配器(32)构成为，用于操控所述波束成形处理器(20)，使得在所述第二音频信号(142)的版本(342)超出所述掩蔽阈值的频域中，在空间选择性播放时整体地降低所述第二音频信号(142)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述适配器(32)构成为，用于操控所述波束成形处理器(20)，使得在所述第二音频信号(142)的版本(342)超过所述掩蔽阈值的频域中，在空间选择性播放时整体地加强所述第一音频信号(141)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述波束成形处理器(20)构成为，用于通过在至少所述第二音频信号(142)处进行波束成形来实现用于空间选择性播放的所述第一和第二音频信号(141，142)到所述输出端的输出，其中所述适配器(32)构成为，用于根据所述比较改变波束成形。
12.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述适配器(32)构成为，用于对所述第一和第二音频信号(141，142)的输出的变化在所述变化的绝对的表现的方面和/或在表现的变化率方面进行限定。
13.一种用于借助于在用于第一和第二音频信号(141，142)的输入端(12)和用于多个扬声器(18)的输出端(16)之间连接的波束成形处理器(20)进行空间选择性音频播放的方法，所述方法构成为，用于将用于空间选择性音频播放的所述第一和第二音频信号(141，142)经由所述输出端(16)输出给所述扬声器(18)，所述方法具有下述步骤：
借助于用于所述第一和第二音频信号(141，142)的传播模型分别计算相应的音频信号的通过空间选择性播放在所述扬声器(18)的声处理开关(22)的第一区域(24)中得出的版本(341，342)；
根据所述第一音频信号(14)的版本(341)，计算掩蔽阈值(36)；以及
根据所述掩蔽阈值(36)与所述第二音频信号(142)的版本(342)的比较来影响用于空间选择性播放的所述第一和第二音频信号(141，142)经由所述输出端(16)到所述扬声器(18)上的输出。
14.一种计算机程序，所述计算机程序具有用于当程序在计算机上运行时，执行根据权利要求13所述的方法的程序代码。
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