CN106658327B

CN106658327B - 声级估计

Info

Publication number: CN106658327B
Application number: CN201610969663.3A
Authority: CN
Inventors: 埃斯本·斯科文伯格
Original assignee: Music Group IP Ltd
Current assignee: Music tribe innovation Denmark Ltd.
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2036-10-28
Also published as: EP3163914B1; EP3163914A2; US20170127206A1; CN106658327A; US10708701B2; EP3163914A3

Abstract

公开了一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的方法。该方法包括基于输入信号实时地确定声压级或声曝的估计值。该音响系统是声级校准的音响系统。还公开了一种实时声级估计器。还公开了一种方法和实时声级估计器，其中，估计值基于以传声器测量值为基础的系统特性的近似值或者分别为多个收听位置确立。还公开了用于校准并监控音响系统的方法以及校准及监控设备。

Description

声级估计

技术领域

本发明涉及声级估计。

背景技术

许多房间或大厅安装有音响系统，从而使得例如可以为大厅中的观众或宾客播放音乐或通知。类似地，演唱会场地会安装有PA系统，电影院会安装有电影声重发系统，并且演播室会安装有音频监控系统。

现代的演播室、电影院或家庭剧院会具有某种类型的环绕音响系统，支持至少5.1或7.1通道声重发。酒吧、咖啡馆和迪斯科舞厅通常安装有“家庭”音响系统，包括众多扬声器，数十个或甚至数百个。在更大的设施中，可以在不同的区域播放不同的音频源，从而使得在两个不同位置的“听众”将听到相同的音频但是处于不同的声级，或者完全不同的音频。

在所有上述情况中，令人期望的是知道音响系统所覆盖的声学环境中的不同位置的声压级(SPL)。可以监控SPL例如以便确保不超过最大SPL。或者，可以针对每个区域中的预期SPL检查不同位置或区域处的SPL。监控SPL对于场所的所有者、活动的组织者以及音频工程师、DJ或混音或控制声音源的水平和/或为扬声器供电的放大器的声级的操作人员可能有用。

为了测量SPL，在某个位置，通常采用声级计(例如，如IEC 61672中所规定的)。独立设备(例如，Brüel和

的声级计-类型2250)或具有全向特征的测量传声器连接到在PC上运行的声级测量软件，PC安装有具有经校准的A/D转换器的音频i/o接口。图1示出了其中声级计用于测量声学环境中的SPL的现有技术实施例。图2示出了其中在两个不同的收听位置测量SPL的现有技术实施例。如果SPL是稳定的或可再现的，可以通过使用仅一个声级计按顺序测量收听位置处的SPL，但是如果需要监控SPL或者需要确定某个时间段期间的最大SPL，则每个收听位置都需要声级计。

通常手持的或者设置在三脚架上的独立的声级计将很好地适合SPL的“抽查”。但是，永久地安装这种设备将是不切实际的，一是由于设备购买和维护成本，二是由于例如在咖啡馆或演唱会场地的中心将声级计安装在三脚架上的不方便性。维护将包括定期确保设备的正确操作以及校准灵敏度vs绝对声级。

此外，测量将需要被收集或下载到中央存储设备中以便保持与不同的日子或活动相对应的SPL记录。仅将测量传声器安装在感兴趣的位置并且将实际的声音测量设备储存在某个其他地方将是另一种方式。在这种情况下，传声器和测量设备将需要通过线缆连接，该线缆承载音频信号并且通常为传声器进行“幻象供电”。

在实际的声学环境中，即，具有不同材料的家具和反射表面，多个扬声器的组合效果将意味着产生的SPL以及声音的染色可以在不同的位置之间显著地不同。因此，将需要多个声级计，每个测量位置一个声级计，每个声级计具有其自身的测量传声器，因此遭遇与单个位置相同的问题，仅加倍了而已。

当测量SPL时，若干不同的测量值可能是感兴趣的：峰值SPL将反映最大瞬时声学声级。此外，将在最近(比方说)15分钟时间段期间对SPL求平均并且被报告为L_eq，“等效连续声级”，经常是A或C频率加权的。地方政府可能限制公共活动的一个或多个时间段期间的最大允许L_eq。

积分声压通常被称为声曝，并且可以进一步是A加权的并且是针对正常的8小时工作日计算的(ISO 1999；IEC 61252)。这种测量值在国家和国际机构的规章中采用，以控制并限制特别是与工作场所中的噪声(包括音乐)有关的噪声引起的听力损耗(NIHL)。最近的示例为：欧洲议会和理事会于2003年2月6日针对有关工作人员暴露于物理因素(噪声)所引起的危险的最低健康安全要求的指令2003/10/EC。

某些现有技术方法用于估计并限制例如某个头戴式耳机或个人媒体播放器的用户会暴露于的SPL。它们是基于技术特征的现有知识，例如特定设备中的放大器和/或换能器的灵敏度。它们经常采用非常原始的手段，例如仅限制输出信号的电压或者限制设备的放大增益。这些过程不直接对应于控制或限制实际的声曝。图3示出了具有声级控制的现有技术个人音响系统，其中，SPL/SE估计器使用有关音频放大器和头戴式耳机换能器的知识基于声音将被直接传送到用户的耳朵中并且不与更开放的声学空间相互作用的事实来控制SPL。

第8,737,630号美国专利公开了一种估计声曝以减少当通过耳机或头戴式耳机收听音乐时存在噪声引起的听力损耗的风险。该估计可以基于放大器之前或之后的耳机中的传声器测量值或音频信号的测量值。第7,013,011号美国专利公开了一种用于限制用户可从电话耳机听到的可能声压级的系统。该系统使用包括放大器、头戴式耳机和耳朵耦合特征的预定传递函数来估计输入音频信号将造成的SPL，并且如果所估计的SPL高于某个阈值则衰减输入音频信号。

现有技术方法的问题是它们受限于特定设备，例如，特定的MP3播放器或特定的头戴式耳机。此外，一个最严重的限制在于，这些现有技术方法无法应用于声学环境中的扬声器，因为它们是基于换能器(例如，头戴式耳机或入耳式耳机)与用户/收听者的耳朵“直接耦合”的假设。当考虑到具有多个扬声器相互作用在不同的位置产生变化的声级的声学环境时，限制性更大，与具有基本上每只耳朵一个扬声器的耳机环境相反。

还有测量一个人通常在工作日期间暴露于其中的声曝的其他现有技术设备；这种设备被称为个人噪声剂量计。这些设备是自持的和便携式的，并且必须由用户全程“穿戴”，通常是在他或她的肩膀上。每个设备将包含用于连续地测量该用户将暴露于其中的噪声或声级，然后累积并显示“剂量”的传声器。如果该剂量超过某个限制，该设备将发出警告，并且该用户可能例如被鼓励穿戴听力保护装置。

这种设备的三个主要限制是：1)初始成本，2)维护(例如，校准和充电)以及3)每个人一直持有并穿戴剂量计所需的自律。

发明内容

认识到现有技术的上述缺点之后，发明人发明了用于估计声学特性诸如例如声压级或声曝的新的且有用的方法和装置。本发明的各实施例可以例如在不需要放置在感兴趣的位置的声级计或剂量计或传声器的情况下促成这种估计。本发明的各实施例可以例如在不需要若干声级计或剂量计或传声器的情况下在若干感兴趣的位置促成这种估计。本发明的各实施例可以例如针对在声学环境中由多个扬声器产生的声音促成这种估计。

一方面，本发明涉及一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的方法，所述方法包括基于所述输入信号实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值；其中，所述音响系统是声级校准的音响系统。

经常需要在多个扬声器向声学环境中播放声音时了解所产生的声压级或声曝。本发明的各个实施例有利地在不需要采用传声器来测量所播放的声音的情况下估计声压级、声曝或有关测量值。

