CN106605415B

CN106605415B - 用于向上发射驱动器的有源和无源虚拟高度滤波器系统

Info

Publication number: CN106605415B
Application number: CN201580029352.2A
Authority: CN
Inventors: M·斯密热尔斯; B·G·克罗克特; A·J·泽费尔特; C·P·布朗
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: EP3152919B1; US20170208392A1; EP3152919A1; WO2015187715A1; CN106605415A; JP2017520989A; US10595128B2; JP6381679B2; US10313793B2; US20190289397A1

Abstract

实施例针对用于与向上发射扬声器系统一起使用或者用在向上发射扬声器系统中的虚拟高度滤波器，所述向上发射扬声器系统使声音反射离开天花板到达离扬声器一距离处的收听位置，并且提供再现具有头顶音频分量的音频对象的高度线索。基于方向听觉模型的虚拟高度滤波器被应用于向上发射驱动器信号以改进对于由虚拟高度扬声器传送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。虚拟高度滤波器由以下中的任何一个或组合提供：模拟或数字滤波器电路、或者包括扬声器托架、外壳的机械结构、或者驱动器设计或配置。

Description

用于向上发射驱动器的有源和无源虚拟高度滤波器系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年6月3日提交的美国临时专利申请No.62/007,354和2015年5月19日提交的美国临时专利申请No.62/163,502的优先权，这些专利申请中的每一个特此通过对其整体引用而并入。

技术领域

一个或多个实现总体上涉及音频扬声器，并且更涉及向上发射扬声器以及用于为生成反射信号的向上发射扬声器提供虚拟高度滤波的有源高度滤波器电路和无源扬声器托架配置。

背景技术

数字影院的出现已为影院声音创建了新的标准，诸如并入多个音频声道来允许内容创建者的更大创意和听众的更具包围性及逼真的听觉体验。作为用于分配空间音频内容并且在不同的回放配置中进行渲染的手段，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声道的音频。声音在真实三维(3D)或虚拟3D环境中的回放已变为研究和开发增加的领域。声音的空间呈现利用音频对象，这些音频对象是具有表观源位置(例如，3D坐标)、表观源宽度和其它参数的相关联的参数化源描述的音频信号。基于对象的音频可以用于许多多媒体应用，诸如数字电影、视频游戏、模拟器，并且在家庭环境中特别重要，在家庭环境中，扬声器的数量及其放置一般受到相对小的收听环境的边界的限制或约束。

各种技术已被开发以在完全的影院环境和较小规模的家庭环境这两种环境中对于音轨来更精确地捕捉和再现创建者的艺术意图。在系统中体现的下一代空间音频(也被称为“自适应音频”)格式已被开发，该格式包括音频对象和传统的基于声道的扬声器馈给、连同音频对象的位置元数据的混合。在空间音频解码器中，声道直接发送到它们的相关联的扬声器，或者下混到现有的扬声器组，并且音频对象由解码器以灵活的方式渲染。与每个对象相关联的参数化源描述(诸如3D空间中的位置轨迹)连同连接到解码器的扬声器的数量和位置一起被当作输入。渲染器利用某些算法来在附连的一组扬声器上分配与每个对象相关联的音频。每个对象的创作的空间意图因此通过存在于收听环境中的特定的扬声器配置最佳地呈现。

当前的空间音频系统提供前所未有的听众沉浸程度以及最高精度的音频位置和运动。然而，因为它们一般是针对影院使用而开发的，所以它们涉及大房间中的部署以及相对昂贵的设备(包括围绕剧院分布的多个扬声器的阵列)的使用。然而，越来越多量的先进音频内容通过流传输技术和先进媒体技术(诸如，蓝光盘等)被使得在家庭环境中能够回放。为了最佳地回放空间音频(例如，Dolby Atmos)内容，家庭收听环境应包括可以复制意图来源于三维空间中收听者上方的音频的扬声器。为了实现这一点，消费者可以在传统的二维环绕系统上方的推荐位置中在天花板上安装附加的扬声器，并且一些家庭剧院爱好者有可能欣然接受该方法。然而，对于许多消费者，这样的高度扬声器可能是负担不起的，或者可能造成安装困难。在这种情况下，如果头顶声音对象仅通过地板或墙壁安装的扬声器播放，则高度信息丢失。

为了促进自适应音频内容在家庭环境中的回放，已作出努力来用如下的扬声器代替高度或天花板扬声器：这些扬声器被向上定向以使声音反射离开表面(通常是天花板)，使得意在来源于高度位置的声音通过弹离天花板的反射来这样做。为了提供精确的声音渲染，这样的扬声器系统必须提供某种滤波来补偿通过同一个扬声器播放的直接声音分量和反射声音分量。当前的解决方案提供对传送到扬声器的信号进行电滤波或数字滤波的电路，其中，滤波器对直接通过收听环境行进到达收听者的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开表面的声音中的高度线索(cue)。这样的滤波器一般可以被称为“耳廓滤波器”。耳廓滤波器的实际的电实现通常需要大量的电部件，诸如电容器、电感器和电阻器。根据滤波器和扬声器设计，这些部件的成本可能多于扩音器驱动器本身的成本。而且，耳廓滤波器的数字滤波器实现不总是可行的，而是取决于渲染系统或家庭剧院系统的能力。已开发的其它解决方案包括修改扬声器驱动器本身以具有接近期望的耳廓滤波器响应的频率响应。

因此，需要一种使得落地和书架扬声器能够复制音频犹如声源来源于天花板的扬声器设计。进一步需要一种在没有现有的消费者家庭剧院占用空间的昂贵安装或更改的情况下提供完全包围的三维音频的家庭音频扬声器系统。

进一步需要一种使用简单的扬声器部件对向上发射扬声器提供适当的耳廓滤波器响应的家庭音频扬声器系统。

背景部分中所讨论的主题不应仅仅因为其在背景部分中的提及而被想当然地认为是现有技术。类似地，背景部分中所提及的或者与背景部分的主题相关联的问题不应被想当然地认为以前已在现有技术中被认识到。背景部分中的主题仅仅表示不同的方法，这些方法内部及其本身也可以是发明。Dolby和Atmos是杜比实验室许可公司的注册商标。

发明内容

对于用于传送要被反射离开收听环境的表面的声波的扬声器系统描述了实施例，该扬声器系统包括：向上发射驱动器，其以相对于水平轴的定义的倾角定向，直接发射驱动器沿着水平轴将声音传送通过收听环境；外壳，其封装向上发射驱动器；以及被配置为对于声波给予频率响应的一个或多个部件，所述频率响应强调对于收听环境中的收听者的虚拟高度的感知。所述一个或多个部件包括虚拟高度滤波器电路，该虚拟高度滤波器电路将频率响应曲线应用于传送到向上发射驱动器的信号以创建目标传递曲线。该虚拟高度滤波器对存在于直接传送通过收听环境的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开收听环境的表面的声音中的高度线索。该虚拟高度滤波器可以包括有源系统，该有源系统包括模拟滤波器电路和数字滤波器电路中的至少一个，并且该数字滤波器电路可以包括数字信号处理(DSP)电路。扬声器系统还可以包括分频器，该分频器具有低通部分和高通部分，低通部分被配置为将低频信号传送到直接发射驱动器，高通部分被配置为将高频信号往上传送到向上发射驱动器。扬声器系统可以进一步包括托架，该托架覆盖具有生成声波的锥盆(cone)的扬声器驱动器的至少一部分，并且贴附在邻近驱动器的定义的距离处，该托架被配置为对于声波给予频率响应，并且提供虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。托架的配置被设计为给予所述频率响应，并且包括以下中的至少一个：托架的形状和轮廓、从托架到扬声器驱动器的距离、以及托架的网状图案或者穿孔的图案、大小和数量。所述一个或多个部件还可以包括外壳的结构部件，该外壳的结构部件被配置为对于声波给予频率响应，并且提供虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。该结构部件包括以下中的一个：外壳的形状和大小、外壳的内部挡板(baffling)、外壳的内部共振腔。在实施例中，由所述一个或多个部件应用的虚拟高度滤波功能包括耳廓滤波器响应曲线，该耳廓滤波器响应曲线对存在于直接传送通过收听环境的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开收听环境的表面的声音中的高度线索。所述一个或多个部件中的至少一个可以被配置为生成虚拟高度滤波器的峰值响应，而所述部件中的另一个可以被配置为生成虚拟高度滤波器的响应中的跌落(dip)；可替代地，所述一个或多个部件中的至少一个可以被配置为生成总体上定义虚拟高度扬声器的宽频率响应曲线，而另一个部件可以被配置为校正误差并且使宽频率响应符合虚拟高度滤波器的更接近的逼近。

实施例还针对用于在使声波反射离开房间天花板到达房间中的收听位置的扬声器系统中使用的虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器包括有源虚拟高度滤波器电路和无源虚拟高度滤波器系统，有源虚拟高度滤波器电路被配置为产生对于传送到向上发射驱动器的信号的频率响应曲线的至少一部分以通过至少部分地移除来自扬声器位置的方向线索并且至少部分地插入来自反射点的方向线索来创建目标传递曲线，该目标传递曲线对存在于直接传送通过房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开天花板的声音中的高度线索，无源虚拟高度滤波器系统被配置为产生频率响应曲线的至少一部分，并且被并入在向上发射驱动器或者封装向上发射驱动器的外壳的机械方面中。有源虚拟高度滤波器电路包括模拟滤波器电路和数字滤波器电路中的至少一个。无源虚拟高度滤波器系统包括以下中的至少一个：托架，其覆盖具有生成声波的锥盆的扬声器驱动器的至少一部分，并且贴附到邻近驱动器的定义的距离处，该托架被配置为对于声波给予频率响应，并且提供虚拟高度滤波器的功能中的至少一些；以及外壳的结构部件，其被配置为对于声波给予频率响应，并且提供虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。被设计为给予频率响应的托架的配置包括以下中的至少一个：托架的形状和轮廓、从托架到扬声器驱动器的距离、以及托架的网状图案或者穿孔的图案、大小和数量。所述结构部件包括以下中的一个：外壳的形状和大小、外壳的内部挡板、外壳的内部共振腔。所述一个或多个部件应用的虚拟高度滤波功能包括耳廓滤波器响应曲线，该耳廓滤波器响应曲线对存在于直接传送通过收听环境的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开收听环境的表面的声音中的高度线索。