通过本发明，有效地解决了与安装测量传声器有关的若干问题，例如，其成本、供电、维护、布线、干扰建筑美学和观众。根据本发明，这是通过使用到音响系统的输入信号确定估计值而不是依赖于测量传声器实现的。因此，本发明的各实施例无干扰性、不占据声学环境中的空间并且可以对声学环境中的人或听众完全不可见。

本发明的令人惊讶的效果是可以在安装和维护(经校准的)测量传声器由于成本、架构、美观、卫生、灰尘、观众空间等等而不可行或不切实际的地方采用SPL或声曝测量和控制。

本发明的另一个令人惊讶的效果是SPL或声曝估计值独立于次声源，诸如周围环境、背景噪声、观众等等。这可以很好地符合政府规定，因为政府规定可能也关注“房屋”所产生的声音，而组织者或设施的所有者不能对观众或宾客所产生的噪声负责。

估计值被实时地确定，从而使得可以连续地估计“当前”或瞬时SPL。此外，可以估计平均或积分测量值，例如L_eq或暴露声级，通常覆盖固定的持续时间(例如，15分钟或8小时)或活动(例如，演唱会)的持续时间所产生的声音。实时被理解为：当输入信号进入时，连续地接收和/或处理输入信号，即，无需获得输入信号的“未来”部分。声压级或声曝的估计值可以被定期地或按需地更新，并且这些估计值将基于“迄今”所接收到的输入信号(或其部分)。估计值的显示不一定是实时的而是可以例如在某个活动，例如演唱会、工作日或会议结束之后发生。

声压级被理解为任何瞬时的、峰值的或时间加权的声压、声强或声压级(例如，L_AF、L_Cpk)，声曝被理解为任何积分或平均声压或声音(压力)声级(例如，L_eq、L_avg、E、SEL、剂量或TWA)，如声学领域的技术人员可以认识到的那样。

根据本发明计算的估计值是基于到音响系统的输入信号，该输入信号可以由一个或多个音频通道组成。输入信号被理解为通常是输入音频信号的电气或光学表示，以任何模拟量或数字编码。这个输入信号的源可以例如是录音的回放、其他源的混音或现场活动的录制。这些估计值可以由集成在音响系统中的处理器或者由向其提供输入信号的外部设备计算。在各实施例中，可以在音响系统的各个节点分接输入信号，例如，在其输入端处，在任何预处理，例如解码、前置放大、归一化、均衡化或其他滤波之后，在应用用户定义的增益或“音量”设置之后，在功率放大之前或之后，或者甚至在扬声器的功率输出端，等等。

本发明的实施例依赖于被声级校准的音响系统。可以例如在安装音响系统时或者在某个活动发生之前实现这个先决条件。在实际声学环境中使用被声级校准的音响系统是有利的，以便获得更准确的估计值。

声级校准可以涉及声学环境中的单个位置，例如主收听位置。可替代地，声级校准可以涉及某个区域或者涉及多个位置，在这种情况下，可以通过对多个单独的位置求平均来执行声级校准。结果是，SPL或声曝的估计值通常对于已经校准的音响系统的位置是最准确的。

声学环境被理解为具有足够大的音量而使得该声学环境中的人的每只耳朵可以从这些扬声器中的多于一个扬声器接收到声音的任何演播室、房间、大厅、剧院或室外空间。因此，提及“声学环境中的扬声器”，我们排除了例如抵靠一只耳朵的耳机和移动电话换能器。

在有利的实施例中，所述方法包括计算所述输入信号的一对或多对通道的通道间相关性以及通过使用所述计算的通道间相关性实时地确定声压级或声曝的所述估计值来进一步改善所述声压级或声曝的所述估计值。

通常，到包括多个扬声器的音响系统的输入信号将是多通道信号(例如，由2、5或甚至22个通道组成)。任何通道对中的信号可以在某个程度上相关；在极端情况下，这些信号完全相同，等同于1.0的常相关性。更实际地，相关性将在0.0和1.0之间浮动，但是有时也可能发生负相关性，取决于馈送输入信号的源的混音、格式和性质。

时变通道间相关性在任何扬声器通道对的声学求和中有用。由于声波(对)的叠加，声学环境的SPL可以比这些声音通道中的一个通道的SPL大高达6dB，即，两个完全相同的声音的相长干涉。另一方面，声音可以是“不相关的”，在这种情况下，两个声音之和得到的SPL将仅仅高3dB。

由此，通过直接从输入信号计算通道间相关性，可以通过连续地采用不同通道的贡献的适当加和改善所估计的SPL或声曝的准确性。通道越多，潜在的通道间相关性的影响就越大：对于3个通道，影响高达4.8dB；对于4个通道，高达6.0dB；对于5个通道，高达7.0dB；对于6个通道，高达7.8dB。这些数字仅考虑介于0和1之间的通道间相关性。

在有利的实施例中，所述方法包括提供所述声学环境的预定扩散度，以及通过使用所述计算的通道间相关性和所述声学环境的所述扩散度实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值来进一步改善所述声压级或声曝的所述估计值。

通道间相关性影响所得的SPL的程度取决于声学环境的扩散度。如果该环境是极端“阻尼的”，例如消声室，变化的通道间相关性将具有最大的影响。相比之下，如果声学环境是非常混响的，被称为“扩散场”，应当在SPL估计值上给出的通道间相关性的影响应当非常小。

可以通过实际声学环境中的传声器测量值(例如，校准音响系统时)来预先确定、或查找、猜测或从列表选择(例如，“小混响室”、“中等阻尼的大厅”等等)声学环境的实际扩散度。

在有利的实施例中，所述方法包括对所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个或多个扬声器的频率响应进行近似，以及通过使用所述频率响应近似值实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值来进一步改善所述声压级或声曝的所述估计值。

优选地，滤波器被用于对声学环境中的单独扬声器的频率响应进行近似。这种滤波器将对扬声器和房间组合地产生的声音的“染色”进行模拟。甚至专业的音响系统通常不具有完全平坦的频率响应。因此，将通过向“未染色的”输入信号应用滤波器来改善SPL估计值的准确性，优选地作为确定估计值的第一步骤。

由于例如其在房间中的位置的影响，不同的滤波器可以优选地应用于每个扬声器，即使它们是相同的类型和型号。滤波器可以被设计成匹配平滑的(即，“不详细的”)振幅响应曲线，仅对实际频率响应进行近似。因此，滤波器可以由具有相对低阶的，即，计算上简单的IIR滤波器实现。这种近似可以仍然是有效的，因为实际频率响应的精细细节通常对宽带信号，例如音乐的SPL具有相对较小的影响。

可以通过作为本发明的实施例的一部分的功能测量实际每个扬声器的频率响应，作为初始步骤。或者它可以在外部测量，例如由音响系统的安装人员在其校准时测量，然后转为本发明的实施例。作为提供近似值的其他方式，可以使用典型的频率响应的预定义模板或声学环境的理论模型。

在有利的实施例中，所述方法包括对所述声学环境中的混响特征进行近似，以及通过使用所述混响特征近似值实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值来进一步改善所述声压级或声曝的所述估计值。

在各实施例中，声学环境的混响特性的可以用单个数字，通常为混响时间(例如，R_T60)来表征，或者更详细地表征，例如每个八度音阶的能量时间曲线(ETC)。在混响房间或大厅，可以通过模拟混响对输入信号的影响来改善某些SPL测量值的估计值。因为不需要实际的“输入信号加混响”，而是仅需要其产生的SPL，可以使用混响特征的基本近似值。例如，可以对RMS包络(作为计算SPL估计值的一部分)施加指数衰减，其中衰减斜率对应于房间的例如R_T60。

当应用混响特征的近似值来确定瞬时或最大SPL的估计值时得到了特别有利的实施例。可以从房间维度和等效的吸收表面(例如，Sabine方法)推导出实际声学环境的基本混响特征；或者可以基于房间的测量的脉冲响应计算这些特征(更详细地)。作为提供近似值的其他方式，可以使用典型的混响大厅或房间的预定义模板或声学环境的理论模型。

在有利的实施例中，所述方法包括提供所述音响系统的与多个预定的不同收听位置有关的一个或多个特性，以及通过使用所述音响系统的所述特性针对所述多个预定的不同收听位置中的一个或多个位置确定声压级或声曝的所述估计值。

该多个扬声器的声学混音一般在房间或大厅中的不同收听位置不同，部分地由于到单独扬声器的距离不同，并且部分地由于声学环境的反射等等的贡献不同。根据本发明的实施例，因此可以通过考虑在不同的收听位置确定的音响系统的一个或多个特性改善SPL和声曝的估计值。在不同的收听位置确定的这种特性，可以仅仅是每个扬声器的相对声级。结合计算通道间相关性使用，由于其影响其声波的叠加，到单独扬声器的延迟将是相关的。特别有利的，可以为多个收听位置确定频率响应的近似值。

例如演唱会大厅或室外音乐场所，可以包括数个特别感兴趣的位置，比如在舞台前方、在混音器处、在酒吧处、或者甚至在旁边的房间中。收听位置可以是指来自多个扬声器中的一个或多个扬声器的声音可能理论上能被识别的任何空间位置，并且不一定是指预期用来收听声音的位置。而是，有关例如SPL或声曝的知识可能被需要或者可能相关的收听位置可以通常是观众之间的平均或分布位置、人们工作或停留或生活而不管声音是否是针对他们的位置、人们可能偶尔暴露于未预期的或不知道的声音的位置、在标准、规定或建议或合约中规定的理论位置，例如，地板上方1.2米或4英尺等等。

本发明的该实施例的令人惊讶的效果是可以为多个收听位置或者典型的“观众位置”产生SPL和声曝的单独估计值，成本仅仅是额外的计算和优选地初始校准；不需要额外地安装传声器和硬件、布线等等。换言之，本实施例的特征在于优越的可量测性。可以同时或替代地使用多个估计值。

在有利的实施例中，所述方法包括对所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器和预定的收听位置组成的每一对之间的传递函数进行近似，以及通过使用所述传递函数近似值实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值来进一步改善所述声压级或声曝的所述估计值。

可以为每对扬声器和收听位置确定传递函数；换言之，对于N个扬声器和M个预定收听位置，有N·M个传递函数。传递函数的形式可以为例如复合频率响应或脉冲响应。对于每一个收听位置，输入信号的每一个通道可以由实现相应的扬声器的传递函数的滤波器处理(即，卷积)。可以通过进行这个处理，优选地作为第一步骤，来确定所述估计值而确定SPL或声曝的改善的估计值。

本实施例的有利之处在于其本质上考虑频率响应、通道间相关性和混响(全部如上所述)的组合效应，尽管还会导致由每个脉冲响应的可能若干100,000点的长度所造成的相对较高的计算复杂性。

在有利的实施例中，所述方法包括基于所述声压级或声曝的所述估计值来衰减所产生的所述声音，以使所述估计的声压级或声曝不超过预定的阈值。

可能希望的是SPL或声曝保持在某个最高水平以下，例如以满足政府要求或保护不受噪声引发的听力损耗。本发明的实施例包括声级控件，在到音响系统的输入信号由扬声器播放之前，可以通过这个声级控件对该输入信号进行衰减和/或动态压缩。该声级控件充分地衰减该信号从而使得SPL或SE估计值保持在指定的最大限制以内。本实施例可以有利地与在多个预定的收听位置估计SPL或声曝相组合。

一方面，本发明涉及一种响应于到声级校准的音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的实时声级估计器，所述声级估计器包括：用于接收所述输入信号的输入信号输入端；处理器；可由所述处理器访问的存储器，所述存储器存储用于所述处理器的指令以及所述音响系统的声级校准信息；以及用于提供所述估计值的估计值输出端；其中，所述处理器被布置成用于从所述输入信号输入端接收所述输入信号、模拟在所述声学环境中产生的所述声音的声级以及计算所述声压级或声曝的所述估计值并且将其提供在所述估计值输出端处；其中，声级的所述模拟是基于所述输入信号和所述声级校准信息。

根据本发明的实施例的实时声级估计器是非常有益的，因为其允许估计例如声压级、声曝或相关的测量值而不需采用传声器来测量所播放的声音。因此，与安装测量传声器或临时地应用测量传声器相关的若干问题得以避免。该实时声级估计器可以优选地被配置成用于执行上述实时地确定声压级或声曝的估计值的方法，并且可以有利地用有关该方法的上述任何特征进行修改。

一方面，本发明涉及一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的方法，所述方法包括基于所述输入信号和带有所述声学环境中的扬声器的所述音响系统的一个或多个系统特性的近似值实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值；其中，所述近似值是基于传声器测量值。

本发明的实施例依赖于使用一个或多个系统特性的近似值从输入信号计算声级估计值的声级估计器。系统特性可以涉及音响系统的特性、声学环境的特性或其组合，例如，扬声器的传递函数或频率响应，或优选地，具体声学环境中的扬声器、扬声器的位置信息、延迟、它们如何以不同的频率与房间相互作用、房间特征例如混响或扩散度。

根据本实施例，系统特性的近似值是基于传声器测量值以改善近似值的可靠性。然而，尽管传声器是有利地在音响系统的设置和校准期间用于确定系统特性的近似值，而根据本发明，在计算声压级和/或声曝的正常操作期间不需要这样做，因为本发明有利地将估计值基于输入信号。在用来自传声器的输入确立系统特性时，仔细设计的测试信号，例如，以下描述的多通道测试，可以优选地被应用于音响系统，例如，来自声级估计器自身。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值是预定的。

预定被理解为：在确定SPL或声曝的所述估计值之前确立的。根据本发明，在正常操作期间不需要传声器而仅仅是为了校准目的，由此实现预定。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值包括所述音响系统的声学输出声级和电气或数字输入声级之间的关系的表示。

关系可以例如是所产生的声音的声级与输入信号的声级之比，其中，通过传声器测量所产生的声音，并且从输入信号测量输入信号声级。优选地可以基于被设计用于这个目的的某些测试信号，例如带限粉红噪声，的传声器测量值对该关系进行近似。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值包括所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个或多个扬声器的频率响应的近似值。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值包括所述声学环境的混响特征的近似值。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值与多个预定的不同收听位置有关。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值包括所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器与预定的收听位置构成的每一对之间的传递函数。

在有利的实施例中，所述方法包括计算所述输入信号的一对或多对通道的通道间相关性以及通过使用所述计算的通道间相关性实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值来进一步改善所述声压级或声曝的所述估计值。

在有利的实施例中，所述方法包括基于所述声压级或声曝的所述估计值来衰减所产生的所述声音以使得所述估计的声压级或声曝不超过预定阈值。

一方面，本发明涉及一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的实时声级估计器，所述声级估计器包括：用于接收所述输入信号的输入信号输入端；处理器；可由所述处理器访问的存储器，所述存储器存储用于所述处理器的指令以及带有所述声学环境中的多个扬声器的所述音响系统的一个或多个声级特性的近似值；以及用于提供所述估计值的估计值输出端；其中，所述处理器被布置成用于从所述输入信号输入端接收所述输入信号、模拟在所述声学环境中产生的所述声音的声级以及计算所述声压级或声曝的所述估计值并且将其提供在所述估计值输出端处；其中，声级的所述模拟是基于所述输入信号和和一个或多个系统特性的所述近似值；并且其中，一个或多个系统特性的所述近似值是基于传声器测量值。