实施例还进一步针对制造和使用或部署扬声器、换能器、托架和其它部件设计的方法，这些方法通过在音频回放系统中使用从高度声音分量过滤直接声音分量的频率传递函数来优化反射声音内容的渲染和回放。

通过引用的并入

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并入的相同程度对其整体引用而并入在本文中。

附图说明

在以下附图中，同样的附图标记用于指代同样的元件。尽管以下附图描绘了各种示例，但是所述一个或多个实现不限于附图中所描绘的示例。

图1示出在收听环境中使用反射声音来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的虚拟高度(向上发射)驱动器和直接发射驱动器。

图3示出根据实施例的向上发射驱动器对直接发射驱动器的相对倾斜角。

图4示出根据实施例的用于向上发射驱动器和直接发射驱动器的连接器端子。

图5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值响应的曲线图。

图6示出根据实施例的作为具有向上发射驱动器的扬声器系统的一部分并入的虚拟高度滤波器。

图7A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7B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示图。

图8A是根据实施例的与虚拟高度滤波器结合使用的两频带分频滤波器的高层电路图。

图8B示出根据实施例的实现高通滤波路径中的虚拟高度滤波的两频带分频器。

图8C示出根据实施例的分频器，该分频器组合用于与不同的高频驱动器一起使用的向上发射和前方发射扬声器分频滤波器网络。

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发射驱动器配置。

图11是示出根据实施例的用于向上发射扬声器系统的目标传递函数1102的曲线图。

图12A示出根据实施例的麦克风相对于向上发射扬声器系统的放置，该放置用于测量向上发射驱动器和直接发射驱动器的相对频率响应。

图12B示出图12A的指示的测量位置处的直接响应和参考轴响应。

图13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渲染系统的框图。

图14是显示根据实施例的对于校准的预加重滤波的效果的曲线图。

图15是示出根据实施例的在具有向上发射驱动器的自适应音频系统中执行虚拟高度滤波的方法的流程图。

图16A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16B示出与期望的响应曲线相结合的图16A的电路的示例频率响应曲线。

图17A示出根据实施例的用于虚拟高度滤波器的数字实现的示例系数值。

图17B示出图17A的滤波器的示例频率响应曲线、连同期望的响应曲线。

图18是示出根据实施例的可以与虚拟高度滤波器电路一起使用的模拟分频电路的电路图。

图19示出自适应音频渲染系统中的虚拟高度滤波的功能。

图20示出根据实施例的包括虚拟高度滤波功能的向上发射驱动器。

图21是图7的具有托架的向上发射扬声器的截面图，该托架提供至少某种程度的虚拟高度滤波。

图22是示出根据实施例的由用于在向上发射扬声器系统中使用的虚拟高度滤波器扬声器托架产生的耳廓滤波器响应的曲线图。

图23示出根据实施例的挡板中的并且具有非常接近扩音器锥盆的托架的扬声器驱动器的截面。

图24示出根据实施例的虚拟高度滤波器托架的透视图。

图25是示出根据实施例的图24的驱动器锥盆和托架的截面的效果的示例的曲线图。

图26是示出自适应音频系统的部件的框图，该自适应音频系统包括一起生成期望的虚拟高度滤波效果的若干个组合的部件。

具体实施方式

对于音频扬声器和换能器系统描述了实施例，这些音频扬声器和换能器系统包括用于渲染意在提供沉浸式音频体验的自适应音频内容的向上发射驱动器。还对于音频扬声器描述了实施例，这些音频扬声器包括具有专门设计的扬声器托架的向上发射驱动器，这些扬声器托架并入耳廓滤波器功能以渲染意在提供沉浸式音频体验的自适应音频内容。扬声器可以包括自适应音频系统或者可以与自适应音频系统一起使用，该自适应音频系统具有用于使用反射声音来渲染基于对象的音频内容以再现头顶声音对象并且提供虚拟高度线索的虚拟高度滤波器电路。本文中所描述的一个或多个实施例的方面可以在包括执行软件指令的一个或多个计算机或处理装置的混合、渲染和回放系统中对源音频信息进行处理的音频或音频-视觉(AV)系统中被实现。所描述的实施例中的任何一个可以单独使用或者可以以任何组合彼此一起使用。尽管各种实施例可能被本说明书中的一个或多个地方中可能讨论的或暗示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缺陷。换句话说，不同实施例可以应对本说明书中可能讨论的不同缺陷。一些实施例可能仅部分地应对本说明书中可能讨论的一些缺陷或者仅一个缺陷，并且一些实施例可能不应对这些缺陷中的任何一个缺陷。

出于本描述的目的，以下术语具有相关联的含义：术语“声道”意指音频信号加元数据，在元数据中，位置被编码为声道标识符，例如，左前或右上环绕；“基于声道的音频”是针对通过具有相关联的标称位置的预定义的一组扬声器区域(例如，5.1、7.1等)的回放而格式化的音频；术语“对象”或“基于对象的音频”意指具有参数化源描述的一个或多个音频声道，参数化源描述诸如表观源位置(例如，3D坐标)、表观源宽度等；并且“自适应音频”意指基于声道的和/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来渲染音频信号；以及“收听环境”意指任何开放的、部分封闭的或完全封闭的区域，诸如可以用于单独回放音频内容或者回放音频内容与视频或其它内容的房间，并且可以体现在家里、影院、剧院、礼堂、演播室、游戏控制台等中。这样的区域可以具有设置在其中的一个或多个表面，诸如可以直接地或扩散地反射声波的墙壁或挡板。

实施例针对反射声音渲染系统，该反射声音渲染系统被配置为与声音格式和处理系统一起工作以允许增强的听众沉浸感、较大的艺术控制以及系统灵活性和可扩展性，所述声音格式和处理系统可以被称为基于音频格式和渲染技术的“空间音频系统”或“自适应音频系统”。整个自适应音频系统一般包括音频编码、分配和解码系统，其被配置为产生包含传统的基于声道的音频元素和音频对象编码元素两者的一个或多个位流。与单独采用的基于声道的或基于对象的方法相比，这样的组合方法提供更大的编码效率和渲染灵活性。可以与本发明实施例结合使用的自适应音频系统的示例体现在商业可用的Dolby Atmos系统中。

一般来说，音频对象可视为可以被感知为从收听环境中的特定的一个物理位置或多个物理位置发出的多组声音元素。这样的对象可以是静态的(静止的)或动态的(移动的)。音频对象由元数据控制，该元数据定义声音在给定时间点的位置，连同其它功能。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被渲染，而不是必然被输出到预定义的物理声道。在实施例中，具有包括高度线索的空间方面的音频对象可以被称为“扩散音频”。这样的扩散音频可以包括广义的高度音频，诸如周围的头顶声音(例如，风、沙沙作响的叶子等)，或者它可以具有特定的或基于轨迹的头顶声音(例如，鸟、闪电等)。

Dolby Atmos是并入高度(上/下)维度的可以实现为9.1环绕系统或类似的环绕声配置(例如，11.1、13.1、19.4等)的系统的示例。9.1环绕系统可以包括组成的在地板平面中的五个扬声器以及在高度平面中的四个扬声器。一般来说，这些扬声器可以用于在收听环境内或多或少精确地生成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是作为天花板安装的扬声器或者高高地安装在听众上方的墙壁上的扬声器(诸如影院中经常看见的)提供的。这些扬声器通过将声波从头顶位置直接向下传送到听众来对意在在收听者上方被听到的信号提供高度线索。

向上发射扬声器系统

在许多情况(诸如典型的家庭环境)下，天花板安装的头顶扬声器是不可用的或者是无法实际安装的。在这种情况下，高度维度必须由地板或低墙安装的扬声器提供。在实施例中，高度维度由具有向上发射驱动器的扬声器系统提供，这些向上发射驱动器通过使声音反射离开天花板来模拟高度扬声器。在自适应音频系统中，某些虚拟化技术由渲染器实现以通过这些向上发射驱动器再现头顶音频内容，并且这些驱动器使用关于哪些音频对象应在标准水平面上方被渲染的特定信息来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来生成声音的单个电声换能器(或致密的换能器阵列)。驱动器可以以任何适当的类型、几何形状和大小实现，并且可以包括号角、锥盆、带式换能器等。术语“扬声器”意指单一外壳中的一个或多个驱动器，并且术语“外壳”、“箱体”或“壳体”意指封装一个或多个驱动器的单一外壳。因此，向上发射扬声器或扬声器系统包括扬声器箱体(外壳)，该扬声器箱体(外壳)至少包括向上发射驱动器、和一个或多个其它的直接发射驱动器(例如，高音单元加主单元或低音单元)以及其它相关联的电路(例如，分频器、滤波器等)。直接发射驱动器(或前方发射驱动器)是指沿着扬声器的主轴通常水平地将声音传送出扬声器的前面的驱动器。

图1示出使用反射声音来模拟一个或多个头顶扬声器的向上发射驱动器的使用。示图100示出收听位置106位于收听环境内的特定地方的示例。该系统不包括用于传送包含高度线索的音频内容的任何高度扬声器。相反，扬声器箱体或扬声器阵列包括向上发射驱动器、连同前方发射驱动器。向上发射驱动器被配置为(相对于位置和倾角来说)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108向下反射回到收听位置106。假定天花板由适当的材料和组成制成以充分地使声音向下反射到收听环境中。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、房间大小以及收听环境的其它相关特性选择。

图1的实施例示出一个或多个直接发射驱动器被封装在第一箱体112内、并且向上发射驱动器被封装在分开的第二箱体110内的情况。用于虚拟高度扬声器的向上发射驱动器110一般放置在直接发射驱动器112的顶部，但是其它方位也是可能的。应当注意的是，任何数量的向上发射驱动器可以组合使用以创建多个模拟的高度扬声器。可替代地，若干个向上发射驱动器可以被配置为将声音传送到天花板上基本相同的点以实现某个声音强度或效果。

图2示出向上发射驱动器和直接发射驱动器提供在同一个外壳中的实施例。这样的扬声器配置可以被称为“集成”向上/直接发射扬声器系统。如图2所示，扬声器箱体202包括直接发射驱动器206和向上发射驱动器204两者。尽管图1和图2中的每一个中只示出了一个向上发射驱动器，但是在一些实施例中，多个向上发射驱动器可以并入到再现系统中。对于图1和2的实施例，应当注意的是，驱动器可以具有任何适当的形状、大小和类型，这取决于所需的频率响应特性以及任何其它相关的约束(诸如大小、功率定额、部件成本等)。

如图1和2所示，向上发射驱动器被定位为使得它们将声音以一个角度向上投射到天花板，在天花板处，该声音然后可以向下反弹回到收听者。倾斜的角度可以根据收听环境特性和系统要求设置。例如，向上发射驱动器204可以向上倾斜20度和60度之间，并且可以定位在扬声器外壳202中的直接发射驱动器206上方，以便最小化与从直接发射驱动器206生成的声波的干扰。向上发射驱动器204可以以固定角度安装，或者它可以被安装为使得倾斜角可以被手动调整。可替代地，伺服机构可以用于允许向上发射驱动器的倾斜角和投射方向的自动或电控制。对于某些声音，诸如周围环境声音，可以使向上发射驱动器从扬声器外壳202的上部部分竖直向上指向，以创建可以被称为“顶部发射”驱动器的驱动器。在这种情况下，声音的大成分可以向下反射回到扬声器上，这取决于天花板的声学特性。然而，在大多数情况下，某一倾斜角通常用于帮助通过从天花板的反射将声音投射到收听环境内的不同的或更中心的位置。

在实施例中，向上发射扬声器安装平面向前倾斜以使得驱动器的正面相对于水平面成18°和22°之间的角度(标称为20°)。该倾斜角导致声音(沿着“参考轴”)从向上发射扬声器相对于水平面或直轴成70°角传送。这在图3中示出，图3示出根据实施例的向上发射驱动器相对于直接发射驱动器的相对倾斜角。如示图300所示，直接发射驱动器310将声音沿着垂直于或基本上垂直于扬声器箱体的前表面301(正面)的直轴302投射到收听者。向上发射驱动器308的角度为偏离直轴成20°倾斜角。如上所述，从向上发射驱动器308到收听者的直接响应的对应角度306于是标称上将为70°。尽管示出了20°的相当准确的角度304，但是应当注意的是可以使用任何类似的角度，诸如18°至22°的范围中的任何角度。在一些情况下，为了实现反射声音向下到达收听者的所需指向性，驱动器可以被安装为使得它们相对于水平面不在18°和22°之间(标称为20°)定向。如果是这样，则所有的测量仍应相对于参考轴进行，参考轴相对于垂直轴成20°。其它角度的使用可以取决于某些特性，诸如天花板高度和角度、收听者位置、墙壁效应、扬声器功率等。

端子、连接和极性

对于图1所示的实施例，向上发射驱动器包含在与直接发射驱动器112分开的箱体110中。两个驱动器(或两组驱动器)一般是单个扬声器系统的一部分。在这种情况下，对直接发射驱动器和向上发射驱动器提供分开的输入连接。输入连接可以由作为扬声器系统的主外壳的一部分提供、并且通常安装在外壳的后表面上的端子连接器板提供。图4示出根据实施例的用于向上发射扬声器和直接发射扬声器的连接端子。如图4所示，连接器端子400包括将标准扬声器导线耦合到音频系统的放大器或输出级的两组接线柱或连接器。一组端子(正和负)402被标记为“高度”，用于连接到向上发射驱动器。另一组端子404被标记为“前方”，用于连接到直接发射驱动器。对于诸如图2所示的集成扬声器，可以对向上发射驱动器和直接发射驱动器两者提供单个连接器组，在这种情况下，向上发射扬声器端子的极性应与直接发射扬声器端子的极性匹配。对于附加模块扬声器产品，当正输入电压施加于端子上(正对正，负对负)时，正输入电压应生成主驱动器锥盆的向外压力运动。

关于额定阻抗，在实施例中，对于无源装置，向上发射驱动器的额定或标称阻抗为6Ω或更大，并且最小阻抗要不小于额定阻抗的4.8Ω(80％)。

关于灵敏性，在实施例中，对于集成向上发射驱动器(例如，图2)，使用2.83Vrms的正弦曲线对数扫描在向上发射扬声器参考轴上一米处生成的从1到5kHz的1/3倍频程频带中的线性压力水平(被转换为dB SPL)的均值比直接发射驱动器在其参考轴上不低于3dB以上。对于附加模块扬声器产品(例如，图1)，使用2.83Vrms的正弦曲线对数扫描在参考轴上一米处生成的从1到5kHz的1/3倍频程频带中的均值SPL为85dB或更大。

在一个实施例中，扬声器系统的特征在于连续的输出SPL(声压水平)，以使得在一米的距离处并且在向上发射驱动器的额定功率处理电平下，100Hz和15kHz之间应存在不大于3dB的压缩。当向上发射驱动器用在包括直接发射驱动器的集成扬声器中时，向上发射驱动器的功率处理能力应与直接发射驱动器的功率处理能力可比较，并且应以类似的方式定额。

虚拟高度滤波器

在实施例中，自适应音频系统利用向上发射驱动器来为头顶的音频对象提供高度元素。这部分通过如图1和2所示的来自上方的反射声音的感知来实现。然而，在实践中，声音不是以完美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某个声音将沿着直接从驱动器到收听者的路径行进，从而使来自反射位置的声音的感知减弱。这个不期望的直接声音与期望的反射声音相比的量一般是一个或多个向上发射驱动器的指向性模式的函数。为了补偿这个不期望的直接声音，已经表明，并入将感知高度线索引入到被馈给到向上发射驱动器的音频信号中的信号处理改进虚拟高度信号的定位和感知质量。例如，方向听觉模型已经被开发以创建虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器当被用于对向上发射驱动器再现的音频进行处理时改进该再现的感知质量。在实施例中，虚拟高度滤波器是从相对于收听位置的反射扬声器位置(在收听者上方)以及物理扬声器位置(大致与收听者同水平)二者导出的。对于物理扬声器位置，基于直接从扬声器位置行进到在收听位置处的收听者的耳朵的声音的模型来确定第一方向滤波器。这样的滤波器可以从方向听觉模型(诸如HRTF(头部相关传递函数)测量或参数化双耳听觉模型、耳廓模型、或利用帮助感知高度的线索的其它类似的传递函数模型的数据库)导出。尽管考虑耳廓模型的模型由于它帮助定义高度被如何感知而一般是有用的，但是滤波器功能并非意图隔离耳廓效应，而是对来自一个方向的声音水平与另一个方向的比进行处理，耳廓模型是可以使用的双耳听觉模型的一个这样的模型的示例，但是其它模型也可以被使用。

接着确定该滤波器的逆，并且该逆被用于对沿着直接从物理扬声器位置到收听者的路径行进的音频移除方向线索。接着，对于反射扬声器位置，使用相同的方向听觉模型，基于直接从反射扬声器位置行进到相同收听位置处的收听者的耳朵的声音的模型来确定第二方向滤波器。该滤波器被直接应用，本质上给予如果声音正从收听者上方的反射扬声器位置发出则耳朵将接收到的方向线索。在实践中，这些滤波器可以以允许单个滤波器的方式组合，该单个滤波器既至少部分地移除来自物理扬声器位置的方向线索，又至少部分地插入来自反射扬声器位置的方向线索。这样的单个滤波器提供描述滤波器的频率响应曲线(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”、“期望频率传递函数”、“高度线索响应曲线”或类似的词语)、或在音频回放系统中从高度声音分量过滤直接声音分量的滤波器响应曲线。

关于滤波器模型，如果P₁表示第一滤波器(其对来自物理扬声器位置的声音传送进行建模)的以dB为单位的频率响应、并且P₂表示第二滤波器(其对来自反射扬声器位置的声音传送进行建模)的以dB为单位的频率响应，则以dB为单位的虚拟高度滤波器的总响应P_T可以表达为：P_T＝α(P₂-P₁)，其中，α是控制滤波器的强度的缩放因子。在α＝1的情况下，滤波器被最大程度地应用，而在α＝0的情况下，滤波器什么也不做(0dB响应)。在实践中，基于反射与直接声音的相对平衡将α设置在0和1之间的某处(例如，α＝0.5)。随着直接声音的水平与反射声音相比增大，α也应增大，以便更充分地对该不期望的直接声音路径给予反射扬声器位置的方向线索。然而，不应使α大得以至于损害沿着反射路径行进的已经包含适当的方向线索的音频的感知音色。在实践中，α＝0.5的值已被发现与向上发射配置中的标准扬声器驱动器的指向性模式一起很好地工作。一般来说，滤波器P₁和P₂的准确值将是物理扬声器位置相对于收听者的方位以及反射扬声器位置的上仰(elevation)的函数。该上仰又是物理扬声器位置离收听者的距离以及天花板的高度和扬声器的高度(假定收听者的头在与扬声器相同的高度处)之间的差的函数。