因为其允许估计例如声压级、声曝或相关的测量值而不是在正常操作期间采用传声器来测量所播放的声音，根据本发明的实施例的实时声级估计器是非常有益的。因此，与安装测量传声器相关的若干问题得以避免。该实时声级估计器可以优选地被配置成用于执行上述实时地确定声压级或声曝的估计值的方法并且可以有利地用有关该方法的上述任何特征修改。

一方面，本发明涉及一种校准并监控音响系统的方法，所述音响系统包括用于响应于到所述音响系统的输入信号在声学环境中产生声音的多个扬声器，所述方法包括：在所述声学环境中对所述音响系统的一个或多个系统特性进行近似，所述近似基于所述声学环境中的使用传声器进行的测量值；以及基于所述近似值和所述输入信号而不是所述所产生的声音的传声器测量值实时地确定所述所产生的声音的声学特性的估计值。

根据本方面，本发明特别有益，因为其允许所产生的声音的声学特性的两步估计，例如，声压级、声曝、语音可懂度、清晰度或其他声学特性，其中，仅在校准音响系统的第一步骤期间使用传声器。该第一步骤可以是一次性事件或者可以定期地执行，但是在任何场景下，该设备允许在监控阶段期间估计所产生的声学特性而不需要传声器。因此，与安装测量传声器相关的若干问题得以避免。

校准音响系统被理解为：测量一个或多个电声特性并且验证和/或调整音响系统的参数，例如，放大增益、均衡器声级、交叉滤波器频率、通道延迟或者甚至是扬声器的物理位置。

监控音响系统被理解为：估计音响系统所产生的声音的声学特性并且显示、记录或检查一个或多个声学特性的范围。

在有利的实施例中，声学特性的所述估计值包括瞬时或平均声压或声压级和/或积分声压、声曝或暴露声级。

在有利的实施例中，声学特性的所述估计值包括语音可懂度，其可能需要在言语是所产生的声音的重要部分的某些场景中监控，例如在广播系统、会议系统、演讲演播室等中。

在有利的实施例中，声学特性的所述估计值包括语音传输指数STI或常见理解力等级CIS，即，音响系统和声学环境全部或部分渲染可懂言语的能力的测量值。

在有利的实施例中，声学特性的所述估计值包括清晰度，例如以“直达混响比”或“早晚到达声能比”的形式，例如，C50-测量值的估计值。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似包括确定所述音响系统的声学输出声级和电气或数字输入声级之间的关系的表示。

在有利的实施例中，所述确定包括计算所述输入信号的一对或多对通道的通道间相关性以及通过使用所述计算的通道间相关性实时地确定所述估计值来进一步改善所述声学特性的所述估计值。

在有利的实施例中，对所述一个或多个系统特性进行近似包括所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个或多个扬声器的频率响应、所述声学环境的混响特征和/或所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器与预定收听位置所构成的每一对之间的传递函数，并且其中，所述确定包括通过使用所述近似的系统特性实时地确定所述估计值来进一步改善所述声学特性的所述估计值。

在有利的实施例中，所述近似包括针对多个预定的不同收听位置对所述系统特性进行近似，并且其中，所述确定包括通过使用所述系统特性来针对所述多个预定的不同收听位置中的一个或多个收听位置确定所述声学特性。

在有利的实施例中，所述方法包括基于所述声学特性的所述估计值来衰减所产生的所述声音以使得所述声学特性不超过预定阈值。

一方面，本发明涉及一种用于校准并监控音响系统的校准及监控设备，所述音响系统包括用于响应于到所述音响系统的输入信号在声学环境中产生声音的多个扬声器，所述校准及监控设备包括：校准器，所述校准器包括传声器信号输入；实时声级估计器，所述估计器包括输入信号输入端和估计值输出端；处理器，所述处理器被布置成用于执行所述校准器和所述实时声级估计器的处理；以及可由所述处理器访问的存储器，所述存储器存储用于所述处理器的指令以及带有所述声学环境中的扬声器的所述音响系统的一个或多个系统特性的近似值；其中，所述校准器被布置成用于基于所述声学环境中的在所述传声器信号输入端接收的传声器测量值确定一个或多个系统特性的所述近似值并将其存储在所述存储器中；其中，所述实时声级估计器被布置成用于从所述输入信号输入端接收所述输入信号、模拟在所述声学环境中产生的所述声音的声级以及计算所述所产生的声音的声学特性的估计值并且将所述估计值提供在所述估计值输出端处；并且其中，声级的所述模拟基于所述输入信号和一个或多个系统特性的所述近似值而不是基于所述所产生的声音的传声器测量值。

根据本发明的实施例的校准及监控设备特别有益，因为其允许所产生的声音的声学特性的两步估计，例如，声压级、声曝、语音可懂度、清晰度或其他声学特性，其中，传声器仅在校准音响系统的第一步骤期间使用，该第一步骤可以是一次性事件或者可以定期地执行，但是在任何场景下，该设备允许在监控阶段期间估计所产生的声学特性而不需要传声器。因此，与安装测量传声器相关的若干问题得以避免。该校准及监控设备可以优选地被配置成用于执行上述校准并监控音响系统的方法并且可以有利地用有关该方法的上述任何特征修改。

一方面，本发明涉及一种校准音响系统的方法，所述音响系统包括用于响应于到所述音响系统的输入信号在声学环境中产生声音的多个扬声器，所述方法包括：将多通道测试信号提供为所述输入信号，所述多通道测试信号针对与所述多个扬声器中的不同扬声器相对应的通道具有不同的频谱内容；测量所述声学环境中的所述音响系统的一个或多个系统特性；以及基于所述测量的系统特性校准所述音响系统。

校准音响系统被理解为测量一个或多个电声特性然后调整音响系统的参数，由此优化可测量的特性。这个过程可以迭代地发生，作出增量改进。另一种校准是验证音响系统的参数，主要就是确保系统处于校准状态。音响系统的初始校准和主要的再校准可很少次进行，但是另一方面，可以定期地并且经常(例如，每天)执行验证过程。在这种情况下，本发明特别有利，因为该过程可以被平行化并且因此被快速地执行。

音响系统的参数可以例如是扬声器的放大增益、均衡器声级、交叉滤波器频率、通道延迟或者甚至物理位置。

(测试信号的)频谱内容被理解为该信号的频域内容，即，每个频率间隔的功率。当一个通道的频谱持续某个时间段与另一个通道的频谱持续相同的时间段具有显著的不同时，频谱内容被认为对于这两个通道不同。

多通道信号被理解为每个扬声器一个信号通道，其中，扬声器可以通常包含多个换能器、堆叠或分组单元等等。将多通道信号用于校准不是仅应用于周围音响系统等等，而是仅需要两个或更多个扬声器可单独地由音频信号寻址，例如，通过到每个扬声器的分离的输出通道或者通过网络、总线或多路复用扬声器操作等等。多通道信号可以优选地同时包括两个或更多个、优选地所有通道中的所述不同频谱内容，从而使得该多个扬声器中的两个或更多个、优选地所有扬声器同时产生测试信号。测量由此由进行单个测量组成，同时优选地，所有扬声器同时产生声音。测量可以优选地由传声器执行。当需要在多个收听位置进行校准时，本发明的各实施例可以包括通过若干个传声器同时在若干收听位置进行测量，或者用一个传声器按顺序在每个收听位置进行测量，同时测试信号同时由该多个扬声器重复。

在有利的实施例中，所述多通道测试信号中的每一个通道包括跨与测量的预期频率间隔相对应的频率间隔分布的多个纯音，并且其中所述纯音的频率密度对应于所述测量的预期频率分辨率。