图5描绘了α＝1的情况下的虚拟高度滤波器响应P_T，该虚拟高度滤波器响应P_T是基于在很大的一组对象上平均的HRTF响应的数据库从方向听觉模型导出的。黑线503表示在与合理的扬声器距离和天花板高度对应的仰角范围和方位角范围上计算的滤波器P_T。查看P_T的这些各种实例，首先注意到每个滤波器的变化的大部分发生在4Hz以上的较高频率处。另外，每个滤波器表现出位于大致7kHz处的峰以及位于大致12kHz处的谷。峰和谷的准确水平在各种响应曲线之间变化几个dB。考虑到该组响应之间的峰和谷的位置上的这种密切一致，已发现粗灰色线所给出的单个平均滤波器响应302可以用作大多数合理的物理扬声器位置和房间尺寸的通用高度线索滤波器。考虑到这一发现，单个滤波器P_T可以被设计用于虚拟高度扬声器，而且对于合理的性能不需要准确的扬声器位置和房间尺寸的知识。然而，为了提高的性能，这样的知识可以用于将滤波器P_T动态地设置为图5中的特定黑色曲线中的与特定扬声器位置和房间尺寸对应的一个黑色曲线。

这样的虚拟高度滤波器对于虚拟高度渲染的典型使用是用于音频，该音频在它通过向上发射虚拟高度扬声器播放之前要被表现出图5中所描绘的幅值响应中的一个幅值响应(例如，平均曲线502)的滤波器预处理。滤波器可以作为扬声器单元的一部分提供，或者它可以是作为渲染器、放大器或其它中间音频处理部件的一部分提供的单独的部件。图6示出根据实施例的作为具有向上发射驱动器的扬声器系统的一部分并入的虚拟高度滤波器。如图6的系统600所示，自适应音频渲染器612输出包含分开的高度信号分量和直接信号分量的音频信号。高度信号分量意图通过向上发射驱动器618播放，而直接音频信号分量意图通过直接发射驱动器617播放。就频率内容或音频内容来说，信号分量并非必然不同，但是基于存在于音频对象或信号中的高度线索则是有区别的。对于图6的实施例，包含在渲染部件612内的或者以其它方式与渲染部件612相关联的高度滤波器606通过将感知的高度线索提供到高度信号中以改进虚拟信号的定位和感知质量来对可能存在于高度信号中的任何不期望的直接声音直接声音分量进行补偿。这样的高度滤波器可以并入图5所示的参考曲线。代替位于渲染部件612中，高度滤波器部件可以并入在扬声器系统中，如以扬声器箱体618中的可选的高度滤波器部件616所示。该替代实施例允许高度滤波器功能被内置到扬声器中以提供虚拟高度滤波。

在实施例中，某个位置信息连同旁路信号一起提供给高度滤波器以启用或禁用扬声器系统内的虚拟高度滤波器。图7A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7A所示，位置信息提供给虚拟高度滤波器712，虚拟高度滤波器712连接到向上发射驱动器714。位置信息可以包括用于从图5中所描绘的组中选择适当的虚拟高度滤波器响应的扬声器位置和房间大小。另外，该位置数据可以用于改变向上发射驱动器724的倾角，如果这样的角度通过自动或手动手段使得可调整的话。用于大多数情况的典型的且有效的角度如图3所示约为20度。然而，如前面所讨论的，该角度理想地应被设置为使收听位置处的反射与直接声音的比最大化。如果向上发射驱动器的指向性模式是已知的，则最佳角度可以在给定准确的扬声器距离和天花板高度的情况下计算，并且如果向上发射驱动器可相对于直接发射驱动器移动(诸如通过铰接的外壳或伺服控制的布置)，则然后可以对倾斜角进行调整。根据控制电路的实现(例如，模拟的、数字的或机电的)，这样的位置信息可以通过电信号传送方法、机电手段或其它类似的机制提供。

在某些场景下，关于收听环境的附加信息可能使得有必要通过手动或自动手段对倾斜角进行进一步调整。这可以包括天花板有很强的吸收性或者不寻常地高的情况。在这样的情况下，沿着反射路径行进的声音的量可能被减弱，因此可能期望使驱动器进一步向前倾斜以使来自驱动器的直接路径信号的量增大，从而提高再现效率。如前面所解释的，当该直接路径分量增大时，那么期望增大滤波器缩放参数α。这样，该滤波器缩放参数α可以自动地设置为可变倾角以及和反射与直接声音比相关的其它变量的函数。对于图7A的实施例，虚拟高度滤波器722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6所示，渲染器将分开的高度信号和直接信号直接输出到相应的向上发射驱动器和直接发射驱动器。可替代地，渲染器可以输出单个音频信号，该单个音频信号被分立的分离或分频电路分成高度分量和直接分量。在这种情况下，从渲染器输出的音频将被分离电路分成其组成的高度分量和直接分量。在某些情况下，高度分量和直接分量是频率无关的，并且外部分离电路用于将音频分成高度和直接声音分量并且将这些信号路由到适当的相应的驱动器，其中，虚拟高度滤波将应用于向上发射扬声器信号。

然而，在大多数常见情况下，高度分量和直接分量可以是频率相关的，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)分量以供传送到适当的驱动器。这通常是最有用的情况，因为高度线索通常更普遍的是在高频信号中而不是低频信号中，并且对于该应用，分频电路可以与虚拟高度滤波器部件结合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并且将低频信号路由到直接发射驱动器。图7B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示图。如系统750所示，通过放大器(未示出)从渲染器702的输出是全带宽信号，并且虚拟高度扬声器滤波器708用于对发送到向上发射驱动器712的信号给予期望的高度滤波器传递函数。分频电路706将来自渲染器702的全带宽信号分成高(上方)和低(直接)频分量以供传送到适当的驱动器712(向上发射)和714(直接发射)。分频器706可以与高度滤波器708集成或者分开，这些分开的或组合的电路可以提供在信号处理链内的任何地方，诸如在渲染器和扬声器系统之间(如所示)、作为链中的放大器或预放大器的一部分、在扬声器系统本身内、或者作为紧密耦合或者集成在渲染器702内的部件。分频功能可以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的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换能器(例如，高音单元)。图8A是根据实施例的诸如图7A所示的与虚拟高度滤波器结合使用的两频带分频滤波器的高层电路图。参照示图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被设置或者被编程有定义分频点的特定截止频率。该频率可以是静态的，或者它可以是可变的(例如，通过模拟实现中的可变电阻器电路或者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)，并且将高频分量发送到高频驱动器807。类似地，低通滤波器806切除高频(截止频率以上的那些)，并且将低频分量发送到低频驱动器808。三路分频器类似地运行，除了存在将输入音频信号分成三个频带以供传送到三个分开的驱动器(诸如，高音单元、中音单元和低音单元)的两个分频点和三个带通滤波器之外。

分频电路802可以使用已知的模拟部件(例如，电容器、电感器、电阻器等)和已知的电路设计实现为模拟电路。可替代地，它可以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实现为数字电路。

图8A的分频电路可以用于实现虚拟高度滤波器(诸如图7的虚拟高度滤波器702)的至少一部分。如在图5中所看见的，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示出根据实施例的实现高通滤波路径中的虚拟高度滤波的两频带分频器。如示图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高通滤波信号传送到高频驱动器830之前将期望的高度滤波器响应(诸如曲线302)应用于该高通滤波信号。

旁路开关826可以被提供以允许系统或用户在校准或设置操作期间旁路虚拟高度滤波器电路以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进行操作。开关826可以是提供在滤波器电路所在的扬声器或渲染部件上的手动用户操作的拨动开关，或者它可以是由软件控制的电子开关、或任何其它适当类型的开关。位置信息822也可以提供给虚拟高度滤波器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，在替代实施例中，虚拟高度滤波器可以与低通滤波器一起使用，以使得较低频率带也可以被修改，以便模拟如图5所示的响应的较低频率。然而，在大多数实际的应用中，鉴于低频范围中存在的最少高度线索，分频器可能过于复杂。

图9示出根据实施例的图8B的两频带分频器的频率响应。如示图900所示，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、以及用于切除截止频率902以下的频率的高通滤波器的频率响应曲线906。当虚拟高度滤波器在高通滤波器级之后应用于音频信号时，虚拟高度滤波器曲线908叠加在高通滤波器曲线906上。

图8B所示的分频器实现假定向上发射虚拟高度扬声器是使用两个驱动器来实现的，一个用于低频，而一个用于高频。然而，该配置在大多数条件下可能不是理想的。向上发射扬声器的特定且受控的方向性对于有效的虚拟化通常是决定性的。例如，当实现虚拟高度扬声器时，单个换能器扬声器通常是更有效的。另外，较小的单个换能器(例如，直径为3”)是优选的，因为它在较高频率处更有方向性，并且比较大的换能器更负担得起。

在实施例中，向上发射驱动器可以包括一对或一个阵列的不同大小和/或特性的两个或更多个扬声器。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发射驱动器配置。如图10所示，向上发射扬声器可以包括两个驱动器1002和1004，这两个驱动器安装在同一个箱体1001内以以相同的角度向上发射。这些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)，这取决于应用需求。向上发射(UF)音频信号被传送到该扬声器1001，并且内部处理可以用于将适当的音频发送到扬声器1002和1004中的任何一个或两个。在替代实施例中，如扬声器1010中所示，向上发射驱动器中的一个(例如，1004)所成的角度可以不同于另一个驱动器。在这种情况下，向上发射驱动器1004针对的是基本上向前发射出箱体1010。应当注意的是，任何适当的角度都可以被选择用于驱动器1002和1004中的任何一个或两个，并且扬声器配置可以包括任何适当数量的各种类型(锥盆、带、号角等)的驱动器或驱动器阵列。在实施例中，向上发射扬声器1001和1002可以安装在向前或直接发射扬声器1020上，向前或直接发射扬声器1020包括将声音直接传送出主箱体的一个或多个驱动器1020。该扬声器接收与UF音频信号分开的主音频输入信号。

图8C示出根据实施例的分频器，该分频器组合诸如图10所示的用于与不同的高频驱动器一起使用的向上发射和前方发射扬声器分频滤波器网络。示图8000示出对前方发射扬声器和虚拟高度扬声器提供分开的分频器的实施例。直接发射扬声器分频器8012包括低通滤波器8016和高通滤波器8014，低通滤波器8016馈给低频驱动器8020，高通滤波器8014馈给高频驱动器8018。虚拟高度扬声器分频器8002包括低通滤波器8004，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包括并入虚拟高度滤波器功能8008的高通滤波器8006。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，并且通常是比直接发射低频驱动器8020小并且可能组成不同于直接发射低频驱动器8020的驱动器。作为示例，对于面向前方的驱动器低频驱动器8020的有效频率范围可以被设置为从40Hz到2Khz，对于面向前方的高频驱动器8018的有效频率范围可以被设置为从2Khz到20kHz，并且对于向上发射高频驱动器8010的有效频率范围可以被设置为从400Hz到20kHz。

组合如图10所示的向上发射驱动器和直接发射驱动器的分频器网络存在几个益处。首先，优选的较小驱动器将不能够有效地再现较低频率，并且在高声水平处实际上可能会失真。因此对低频进行滤波并且将这些低频重定向到直接发射驱动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。另外，研究已表明，对于400Hz以下的音频信号，存在很少的虚拟高度效果，所以仅将较高频率发送到虚拟高度扬声器1010表示该驱动器的最佳使用。

扬声器传递函数

在实施例中，应用无源或有源高度线索滤波器来创建目标传递函数以优化高度反射声音。包括高度线索滤波器的系统的对包括的所有部件测量的频率响应是在参考轴上一米处使用正弦曲线对数扫描测量的，并且与1/6倍频程的使用最大平滑的目标曲线相比，从180Hz到5kHz必须具有±3dB的最大误差。另外，相对于从1000到5000Hz的均值，在7kHz处应存在不小于1dB的峰，在12kHz处应存在不大于-2dB的最小值。可能有利的是提供这两个点之间的单调关系。对于向上发射驱动器，低频响应特性应遵循目标截止频率为180Hz且质量因子为0.707的二阶高通滤波器的低频响应特性。具有拐角低于180Hz的滚降是可接受的。响应在90Hz处应大于-13dB。自供电系统应在从1到5kHz的1/3倍频程频带中的均值SPL下进行测试，该均值SPL为86dB，其是在参考轴上一米处使用正弦曲线对数扫描生成的。图11是示出根据实施例的用于向上发射扬声器系统的目标传递函数1102的曲线图。

在替代实施例中，上述目标传递函数可以利用高频提升(boost)来扩增(augment)，以便实现预期的收听位置处的更平坦的总体频率响应。在向上发射驱动器的情况下，较高频率可以比较低频率更有方向性地辐射。作为结果，与将具有沿着直接路径传播的大比例的较低频率相比，感知的高频能量的更大比例将沿着反射路径传播到收听者。因为反射路径长于直接路径，所以到较高频率到达收听者的时候，这些较高频率因此可能衰减更多。另外，反射离开天花板可以进一步使这些高频衰减。可以通过将高频提升并入到向上发射驱动器的参考轴测量的目标频率响应中来补偿收听位置处的高频能量的这个可能的相对损耗。基于几个房间中的几个向上发射驱动器的测量，除了高度线索滤波器之外，目标频率响应还将包括始于5kHz的每个倍频程单调的4dB提升。

关于扬声器指向性，在实施例中，向上发射扬声器系统需要对参考轴和直接响应轴两个轴测量的、向上发射驱动器的相对频率响应。直接响应传递函数一般是使用正弦曲线对数扫描在一米处与参考轴成+70°的角度测量的。高度线索滤波器包括在两个测量中。参考轴响应与直接响应的比在5kHz处应至少为5dB，在10kHz处应至少为10dB，并且在这两个点之间的单调关系被推荐。图12A示出麦克风1204相对于向上发射扬声器系统1202的放置，该放置用来测量向上发射驱动器和直接发射驱动器的相对频率响应；并且图12B示出根据实施例的参考轴响应1212和指示的测量位置1214处的直接响应。前述内容表示根据实施例的向上发射扬声器系统的一些示例测试和配置数据，并且其它变体也是可能的。

利用虚拟高度扬声器的房间校正

如以上所讨论的，将虚拟高度滤波添加到虚拟高度扬声器使感知线索添加到音频信号，这些感知线索对向上发射驱动器增加或改进高度的感知。将虚拟高度滤波技术并入到扬声器和/或渲染器中可能需要考虑由回放设备执行的其它音频信号处理。一个这样的处理是房间校正，其是在商业可用的AVR中常见的处理。房间校正技术利用放置在收听环境中的麦克风来测量通过具有连接的扬声器的AVR回放的音频测试信号的时间和频率响应。测试信号和麦克风测量的目的是测量和补偿几个关键因素，诸如房间和环境对音频的声学影响(包括房间节点(零点和峰值))、回放扬声器的非理想频率响应、多个扬声器和收听位置之间的时间延迟以及其它类似的因素。自动频率均衡和/或音量补偿可以被应用于信号以克服由房间校正系统检测到的任何影响。例如，对于前两个因素，通常使用均衡来修改通过AVR/扬声器系统回放的音频，以便调整音频的频率响应幅值，以使得房间节点(峰和谷)以及扬声器响应不精确性被校正。

如果在系统中使用虚拟高度扬声器(通过向上发射扬声器)并且启用虚拟滤波，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值响应均衡为平坦的。如果虚拟高度滤波器表现出明显的高频谷(诸如当倾角相对高时)，则该尝试的校正是尤其显著的。虚拟高度扬声器系统的实施例包括防止房间校正系统撤销虚拟高度滤波的技术和部件。图13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渲染系统的框图。如示图1300所示，AVR或其它渲染部件1302连接到一个或多个并入虚拟高度滤波器处理1308的虚拟高度扬声器1306。该滤波器生成可能易受房间校正1304或由渲染器1302执行的其它异常补偿技术影响的频率响应。

在实施例中，房间校正补偿部件包括部件1305，该部件1305允许AVR或其它渲染部件检测到虚拟高度扬声器连接到它。一种这样的检测技术是使用房间校准用户接口(interface)以及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。目前的音频系统通常包括要求用户指定每个扬声器位置处的扬声器的大小(诸如，小型、中等、大型)的接口。在实施例中，虚拟高度扬声器类型被添加到该定义组。因此，系统可以通过附加数据元素(诸如小型、中等、大型、虚拟高度等)来预期虚拟高度扬声器的存在。在替代实施例中，虚拟高度扬声器可以包括声明它是与非虚拟高度扬声器相对的虚拟高度扬声器的信号传送硬件。在这种情况下，渲染装置(诸如AVR)可以探测扬声器，并且查找关于任何特定扬声器是否并入虚拟高度技术的信息。该数据可以经由定义的通信协议，其可以是无线的、直接数字连接或者经由使用现有的扬声器导线或单独的连接的专用模拟路径来提供。在进一步替代实施例中，可以通过使用测试信号和测量过程来执行检测，该测量过程被配置为或者被修改为经由测量的测试信号的分析来识别扬声器中的虚拟高度滤波器的独特的频率特性并且确定虚拟高度扬声器被连接。

一旦具有房间校正能力的渲染装置已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1305以在没有不利地影响虚拟高度滤波功能1308的情况下对系统正确地进行校准。在一个实施例中，可以使用允许渲染装置使虚拟高度扬声器1306旁路虚拟高度滤波处理1308的通信协议来执行校准。如果扬声器是活动的并且可以旁路滤波，则这可以被实现。旁路功能可以实现为用户可选的开关，或者它可以实现为软件指令(例如，如果滤波器1308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1304对它产生并且输出到扬声器以供用在校准处理中的测试信号执行预加重滤波。图14是显示根据实施例的对于校准的预加重滤波的效果的曲线图。绘图1400示出对于虚拟高度滤波器1404的典型的频率响应以及互补的预加重滤波器频率响应1402。如由绘图1400的上部频率范围中的两个曲线1402和1404的互补绘图所示，预加重滤波器被应用于房间校准处理中使用的音频测试信号，以使得当通过虚拟高度扬声器回放时，滤波器的效果被消除。以这种方式，校准将如同使用正常的非虚拟高度扬声器一样地被应用。

在又一个进一步替代实施例中，可以通过将虚拟高度滤波器响应添加到校准系统的目标响应来执行。在这两种情况(预加重滤波器或目标响应的修改)中的任何一种情况下，可以选择用于修改校准过程的虚拟高度滤波器来与扬声器中所利用的滤波器准确地匹配。然而，如果与扬声器一起使用的或者在扬声器内部使用的虚拟高度滤波器是通用滤波器(其不根据扬声器位置和房间尺寸被修改)，则校准系统可以改为选择与实际位置和尺寸对应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，校准系统应用与更精确的位置相关的虚拟高度滤波器响应和扬声器中所利用的通用响应之间的差异相当的校正。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果，并且AVR中的校准系统利用收听环境的更多知识来进一步改善该效果。

图15是示出根据实施例的在自适应音频系统中执行虚拟高度滤波的方法的流程图。图15的处理示出由图13所示的部件执行的功能。处理1500通过将一个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1502)开始。内置虚拟高度滤波生成可被看作将由任何房间校正处理校正的异常的诸如图7所示的频率响应曲线。在动作1504中，系统检测虚拟高度扬声器的存在，以使得由于应用房间校正方法而导致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1506)。