在有利的实施例中，所述多通道测试信号包括频率为使得没有音调是任何更低音调的谐波的多个纯音。

在有利的实施例中，所述多通道测试信号包括噪声信号，所述噪声信号是带限的从而使得第一通道中的噪声信号与第二通道的噪声信号的频率重叠不对第二通道的所述测量系统特性做出显著贡献。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述测量包括确定所述音响系统的声学输出声级和电气或数字输入声级之间的关系的表示。

在有利的实施例中，所确定的所述一个或多个系统特性包括所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个或多个扬声器的频率响应、所述声学环境的混响特征和/或所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器与预定收听位置所构成的每一对之间的传递函数。

在有利的实施例中，所述测量一个或多个系统特性包括针对多个预定的不同收听位置对所述系统特性进行测量，并且其中，所述校准包括基于所述所测量的系统特性来针对所述多个预定的不同收听位置中的一个或多个收听位置校准所述音响系统。

一方面，本发明涉及一种校准音响系统的校准设备，所述音响系统包括用于响应于到所述音响系统的测试信号在声学环境中产生声音的多个扬声器，所述校准设备包括：测试信号输出端；传声器信号输入端；处理器；以及可由所述处理器访问的存储器，所述存储器存储用于所述处理器的指令、多通道测试信号的参数以及所述音响系统的系统特性和校准信息；其中，所述处理器被布置成用于在所述测试信号输出端建立多通道测试信号；基于所述声学环境中的在所述传声器信号输入端接收的多个传声器测量值确定所述系统特性并将其存储在所述存储器中；以及基于所述系统特性确定所述音响系统的所述校准信息并将其存储在所述存储器中。

根据本发明的各个实施例的校准设备是特别有益的，因为其允许容易并快速地根据电声特性校准，尤其是验证音响系统。在各个实施例中，可以特别快速地使用该校准设备，因为由于多通道测试信号具有不同的频谱内容，其可以同时处理两个或更多个扬声器。该校准设备可以优选地被配置成用于执行上述校准音响系统的方法，并且可以有利地用有关该方法的上述任何特征修改。

一方面，本发明涉及一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的方法，所述方法包括基于所述输入信号在所述声学环境中的多个预定的收听位置实时地确定所述估计值。

由此有益地允许在多个收听位置同时估计例如声压级、声曝或有关测量值，而不需要采用传声器来测量所播放的声音。这个方法可以因此极大地简化若干收听位置处的声级是感兴趣的环境中的声级的测量和监控。通常在这种环境中，非常不希望安装用于传统声级测量的测量传声器，并且可以通过采用本发明的此方面来彻底地避免这种安装。

在有利的实施例中，所述音响系统是声级校准的音响系统。

在有利的实施例中，所述估计值是进一步基于带有所述声学环境中的扬声器的所述音响系统的一个或多个系统特性的近似值确定的。

需要说明的是，可以针对每个预定的收听位置对这些系统特性进行近似或者它们可以表示对于两个或更多个或所有收听位置相同的平均或总体近似。在实施例中，可以针对该多个收听位置中的每个收听位置确定某些系统特性，而其他系统特性是对例如整个房间的一般性假设或平均。在示例实施例中，针对每个期望的收听位置测量声学输出声级和电气或数字输入声级之间的关系，而通过一起应用于所有收听位置的估计的参数对房间的混响特征进行近似。

在有利的实施例中，系统特性的所述近似值是基于传声器测量值。

在有利的实施例中，系统特性的所述近似值是预定的。

在有利的实施例中，一个或多个系统特性的所述近似值与所述多个预定的收听位置有关。

在有利的实施例中，所述系统特性包括所述音响系统的声学输出声级和电气或数字输入声级之间的关系的表示。

在有利的实施例中，所述一个或多个系统特性包括所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个或多个扬声器的频率响应、所述声学环境的混响特征和/或所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器与预定收听位置所构成的每一对之间的传递函数。

在有利的实施例中，所述方法包括基于所述声压级或声曝的所述估计值来衰减所产生的所述声音以使得在所述预定的收听位置中的一个或多个收听位置处所述估计的声压级或声曝不超过预定阈值。

一方面，本发明涉及一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的实时声级估计器，所述声级估计器包括：用于接收所述输入信号的输入信号输入端；处理器；可由所述处理器访问的存储器，所述存储器存储用于所述处理器的指令以及包括所述声学环境中的多个预定的收听位置的信息的收听位置信息；以及用于提供所述估计值的估计值输出端；其中，所述处理器被布置成用于从所述输入信号输入端接收所述输入信号、模拟在所述声学环境中产生的所述声音的声级以及计算所述声压级或声曝的所述估计值并且将其提供在所述估计值输出端处；其中，声级的所述模拟基于所述输入信号并且针对所述声学环境中的所述多个预定的收听位置执行。

根据本发明的实施例的实时声级估计器是非常有益的，因为其允许同时在多个收听位置估计例如声压级、声曝或相关的测量值，而不需要采用传声器来测量所播放的声音。这个估计器可以因此极大地简化若干收听位置处的声级是感兴趣的环境中的声级的测量和监控。通常在这种环境中，非常不希望安装用于传统声级测量的测量传声器，并且可以通过采用本发明的估计器的实施例来彻底地避免这种安装。该实时声级估计器可以优选地被配置成用于执行上述实时地确定声压级或声曝的估计值的方法，并且可以有利地用有关该方法的上述任何特征修改。

通过对上述各方面和各实施例进行组合可获得其他有利的实施例，例如，通过组合校准系统特性的各实施例与可能通过使用多通道测试信号进行校准来实时地估计具有一个或多个收听位置的系统中的声学特性的估计值，例如声压级或声曝，的各实施例。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的各实施例，其中：

图1至图3示出了测量或控制声级的现有技术原理，

图4示出了基于声级校准的音响系统的本发明的实施例，

图5示出了A加权滤波器的频率响应，

图6示出了包括通道间相关性估计器的本发明的实施例，

图7示出了从根据实施例进行通道间相关性估计的实验得到的曲线图，

图8示出了包括传递函数特征和传递滤波器的本发明的实施例，

图9示出了包括传递函数特征和传递滤波器以便为若干收听位置产生估计值的本发明的实施例，

图10示出了包括频率响应特征和频率加权的本发明的实施例，

图11示出了从实验得到的频率响应的曲线图，

图12示出了用于实验的测试信号的频谱图，

图13示出了估计通过三个不同的实施例计算的SPL的L_Aeq,1表示的实验的结果，

图14示出了经近似的系统特性是基于传声器测量值的本发明的实施例，

图15示出了用于获得经近似的系统特性的本发明的方法的实施例的第一步骤，

图16示出了用于使用所获得的经近似的系统特性估计SPL和SE的本发明的方法的实施例的第二步骤，

图17示出了采用声学空间模拟器的本发明的实施例，以及

图18示出了采用声学空间SPL模拟器的本发明的实施例。

具体实施方式

需要注意的是，如例如在图4、图9和图14至图16中示出的音频放大器，尽管通常是音响系统的一部分并且包括在本发明的优选实施例中，可以不在本发明的某些实施例中实现。因此，在由扬声器渲染之前，本发明各实施例的声学特性的估计值的确定，优选地为声压级或声曝，可以在放大输入信号之前、之后发生或者与其整合。

图4是接收输入信号IS并且基于该输入信号在声学环境AE中产生声音的音响系统SS的示意图。该音响系统包括音频放大器AA和多个扬声器LS。该音响系统可以可选地包括其他音频处理模块，例如，解码器、均衡器、压缩器、滤波器等等。该输入信号是单声通道、立体声通道或多通道模拟或数字音频信号，并且该音响系统可以从外部源接收该输入信号或者其自身集成有无线电、媒体播放器、混音器表或建立该输入信号的其他音频源。

该音频放大器可以是任何类型的音频放大器，并且通道数量应当优选地对应于相关的扬声器设置。该多个扬声器可以相对于该声学环境位于不同的位置并且可以从不同的音频通道和/或从相同的音频通道产生音频。例如，该音频放大器可以是立体声放大器并且该多个扬声器可以包括在立体声设置中接收不同音频通道的两个扬声器，或者例如该音频放大器是多通道接收器并且多个扬声器包括在环绕音响设置中接收不同音频通道的6个扬声器，包括重低音通道。在另一个示例中，该多个扬声器可以包括全部渲染相同的音频通道的25个扬声器，例如，针对超市中的背景音乐。在另一个示例中，该多个扬声器可以包括8个扬声器，其中三个扬声器沿着房间的左侧定位并且全部接收左声道，三个扬声器类似地沿着房间的右侧定位并且全部接收右声道，并且剩余的两个扬声器接收重低音通道。

另外，设置有Mic-less声级估计器MLE，如下文进一步详细描述的，该估计器被布置为基于该输入信号提供在声学环境中的至少一个位置产生的SPL或SE的估计值EST。在本实施例中，Mic-less声级估计器由模拟声级检测器和积分器SSLD组成。

在图4的实施例中，音响系统SS是在声学环境AE中用其扬声器LS进行声级校准的，从而使得声学环境AE中的输入信号IS的声级与结果声压级之间的关系是已知的。可以例如通过在输入信号IS为数字立体声信号(即，2个通道)的音响系统中在-20dBFS的RMS声级测量通过由粉红噪声组成的校准信号产生的声压级来实现声级校准。为了本描述的简单，忽略了声级校准中的频率加权，而不限制本发明的范围。通过左或右输入信号通道播放的该校准信号将然后通过立体声音响系统在声学环境AE中产生例如80dB SPL。这就是声级校准为声学环境AE中的至少一个收听位置维护的。在实践中，可以存在实现声级校准的许多不同的方法和官方建议，如本领域技术人员已知的。

给定声级校准，模拟声级检测器和积分器SSLD可以通过以下等效地应用于其他校准信号和声级的过程实时地并且基于输入信号计算估计值EST，例如声压级估计值SPL-EST和声曝估计值SE-EST)：

计算“L_Aeq,15”测量值的SPL-EST的过程，正式地被称为“等效连续A加权的声级，15分钟时间段”：

本描述和以下内容基于离散时间处理，如将在各实施例的数字实现中所采用的。在这种情况下，输入信号IS将具有数字格式，或其将由A/D转换器转换为数字。可以通过相关类型的存储器在DSP或CPU上实现处理步骤。结果SPL-EST或SE-EST可以例如被存储在存储器中、被记录以供日后参考、被通过网络传输、和/或被显示在显示器上。

步骤1A、加权

用A加权滤波器对输入信号IS的每个单独的通道进行滤波。该滤波器被设计为匹配“A”频率加权的要求，如国际标准IEC 61672和ANSI中所规定的。在图5中示出了A加权滤波器的频率响应AW。

该操作在等式1中被示出为卷积，其中，A(i)是实现A加权的直接形式FIR滤波器的第i个系数，其中，A_n是滤波器阶数。x(c,t)是指输入信号IS在时间t的通道c。在有利的实施例中，FIR滤波器可以用于实现A加权滤波器，作为计算优化。在此并且在本描述的剩余部分，分离的通道通常还意味着来自该多个扬声器的分离的扬声器。换言之，音频通道的数量和扬声器的数量优选地是相等的。

(等式1)

步骤2、RMS积分

将T定义为输入信号IS中的样本数，对应于所讨论的L_eq测量值的时间段，48.0kHz的样本率导致T＝15min＝43.2MS(兆样本，即，百万个样本)。可以根据以下公式等式2执行每个通道的值的积分。在有利的实施例中，等式2中的和被分为更小的时间段上的若干个缓冲子和，对应于估计值的必要时间分辨率，作为计算优化。

(等式2)

步骤3、通道求和

因为通道是在声学环境中混音的，必须组合其单独值，这可以优选地根据等式3执行。其中，C_n是输入信号IS的通道数(例如，针对立体声，C_n＝2)。本质上，X_SUM是频率加权输入信号在给定的持续时间的最近时间段上的总平均能量。

(等式3)

步骤4、模拟声压

为了建立声学环境中的以帕斯卡(Pa)为单位的模拟平均声压，来自等式3的所计算的平均信号能量与以上描述的由等式4得出的声级校准的结果组合。L_ref对应于校准信号的声级，例如，上述示例中的20dBFS，并且L_cal对应于音响系统SS响应于校准信号产生的声压级，例如，上述示例中所测量的80dB SPL。在所应用的等式4中，1Pa的声压对应于94.0dBSPL。

(等式4)

步骤5、L_eq计算

可以通过等式5基于上述结果计算所估计的等效连续的声级(SPL_EST)。在等式5中，使用标准参考声压p₀＝20μPa。

(等式5)

计算“L_EX,8h”的SE-EST的过程，正式地被称为“被归一化为标称8小时工作日的噪声暴露声级”

用等式6替换等式2，计算积分而不是平均数。在实践中，这个积分器可以被重置(即，t:＝0)，例如，在每个工作日开始时。

(等式6)

不变地采用等式3-4，即，采用x_INT而不是x_RMS，导致最终计算L_EX,8h。在此，T_n＝8小时，作为标准工作日持续时间，基于此时间对声曝进行归一化。可以类似地计算声曝(噪声暴露)的其他测量值例如E、SEL、L_avg和剂量％。

(等式7)

计算“L_C峰值”测量值的SPL-EST的过程，正式地被称为“峰值声压级，C加权的”

除了L_eq之外，某些规定要求测量绝对峰值SPL，以便保护由突然较大的压力峰值和高声级瞬时噪声造成的听力损伤。

步骤1、C加权

C加权通常结合峰值SPL测量。其具有与A加权不同的频率响应但是可以类似于等式1那样实现。x(c,t)是指输入信号IS在时间t的通道c。

(等式8)

步骤2、峰值声级检测器

在输入信号范围中估计绝对峰值声级。

(等式9)

步骤3、通道求和

跨输入信号IS的通道估计峰值声级。

(等式9)

步骤4、模拟的声压

类似于等式4

(等式11)

步骤5、L_峰值计算

现在可以计算所估计的峰值声级。等效地，参数p_峰值将是以帕斯卡为单位的L_峰值。

(等式12)

通道间相关性

可以通过考虑通道间相关性改善在等式3中计算的通道求和估计值的准确定。

图6示出了具有馈送音响系统SS的输入信号IS的实施例的示意图，该音响系统由连接到在声学环境AE中产生声音的多个扬声器的放大器组成；该音响系统SS已经在声学环境中被声级校准。该输入信号还馈送Mic-less声级估计器MLE，MLE包括模拟声级检测器SSLD，能够产生SPL和/或声曝SPL_EST的估计值。图6的实施例类似于图4的实施例，添加之处在于本实施例中的Mic-less声级估计器MLE进一步包括通道间相关性估计器ICCE，该估计器也接收输入信号IS。

由此，本实施例能够考虑两个或更多个音频通道可以是相关的并且由此带来比所估计的SPL更高的实际声压。未考虑通道间相关性的估计误差可以针对2个通道高达3dB，甚至针对更多的相关通道更高，例如，针对5个通道高达7dB。因此，优选的是为本发明实施例提供通道间相关性估计。通道间相关性估计器优选地在实现模拟声级检测器和积分器SSLD的相同的DSP或CPU中实现并且还接收输入信号IS。