扬声器系统和电路设计

如上所述，虚拟高度滤波器可以在扬声器中单独地或者利用分频电路或者作为其一部分实现，该分频电路将输入音频频率分成高频带和低频带或者更多频带，这取决于分频器设计。这些电路中的任何一个可以实现为数字DSP电路或其它电路，所述其它电路实现逼近诸如图5所示的虚拟高度滤波器曲线的FIR(有限脉冲响应)或IIR(无限脉冲响应)滤波器。分频器、分离电路和/或虚拟高度滤波器中的任何一个可以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，而无源电路使用由其它系统部件或信号提供的电力。

对于高度滤波器或分频器作为扬声器系统(外壳加驱动器)的一部分提供的实施例，该部件可以在模拟电路中实现。图16A是示出根据实施例的模拟虚拟高度滤波器电路的电路图。电路1600包括虚拟高度滤波器，该虚拟高度滤波器包括具有被选择以逼近曲线502的等效形式的值的模拟部件的连接，曲线502是针对对于18kHz具有标称平坦响应的3英寸6欧姆扬声器的，其具有缩放参数α＝0.5。该电路的频率响应在图16B中被描绘为黑色曲线1622，连同灰色的期望曲线1624。图16的示例电路1600意图仅表示用于虚拟高度滤波器电路的可能的电路设计或布局的一个示例，并且其它设计是可能的。

图17A描绘了利用DSP或有源电路的用于在电动扬声器中使用的高度线索滤波器的数字实现。滤波器实现为四阶IIR滤波器，其系数针对48kHz的采样速率而选择。该滤波器可以可替代地通过本领域技术人员公知的手段被转换为等效的有源模拟电路。图17B描绘了该滤波器的示例频率响应曲线1724、连同期望的响应曲线1722。

图18是示出根据实施例的可以与虚拟高度滤波器电路一起使用的模拟分频电路的电路图。图18示出可以用于直接发射低音单元和高音单元的标准类型的分频电路。尽管图18中示出了特定的部件连接和值，但是应当注意的是其它实现替代方案也是可能的。

无源虚拟高度滤波器系统

这样的虚拟高度滤波器对于虚拟高度渲染的典型使用是用于音频，该音频在它通过向上发射虚拟高度扬声器播放之前要被表现出图5中所描绘的幅值响应中的一个幅值响应(例如，平均曲线502)的滤波器预处理。在某些系统中，滤波器可以作为单独的电路或部件提供，该单独的电路或部件是渲染器、放大器或其它中间音频处理部件的一部分。通常，它可以体现为作为具有向上发射驱动器的扬声器系统的一部分而并入的模拟滤波器电路或数字滤波器DSP。这样的分立的虚拟高度滤波器可以体现为渲染器级或扬声器本身内的电路，并且如前所述，可以是音频系统中相对复杂且高成本的部件。

图19示出自适应音频渲染系统中的虚拟高度滤波的功能。如图19的示图2300所示，自适应音频渲染器2302输出包含分开的高度信号分量和直接信号分量的音频信号。高度信号分量意图通过向上发射驱动器2308播放，并且直接音频信号分量意图通过直接发射驱动器2307播放。就频率内容或音频内容来说，信号分量并非必然不同，但是基于存在于音频对象或信号中的高度线索则是有区别的。虚拟高度滤波器功能2304通过将感知的高度线索提供到高度信号中以改进虚拟信号的定位和感知质量来补偿或切掉可能存在于高度信号中的任何不期望的直接声音直接声音分量。这样的高度滤波器可以并入图5所示的参考曲线。在某些已知的系统中，虚拟高度滤波功能2304可以包含在扬声器箱体2307和/或2308本身中的渲染器2302中，或者以其它方式与渲染器2302相关联。在一个实施例中，虚拟高度滤波功能2304实现为内置到扬声器的一个或多个机械元件(即，覆盖向上发射驱动器2308的扬声器托架)中的无源元件。该实施例大大地简化了包括虚拟高度滤波的向上发射扬声器系统和降低了这些向上发射扬声器系统的部件成本。

虚拟高度滤波器扬声器托架

扬声器驱动器通常被由布料或泡沫制成的托架覆盖以在视觉上隐藏驱动器，或者被由穿孔塑料或金属制成的托架覆盖以保护驱动器不被刺破或损坏。通常，意图是托架对于扩音器的声音不给予显著的变化，也不影响驱动器的操作。在穿孔材料的情况下，这意味着通过具有非常敞开的托架来最小化来自驱动器的声音的阻塞(occlusion)。也就是说，高比例的表面面积专用于孔，而低量的表面面积专用于托架材料。通常，穿孔钢托架的面积有大于60％是敞开的，并且一些使用六边形孔，这些六边形孔可以更密集地包装并且给予甚至更高的敞开百分比。

在实施例中，向上发射扬声器系统包括托架，该托架覆盖向上发射驱动器，并且对于发送到向上发射驱动器的音频信号中的反射声音分量给予虚拟高度滤波功能。该内置的无源滤波特征消除了利用昂贵的电路(诸如分开且专用的模拟或数字虚拟高度滤波器)的需要。图20示出根据实施例的包括虚拟高度滤波功能的向上发射驱动器。如图20所示，扬声器箱体2401包括将声音以离开水平轴一定义的角度(例如，20度)向上投射的向上发射驱动器2402。该驱动器从渲染器接收向上发射(UF)音频分量2404，该向上发射(UF)音频分量2404表示具有通过使声音反射离开收听者上方的天花板而对收听者再现的高度线索的音频对象。该信号中的音频的直接分量必须被如以上关于图5所描述的那样滤除，以使得适当的高度线索被收听者感知到。

在实施例中，驱动器2402被隐藏和/或保护箱体2401内的驱动器的托架覆盖。图21是图24的向上发射扬声器的截面图，该向上发射扬声器具有提供至少某种程度的虚拟高度滤波的托架。如图25所示，驱动器的扬声器锥盆2504安装在箱体挡板2502内。托架2506附连到驱动器的边缘或者箱体挡板2502以覆盖和保护锥盆2804。锥盆的向后和向前移动将声音通过托架投射。尽管图21的驱动器被示为相对于水平面垂直定向，但是应当注意的是，如图20所示，驱动器的定向实际上是向上倾斜的。如果托架2506具有相对敞开的设计，则从驱动器发出的声音通过托架，并且具有托架的扩音器的测量的频率响应与没有托架的情况下基本上相同。然而，如果托架2806关于孔和/或网格图案的材料和大小/形状被适当地设计和配置，则某种程度的虚拟高度滤波可以被给予由锥盆2504投射的声音。在实施例中，托架由刚性材料(诸如金属、塑料或其它类似的材料)制成。

在实施例中，托架2506被配置为生成特定的耳廓滤波器响应，该耳廓滤波器响应对通过向上发射驱动器投射的UF音频分量提供某种程度的虚拟高度滤波。图22是示出根据实施例的由用于在向上发射扬声器系统中使用的虚拟高度滤波器扬声器托架产生的耳廓滤波器响应的曲线图。如图22所示，虚曲线1524表示可以由电虚拟高度滤波器提供的耳廓滤波器曲线，实曲线1522表示期望的耳廓滤波器曲线。托架806被配置为生成由图22的曲线1522所表示的频率响应。

如前所述，敞开的托架设计一般不影响传送的声音的频率响应特性。然而，如果托架的给予孔的比例减小，即，孔的数量减小和/或孔的大小减小，则托架开始影响扬声器的频率响应。较高频率总体上变得衰减，并且波动(水平增大的区域和衰减的区域)出现在频率响应中。发生这些效果的频率与托架和扩音器锥盆的接近程度、由此有多少空气在驱动器锥盆和托架之间“被俘获”有关。一般来说，托架越接近驱动器，频率响应中的变化发生的频率越高，并且托架被更大地阻塞，频率响应中的波动中的峰和谷之间的差异越极端。

在实施例中，托架被设计为具有允许它被非常接近扬声器锥盆放置的形状和安装配置。图23示出根据实施例的挡板中的并且具有非常接近扩音器锥盆的托架的扬声器驱动器的截面。在该实施例中，托架2706的形状遵循锥盆2704的轮廓，以便保持紧密的间隔。该间隔可以基于若干个变量，诸如驱动器大小和材料、挡板厚度、UF音频的声音水平以及其它类似的因素来设置。锥盆2704和托架2706之间的典型的间隙距离根据这些变量可以在1/4英寸到1/2英寸之间的范围内变动，但是其它间隙距离也是可能的。在实施例中，间隙距离在整个锥盆的区域中是均匀的。可替代地，托架可以被配置为对于锥盆的不同部分(诸如锥盆中心对锥盆边缘)具有较小的或较大的间隙量。因此，托架2706不需要准确地遵循锥盆2704的轮廓，但是可以具有变化的到锥盆的距离。这使提升或切除的频率区域变宽，这允许频率响应根据特定的应用需求剪裁(tailor)。

图23的托架2706可以根据系统约束和要求以各种不同的网、孔或穿孔图案和材料实现。图24示出根据实施例的虚拟高度滤波器托架的透视图。图24的托架2802本质上是轮廓为在保持特定间隙的同时紧密地配合到扬声器锥盆的三维穿孔结构。托架被设计为覆盖扩音器驱动器并且使其外表面与周围的挡板齐平，以便不引入由于边缘衍射而导致的不想要的频率响应变化。

在实施例中，托架2402由诸如塑料的材料或其它类似的可形成材料制成，该材料具有允许根据形成在托架中的穿孔(孔)的大小和数量适当地阻挡声音的厚度。穿孔的数量、大小和形状被配置为基于向上发射驱动器的大小和音频特性来提供期望的耳廓频率响应。在实施例中，穿孔可以具有相同的大小和形状。可替代地，它们可以具有不同的大小和/或形状以提供滤波器响应曲线的特定调谐。