采用通道间相关性估计器ICCE计算SPL_EST的过程：

在此描述了实现通道间相关性估计的Mic-less声级估计器的一个实施例。本示例假设立体声输入信号，例如，一对通道c₁和c₂，以及例如针对T_短期＝50ms(以样本计算)的相关性计算的选定时间帧。T_短期可以优选地被选择为使得其粗略地对应于由音响系统SS产生的最低频率的时间段。

在时间t针对通道对c₁和c₂的通道间相关性被表示为r(t,c₁,c₂)，并且由通道间相关性估计器ICCE估计。等式13根据时间计算两个离散时间信号x(c₁,t)和x(c₂,t)的样本相关性系数。在等式13中，为了清晰，已经省略了x(c,t)和∑的时间指标；这些术语总是与这两个通道的最近T_短期样本范围相关。

(等式13)

除了对等式2和等式3的以下改变之外，声级检测器和积分器SSLD可以与以上参照图4描述的那些相同，基于等式13的r()函数；由此，声级检测器和积分器SSLD的本实施例将其估计值适用于除了输入信号通道的时变声级之外的特性。

(等式14)

和

其中，q是区间[1,2]，并且可以被定义为：

(等式16)

q(t，c1，c2)＝2-max(0，r(t，c1，c2))

因为由于其取决于声学环境AE中的频率和特定位置而可能不希望不包括通道的相消干涉的影响，max()运算符返回最大值0和r()函数。其他实施例可以在某种程度上考虑相消干涉。

可以在具有各种效果和优点的各实施例中实现其他q()函数(以下应用其中一些函数)并且可以被应用在本实施例中而不是等式16，要作必要的修正。

图7示出了由3个声音片段(每个片段10秒)组成的2通道输入信号IS的通道间相关性的结果的示例的曲线图。

从0秒到10秒的第一片段SEG1包含粉红噪声IS1，基于独立地为这2个通道产生的噪声(即，通道间相关性为0.0)。

从10秒到20秒的第二片段SEG2包含粉红噪声IS2，基于专门地产生的噪声，通道间相关性为0.66。

从20秒到30秒的第三片段SEG3包含粉红噪声IS3，为这2个通道产生的信号相同(即，通道间相关性为1.0)。

注意，本实验中的3个片段具有完全相同的声级和频谱，都在单独的通道内并且跨这些单独的通道，也就是，通道间相关性是唯一的不同。曲线图示出了实际的波形，从等式13和16计算的r()和q()函数的相应值r1、r2、r3、q1、q2、q3以及等式15随着时间的结果x_SUM()SUM1、SUM2、SUM3。

可以从实验第一片段SEG1看到无法考虑通道间相关性的实施例将通常在-11dB周围产生x_SUM SUM1(在本示例中)，即，对应于相关性R1＝r(t)＝0。另一方面，对于具有完整相关性的从20秒到30秒的片段SEG3，即R3＝r(t)＝1，结果x_SUM为大约-8dB。因此，通过不在SPL估计中考虑通道间相关性将带来高达3dB的误差(在本实验中)。

音响系统的实施例的另一个示例具有4个通道，其中，已知本示例的4通道输入信号IS包括两个通道对中的通道间相关性但是不包括其他通道之间的通道间相关性；也就是，c₁和c₂可以是相关的，而c₃和c₄可以是相关的。在这种情况下，等式15被应用三次，具有三个不同的q()函数：

(等式17)

q(t，c1，c2)＝2-max(0，r(t，c1，c2))

(等式18)q(t，c3，c4)＝2-max(0，r(t，c3，c4))

和

(等式19)

q(t，c12，c34)＝2

其中，等式17和18对应于等式16并且各自涉及两个通道，而等式19用于对这两个通道对一起求和，假设这些对是不相关的。如果同样预期这些对之间的相关性的话，等式19可以被调整为包括类似的r()函数。在实施例中，q()函数可以被动态地实现，从而使得它们可以涉及在特定的时间点显示最高相关性的通道对，由此例如计算所通道对的相关性，但是仅向示出高于预定阈值(例如，0.5)的相关性的通道对应用等式15并且根据等式3对剩余的通道进行求和。在另一个实施例中，尤其与具有大量通道(例如，22个通道)的音响系统SS相关的实施例，可能有利的是执行数个相邻通道(例如，每3个通道)的缩混并且然后计算缩混对之间的相关性。

在具有更大量通道的另一个实施例中，例如，建筑物中的PA系统、扬声器安装设施等等，可能有利的是计算一个或多个副混音的声级，也就是首先对输入信号IS通道的某些子集中的信号进行求和。这些通道子集可以被选择为使得对来自相邻扬声器的贡献进行求和并且在后续计算中将其当做一个信号。

另外，这种副混音的声级和通道求和单独声级(例如，等式3)可以被分别用作估计值的上边界和下边界。因此，可以在这些边界之间的某个地方连续地选择所估计的通道求和声级；可以进一步通过并入房间的扩散度和/或所涉及的扬声器的接近度来细化这个选择。这个方法可以使得SPL和/或SE的估计值更精确，例如，针对更大量扬声器或者作为对通道间相关性估计器ICCE方法的补充。

在高级实施例中，可以通过考虑真实世界设置中的通道间相关性的显著性取决于声学环境AE的扩散度来进一步改善SPL_EST和SE_EST估计值。在实施例中，扩散度是预定的，例如，通过用户的假设或者来自房间规范，并且被输入为数字D，这个数字将扩散度表示为区间[0,1]中的连续参数，其中，0＝非常“阻尼”声学环境AE(例如，消声室)，又叫做“自由场”，并且1＝非常混响，又叫做“扩散场”。用等式20代替等式16的q()函数以便在处置通道间相关性时考虑扩散度：

(等式20)

q(t，c1，c2)＝max(2，2-max(0，r(t，c1，c2))+D)

在替代实施例中，q()函数可以例如通过缩放而不是等式20中的限制被不同地实现以便保持在值2以下，通过将r()和D设计为乘法而不是加法等等。

估计L_C峰值的高级实施例也可以从声学环境AE的预定扩散度D受益。在这种情况下，可以用等式21至23替换等式9和等式10。

(等式21)

q＝D+1

其中，输入信号范围中的瞬时峰值声级被估计为：

(等式22)

并且峰值声级随着时间推移将是：

(等式23)

如所见，处置来自不同通道的贡献的组合的q()函数在某些实施例中可以独立于通道相关性函数r()。在等式21中，更高的扩散度(即，D更接近1.0)意味着单独通道对总的峰值声级的组合影响更小，由于(扩散)反射与直接声音相比更强。

传递函数特征

图8示出了具有馈送音响系统SS的输入信号IS的实施例的示意图，该音响系统由连接到在声学环境AE中产生声音的多个扬声器的放大器组成；该音响系统已经在声学环境中被声级校准。该输入信号还馈送Mic-less声级估计器MLE，MLE由模拟声级检测器SSLD组成，能够产生SPL和/或声曝SPL_EST的估计值EST。图8的实施例类似于图4的实施例，添加之处在于本实施例的Mic-less声级估计器MLE进一步包括声学环境AE中的扬声器的传递函数特征TRC以及用于结合SPL或SE的估计值将传递函数特征TFC应用于输入信号IS的传递函数滤波器TFF。

由此，本实施例能够考虑对该多个扬声器所产生的声音的影响、房间和家具或其他环境特性，优选地考虑特定的收听位置。传递函数特征可以表示频率响应、相位响应、增益、反映、混响等等。针对该特定设置和收听位置的估计SPL可以因此更准确。传递函数滤波器优选地在实现模拟声级检测器和积分器SSLD的相同的DSP或CPU中实现并且还接收输入信号IS。传递函数特征TFC可以优选地被存储在包括在DSP或CPU中或者连接到其上的存储器中。