如图24所示，一个或多个安装孔被提供以允许托架牢固地附连到扬声器。一对或一组螺孔可以被提供以允许托架通过使用螺丝、钉子、螺栓或类似的附连手段直接附连到邻近锥盆的挡板。其它类似的刚性附连手段也可以被使用，诸如夹子、胶、耳片插槽(tabbedslot)等。托架通常附连到扬声器箱体，以使得在锥盆在它后面移动时，它相对于扬声器箱体(和挡板)保持固定。可替代地，它可以附连到驱动器本身，诸如附连到锥盆的外缘，以使得它连同锥盆一起移动，以便当锥盆来回移动以产生声音时对于锥盆保持一致的间隙。

图25是示出根据实施例的图24的驱动器锥盆和托架的截面的效果的示例的曲线图。如图25所示，6kHz的区域中的频率提升，而12kHz的区域中的频率衰减。这逼近图9所示的期望的频率响应2922。图25示出由相应的频率响应曲线2904和2902所示的、有和没有托架的直径约为70mm的扩音器的示例幅值响应。

在实施例中，如图24所示，扬声器锥盆具有圆形凹形状，该形状具有特定的深度与直径比，并且托架被相应地定制大小和成形。然而，扬声器区域可以出现除附图中所示的形状之外的形状。例如，静电和压电扩音器具有平坦的面，并且其它扩音器具有凹形弯曲表面或者甚至凸形弯曲表面。在这些情况下，托架可以被适当地配置为使得到锥盆的间隔和阻塞的量被优化以根据诸如图22所示的对于虚拟高度滤波的期望的耳廓响应给予频率响应变化。

在实施例中，图20的向上发射驱动器可以包括一对或一个阵列的不同大小和/或特性的两个或更多个扬声器。例如，向上发射扬声器可以包括两个驱动器，这两个驱动器安装在同一个外壳内以以相同的角度向上发射。这些驱动器可以具有相同的配置，或者它们可以是不同的配置(大小、功率、频率响应等)，这取决于应用需求。可替代地，向上发射驱动器可以以不同的角度定向。还进一步可替代地，可以使用向上发射换能器的阵列。在双驱动器或多驱动器情况下，每个驱动器或换能器可以被它自己的托架覆盖，或者单个统一托架可以被配置和大小定制为覆盖扬声器外壳中的所有的向上发射驱动器。

在实施例中，托架被设计为适当地更改扬声器驱动器的指向性或辐射模式，并且指向性被变窄以增强声音弹离相邻表面(诸如收听房间的墙壁或地板)。在某些场景下，收听环境的附加特性可能使托架配置是必要的，诸如天花板有很强的吸收性或者不寻常地高的情况。在这样的情况下，沿着反射路径行进的声音的量可能被减弱，因此可能期望传送更多的或更少的声音。可替代地，也可以(通过机械或自动化手段)更改向上发射驱动器的倾斜角来增加或减少来自驱动器的直接路径信号的量，从而提高再现效率。当该直接路径分量改变时，那么可能期望相应地改变滤波器缩放参数。这可以通过更改扬声器的倾斜角和/或托架设计来实现。不同的托架因此可以被提供特定的扬声器以提供不同的滤波器缩放参数。

在实施例中，另一种无源虚拟高度滤波器配置可以涉及扬声器外壳本身的形状、组成和/或大小。对于该实施例，外壳被设计为具有至少部分地创建图5的频率响应的大小和形状。外壳的材料组成(例如，木制叠层、塑料、铝、玻璃纤维等)也可以被选择以帮助创建期望的频率响应。另外，扬声器可以并入或包括剪裁声音或者使声音成形以生成频率响应中的某些谷或峰的某些声学/机械结构，诸如挡板、切口、共振腔等。

向上发射驱动器或扬声器系统内的一个驱动器或多个驱动器的设计、形状和组成也可以被配置为给予至少某种程度的虚拟高度滤波特性。

组合的有源/无源虚拟高度滤波器

在实施例中，可以通过托架、电部件、数字滤波、驱动器本身的频率特性以及外壳的形状的组合来生成如图22所示的期望的耳廓滤波器曲线。图26是示出自适应音频系统的部件的框图，该自适应音频系统包括一起生成期望的虚拟高度滤波效果的若干个组合的部件。例如，托架可以被设计为生成期望滤波器在大约7kHz处的峰值响应，并且电部件可以生成期望滤波器在大约12kHz处的响应中的跌落。在另一个实施例中，托架可以被设计为生成这样的峰，该峰比所需的宽，但是具有足够的间隔以允许驱动器移动以足够地生成其最低频率，大约12kHz处的跌落可以由电部件生成，并且数字滤波可以用于修复组合的托架、外壳和电响应以及期望响应之间的任何误差。在另一个示例中，驱动器可以被特别地选择或设计为在大约7kHz处具有峰值响应，大约12kHz处的跌落可以由电部件生成，并且数字滤波可以用于修复组合的驱动器和电响应以及期望响应之间的任何误差。

图26是示出自适应音频系统的部件的框图，该自适应音频系统包括一起生成期望的虚拟高度滤波效果的若干个组合的部件。通常被发送到扬声器系统中的向上发射驱动器的音频的反射声音分量3001通过虚拟高度滤波器3010被处理，虚拟高度滤波器3010应用滤波功能来产生如图5或图22所示的期望的频率响应。滤波功能3010由扬声器系统的一个或多个部件提供，该扬声器系统包括模拟滤波器电路3002、数字滤波器电路3004、专门配置的扬声器托架3006以及专门配置的扬声器部件(诸如外壳和/或驱动器3008)。模拟和数字滤波器电路3002和3004一般表示有源部件，因为它们需要电力来操作和/或处理音频输入3001的电信号。托架和扬声器部件3006和3008一般表示无源部件，因为它们不需要电力并且通过声学/机械手段对音频输入3001的声学信号进行处理。如上所述，部件3002-3008的任何一个或者全部可以单独地或者组合地使用以生成期望的虚拟高度滤波器功能3010。例如，一些部件可以用于产生一般滤波器形状，而其它部件可以强调或修改频率响应曲线的特定区域。同样地，不同的部件可以用于提供不同的频率响应，以使得这些部件的组合一起生成期望的响应曲线。部件的组成和组合可以根据实际的系统约束和要求剪裁。

如图19所示，渲染器将分开的高度信号和直接信号直接输出到相应的向上发射驱动器和直接发射驱动器。可替代地，渲染器可以输出单个音频信号，该单个音频信号被分立的分离或分频电路分成高度分量和直接分量。在某些情况下，高度分量和直接分量可以是频率无关的，并且外部分离电路用于将音频分成高度和直接声音分量和将这些信号路由到适当的相应的驱动器，其中，虚拟高度滤波将应用于向上发射扬声器信号。然而，在大多数常见情况下，高度分量和直接分量可以是频率相关的，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)分量以供传送到适当的驱动器。这通常是最有用的情况，因为高度线索通常更普遍的是在高频信号中而不是低频信号中，并且对于该应用，分频电路可以与虚拟高度滤波器部件结合使用或者集成在虚拟高度滤波器部件中以用来将高频信号路由到向上发射驱动器并且将低频信号路由到直接发射驱动器。

实施例针对通过优化覆盖托架的形状和配置来提供扬声器驱动器的频率响应成形以对传送反射离开收听房间的天花板的声音的向上发射扬声器提供虚拟高度滤波功能。托架被配置为通过对传送的声音提供耳廓滤波器响应曲线来提供强调虚拟高度声音分量的感知的期望的频率响应。托架被设计为适当地更改扬声器驱动器的指向性或辐射模式，并且指向性被变窄以增强声音弹离相邻表面(诸如收听房间的墙壁或地板)。

总的来说，本文中所描述的并入虚拟高度滤波托架和其它无源结构的向上发射扬声器可以用于使声音反射离开硬的天花板表面以模拟定位在天花板中的头顶/高度扬声器的存在。自适应音频内容的引人注目的属性是使用头顶扬声器的阵列来再现空间上多样的音频。然而，如上所述，在许多情况下，安装头顶扬声器在家庭环境中太昂贵或者不切实际。通过使用在水平面中通常定位的扬声器来模拟高度扬声器，可以在容易定位扬声器的情况下创建引人注目的3D体验。在这种情况下，自适应音频系统正在以新的方式使用向上发射/高度模拟驱动器，因为音频对象及其空间再现信息正被用于创建通过向上发射驱动器再现的音频。内置的虚拟高度滤波功能帮助调和或最小化与反射声音相比可以直接传送到收听者的高度线索，以使得通过头顶反射信号适当地提供高度的感知。

总的来说，本文中所描述的并入虚拟高度滤波技术的向上发射扬声器可以用于使声音反射离开硬的天花板表面以模拟定位在天花板中的头顶/高度扬声器的存在。自适应音频内容的引人注目的属性是使用头顶扬声器的阵列来再现空间上多样的音频。然而，如上所述，在许多情况下，安装头顶扬声器在家庭环境中太昂贵或者不切实际。通过使用在水平面中通常定位的扬声器来模拟高度扬声器，可以在容易定位扬声器的情况下创建引人注目的3D体验。在这种情况下，自适应音频系统正在以新的方式使用向上发射/高度模拟驱动器，因为音频对象及其空间再现信息正被用于创建通过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直接传送到收听者的高度线索，以使得通过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

1.一种音频处理设备，包括：

与扬声器系统的接口，所述扬声器系统至少具有向上发射驱动器，所述向上发射驱动器相对于直接发射驱动器传送反射声波；和

虚拟高度滤波器，所述虚拟高度滤波器包括：

有源虚拟高度滤波器电路，所述有源虚拟高度滤波器电路被配置为通过至少部分地移除来自扬声器位置的方向线索并且至少部分地插入来自反射点的方向线索来产生对于传送到所述向上发射驱动器的信号的频率响应曲线的至少一部分，以创建目标传递曲线，所述目标传递曲线对存在于直接传送通过房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开所述房间的天花板的声波中的高度线索；以及

无源虚拟高度滤波器系统，所述无源虚拟高度滤波器系统被配置为产生所述频率响应曲线的至少一部分，并且被并入在所述向上发射驱动器或者封装所述向上发射驱动器的外壳的机械方面中。

2.根据权利要求1所述的音频处理设备，其中，所述有源虚拟高度滤波器电路包括模拟滤波器电路和数字滤波器电路中的至少一个，并且其中，所述数字滤波器电路包括数字信号处理(DSP)电路。

3.根据权利要求2所述的音频处理设备，其中，所述虚拟高度滤波器进一步包括分频器，所述分频器具有低通部分和高通部分，所述低通部分被配置为将低频信号传送到直接发射驱动器，所述高通部分被配置为将高频信号往上传送到向上发射驱动器。

4.根据权利要求1、3中的任何一项所述的音频处理设备，其中，所述无源虚拟高度滤波器系统包括托架，所述托架覆盖具有生成反射声波的锥盆的扬声器驱动器的至少一部分，并且被贴附在邻近驱动器的定义的距离处，所述托架被配置为对于声波给予频率响应，并且提供所述虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。

5.根据权利要求4所述的音频处理设备，其中，被设计为给予频率响应的所述托架的配置包括以下中的至少一个：托架的形状和轮廓、从托架到扬声器驱动器的距离、以及托架的网状图案或穿孔的图案、大小和数量。

6.根据权利要求1、3、5中的任何一项所述的音频处理设备，其中，所述无源虚拟高度滤波器系统包括外壳的结构部件，所述外壳的结构部件封装所述向上发射驱动器，并且被配置为对于声波给予频率响应，以及提供所述虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。

7.根据权利要求6所述的音频处理设备，其中，所述外壳的结构部件包括以下中的一个：外壳的形状和大小、外壳的内部挡板、外壳的内部共振腔。

8.根据权利要求1、3、5、7中的任何一项所述的音频处理设备，其中，由一个或多个部件应用的虚拟高度滤波功能包括耳廓滤波器响应曲线，所述耳廓滤波器响应曲线对存在于直接传送通过所述房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开所述天花板的反射声波中的高度线索，其中，所述一个或多个部件包括模拟滤波器电路、数字滤波器电路、托架、外壳的结构部件以及驱动器中的一个或多个。

9.根据权利要求8所述的音频处理设备，其中，所述一个或多个部件中的至少一个被配置为生成所述频率响应曲线中的峰值响应，并且所述一个或多个部件中的另一个被配置为生成所述频率响应曲线中的跌落。

10.根据权利要求9所述的音频处理设备，其中，所述峰值响应在7kHz处，并且所述跌落在12kHz处。

11.根据权利要求9所述的音频处理设备，进一步包括单调提升部件，所述单调提升部件利用高频提升来扩增所述频率响应曲线，以便实现所述房间内的收听位置处的更平坦的总体频率响应。

12.根据权利要求11所述的音频处理设备，其中，所述单调提升部件被配置为将高频提升提供到所述向上发射驱动器的参考轴测量的目标频率响应中，以补偿由于有差别的方向辐射和反射离开所述天花板而导致的高频衰减。

13.根据权利要求11或权利要求12中的任何一项所述的音频处理设备，其中，所述单调提升部件被配置为提供始于5kHz的每个倍频程4dB的提升。

14.根据权利要求8所述的音频处理设备，其中，所述一个或多个部件中的至少一个被配置为生成总体上定义所述虚拟高度滤波器的宽频率响应曲线，并且所述一个或多个部件中的另一个被配置为校正误差和使所述宽频率响应曲线符合所述虚拟高度滤波器的更接近的逼近。

15.一种用于在扬声器系统中使用的虚拟高度滤波器，所述扬声器系统具有使声波反射离开房间的天花板到达所述房间中的收听位置的向上发射驱动器，所述虚拟高度滤波器包括：

有源虚拟高度滤波器电路，所述有源虚拟高度滤波器电路被配置为通过至少部分地移除来自扬声器位置的方向线索并且至少部分地插入来自反射点的方向线索来产生对于传送到所述向上发射驱动器的信号的频率响应曲线的至少一部分，以创建目标传递曲线，所述目标传递曲线对存在于直接传送通过所述房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开所述天花板的声波中的高度线索；以及

16.根据权利要求15所述的虚拟高度滤波器，其中，所述有源虚拟高度滤波器电路包括模拟滤波器电路和数字滤波器电路中的至少一个，并且其中，所述数字滤波器电路包括数字信号处理(DSP)电路。

17.根据权利要求16所述的虚拟高度滤波器，进一步包括分频器，所述分频器具有低通部分和高通部分，所述低通部分被配置为将低频信号传送到直接发射驱动器，所述高通部分被配置为将高频信号往上传送到向上发射驱动器。

18.根据权利要求15-17中的任何一项所述的虚拟高度滤波器，其中，所述无源虚拟高度滤波器系统包括以下中的至少一个：托架，所述托架覆盖具有生成声波的锥盆的扬声器驱动器的至少一部分，并且被贴附在邻近驱动器的定义的距离处，所述托架被配置为对于声波给予频率响应，并且提供所述虚拟高度滤波器的功能中的至少一些；以及外壳的结构部件，所述外壳的结构部件被配置为对于声波给予频率响应，并且提供所述虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。

19.根据权利要求18所述的虚拟高度滤波器，其中，被设计为给予频率响应的所述托架的配置包括以下中的至少一个：托架的形状和轮廓、从托架到扬声器驱动器的距离、以及托架的网状图案或穿孔的图案、大小和数量。

20.根据权利要求19所述的虚拟高度滤波器，其中，所述外壳的结构部件包括以下中的一个：外壳的形状和大小、外壳的内部挡板、外壳的内部共振腔。

21.根据权利要求15-17、19-20中的任何一项所述的虚拟高度滤波器，其中，由一个或多个部件应用的虚拟高度滤波功能包括耳廓滤波器响应曲线，所述耳廓滤波器响应曲线对存在于直接传送通过所述房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开所述天花板的声波中的高度线索，其中，所述一个或多个部件包括模拟滤波器电路、数字滤波器电路、托架、外壳的结构部件以及驱动器中的一个或多个。

22.根据权利要求21所述的虚拟高度滤波器，其中，所述一个或多个部件中的至少一个被配置为生成所述虚拟高度滤波器的峰值响应，并且所述一个或多个部件中的另一个被配置为生成所述虚拟高度滤波器的响应中的跌落。

23.根据权利要求21所述的虚拟高度滤波器，其中，所述一个或多个部件中的至少一个被配置为生成总体上定义所述虚拟高度滤波器的宽频率响应曲线，并且所述一个或多个部件中的另一个被配置为校正误差和使所述宽频率响应曲线符合所述虚拟高度滤波器的更接近的逼近。

24.一种用于对扬声器系统提供虚拟高度滤波器传递函数的方法，所述扬声器系统具有使声波反射离开房间的天花板到达所述房间中的收听位置的向上发射驱动器，所述方法包括：

提供有源虚拟高度滤波器电路，所述有源虚拟高度滤波器电路被配置为通过至少部分地移除来自扬声器位置的方向线索并且至少部分地插入来自反射点的方向线索来产生对于传送到所述向上发射驱动器的信号的频率响应曲线的至少一部分，以创建目标传递曲线，所述目标传递曲线对存在于直接传送通过所述房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开所述天花板的声波中的高度线索；以及

提供无源虚拟高度滤波器系统，所述无源虚拟高度滤波器系统被配置为产生所述频率响应曲线的至少一部分，并且被并入在所述向上发射驱动器或者封装所述向上发射驱动器的外壳的机械方面中。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述扬声器系统回放音频内容，所述音频内容包括具有高度线索的基于对象的音频，所述高度线索表示从位于包含所述扬声器的房间中的收听者上方的表观源发出的声音。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述有源虚拟高度滤波器电路包括模拟滤波器电路和数字滤波器电路中的至少一个，并且其中，所述数字滤波器电路包括数字信号处理(DSP)电路。

27.根据权利要求24-26中的任何一项所述的方法，其中，所述无源虚拟高度滤波器系统包括以下中的至少一个：托架，所述托架覆盖具有生成声波的锥盆的扬声器驱动器的至少一部分，并且被贴附在邻近驱动器的定义的距离处，所述托架被配置为对于声波给予频率响应，并且提供所述虚拟高度滤波器的功能中的至少一些；以及外壳的结构部件，所述外壳的结构部件被配置为对于声波给予频率响应，并且提供所述虚拟高度滤波器的功能中的至少一些。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，被设计为给予频率响应的所述托架的配置包括以下中的至少一个：托架的形状和轮廓、从托架到扬声器驱动器的距离、以及托架的网状图案或穿孔的图案、大小和数量。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述外壳的结构部件包括以下中的一个：外壳的形状和大小、外壳的内部挡板、外壳的内部共振腔。

30.根据权利要求24-26、28-29中的任何一项所述的方法，其中，由一个或多个部件应用的虚拟高度滤波功能包括耳廓滤波器响应曲线，所述耳廓滤波器响应曲线对存在于直接传送通过所述房间的声波中的高度线索进行补偿，从而有利于存在于反射离开所述天花板的声波中的高度线索，其中，所述一个或多个部件包括模拟滤波器电路、数字滤波器电路、托架、外壳的结构部件以及驱动器中的一个或多个。

31.根据权利要求24-26、28-29中的任何一项所述的方法，进一步包括提供高频提升来扩增所述频率响应曲线以便实现所述房间中的收听位置处的更平坦的总体频率响应。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，在所述向上发射驱动器的参考轴测量的目标频率响应中提供高频提升，以补偿由于有差别的方向辐射和反射离开所述天花板而导致的高频衰减。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述高频提升提供始于5kHz的每个倍频程4dB的提升。

34.一种具有存储在其上的指令的计算机可读介质，所述指令被处理器执行以实现根据权利要求24-33中的任一项所述的方法。