可以通过每个通道、每个收听位置执行声学环境AE中的音响系统SS的脉冲响应测量获得传递函数特征TFC。测量这种脉冲响应的若干方式在本领域是已知的，例如，通过使用纯音频率扫描(也被称为啁啾)，通常与具有适当的加窗和平均特性的傅里叶分析结合。脉冲响应的等效物将是实际的传递函数，这个函数是作为输入信号IS输入的测试信号和相应的声学测量信号之间的交叉功率频谱密度和功率频谱密度的商。可以例如在安装音响系统SS时或者结合维护或重新校准或者在某个事件或执行之前测量传递函数特征TFC。在实施例中，以下参照图15描述的测试信号用于确定传递函数特征TFC。

对于每一个收听位置，输入信号的每一个通道可以由实现相应的扬声器的传递函数的滤波器处理(即，卷积)。可以通过执行这个处理(优选地作为第一步骤)来确定所述估计值而确定SPL或声曝的改善的估计值。本发明的有利之处在于其本质上考虑频率响应的组合影响、包括相长干涉和相消干涉的通道间相关性的影响以及混响。

采用单个收听位置的传递函数特征TFC计算SPL_EST的过程：

在此描述了实现传递函数特征TFC和相应的滤波的的Mic-less声级估计器MLE的一个实施例，其中x(c,t)是指输入信号在时间t的通道c。可以在以上图4的实施例的描述中发现变量和参数的进一步的细节。

步骤1、传递函数过滤器

TF(c,i)表示来自并且包括扬声器到特定收听位置的通道c的传递函数的第i个系数，被实现为FIR滤波器(直接形式)。向输入信号IS应用每个通道实现传递函数的FIR滤波器。

(等式24)

因为传递函数可以表示声学环境AE的脉冲响应，持续若干秒以便表示混响等等，实现传递函数的FIR滤波器的阶数可以为100,000或更高。在高级实施例中，传递函数滤波器被实现为基于FFT的快速卷积，以便减少计算复杂性。

步骤2、通道求和

对输入信号IS的通道进行混音。注意，在其中TF(c)表示每个通道的时域和频域的优选实施例中，这个“样本声级”类型的通道求和是合适的；与不具有传递函数的其他实施例相反，其中，通道的能量求和将是优选的。

(等式25)

步骤3、A加权

A加权对于所通道相同，并且因此A加权滤波器可以有利地在通道求和之后应用。以上参照图5给出了A加权的进一步的细节。

(等式26)

步骤4、RMS积分

为了使得经滤波、混音和A加权但是仍逐样本表示的输入信号对于估计值更稳定，这个输入信号是RMS积分的，例如根据等式27。可以用平均、积分或峰值检测替换这个步骤，取决于所讨论的SPL_EST或SE_EST的类型。

(等式27)

步骤5、模拟声压

通过将所获得的x_RMS(t)与本系统的声级校准组合确立声学环境中的以帕斯卡(Pa)为单位的模拟平均声压，如上所述：

(等式28)

步骤6、L_eq计算

最终，可以通过以上根据其相应描述的等式5使用等式28获得的p_SUM(t)计算所估计的等效连续声级(SPL_EST)。

如果可替代地或者另外期望“L_EX,8h”的声曝SE-EST，可以通过将等式27替换为等式29来计算：

(等式29)

以及使用等式7来从等式28所产生的p_SUM(t)计算声曝。

同样，其他估计值类型，例如，上述其他类型，可以基于图8的实施例的传递函数特征和传递函数滤波器从上述模板为单个收听位置计算，要作必要的修正。

多个收听位置

上述实施例已经产生了与单个收听位置有关的SPL或SE估计值EST。图9呈现了使得本发明能够应用于多个收听位置的实施例，每个收听位置具有单独的SPL或SE估计值EST。当其可能与同时在更多位置中监控SPL或声曝有关时，这个延伸可以优选地应用于其他实施例中的任何实施例，要作必要的修正。

图9示出了具有馈送音响系统SS的输入信号IS的实施例的示意图，该音响系统由连接到在声学环境AE中产生声音的多个扬声器LS的放大器AA组成。该输入信号还馈送Mic-less声级估计器MLE，该MLE包括模拟声级检测器SSLD，能够针对至少两个收听位置(位置I、LP1和位置II、LP2)产生SPL的估计值EST1、EST2和/或声曝SPL_EST。Mic-less声级估计器MLE包括位置I和II的特征LPC，例如，从每个扬声器到每个收听位置的传递函数特征。这些特征可以存在集成有DSP或CPU或实现声级检测器和积分器SSLD的其他处理装置或者连接到其上的存储器中。

采用传递函数特征TFC和多个收听位置特征计算SPL_EST的过程：

以下是根据以上内容调整到多个收听位置的以上过程中的一个过程的示例实施例。

步骤1、传递函数过滤器

在本实施例中，收听位置的特征LPC针对扬声器和收听位置的每个组合包括传递函数特征TFC。为每个收听位置lp、为每个通道c(即，每个扬声器)应用实现TF的FIR滤波器。例如，对于3个收听位置和带有5个通道的音响系统SS，将需要确定总共15个传递函数并且被应用为滤波器。以下步骤和等式类似于上述相应的计算和上述细节，添加之处在于收听位置变量，即，惯例和约束或假设同样应用于以下：

(等式30)

步骤2、通道求和

(等式31)

步骤3、A加权

(等式32)

步骤4、RMS积分

(等式33)

在最终步骤中，可以计算例如L_Aeq,15(lp,t)或L_C,pk(lp,t)或L_EX,8h(lp,t)，类似于以上描述，但是每个收听位置lp具有单独的估计值。

在其他实施例中，可以从以上参照图4描述的声级校准系统、以上参照图6描述的通道间相关性校正实施例、或以下描述的实施例的细节计算不同收听位置的估计值EST1、EST2。

频率响应特征

图10示出了具有馈送音响系统SS的输入信号IS的实施例的示意图，该音响系统由连接到在声学环境AE中产生声音的多个扬声器的放大器组成。该输入信号还馈送Mic-less声级估计器，MLE包括模拟声级检测器SSLD，能够产生SPL和/或声曝SPL_EST的估计值EST。图10的实施例类似于图4的实施例，添加之处在于本实施例的Mic-less声级估计器MLE进一步包括声学环境AE中的扬声器的频率响应特征FRC以及用于结合SPL或SE的估计值将频率响应特征应用于输入信号IS的频率加权滤波器FWF。频率加权滤波器可以可替代地通过滤波器组实现。

由此，本实施例能够考虑对该多个扬声器所产生的声音的频率特定的影响、房间和家具或其他环境特性，可能进一步考虑特定的收听位置。与基本声级检测器和积分器SSLD相比，对于具有声学环境AE中的扬声器通道的非平坦频率响应和/或声学环境AE中的扬声器通道的不相等灵敏度的音响系统SS，用于该特定设置和收听位置的估计SPL可以由此更准确。频率加权装置优选地在实现模拟声级检测器和积分器SSLD的相同的DSP或CPU中实现并且还接收输入信号IS。频率响应特征FRC可以优选地被存储在包括在DSP或CPU中或者连接到其上的存储器中。频率响应特征FRC可以被确定为每个通道的测量频率响应的近似值。可替代地，可以基于多个测量值确定频率响应特征FRC。尽管这种频率响应特征FRC将通常是特定位置的频率响应的不那么准确的近似值，其可以是更简单的并且相对于收听位置中的空间变化是更稳健的，这在某些应用中将是有利的。

在实施例中，频率响应特征FRC包括例如由扬声器制造商测量的扬声器的频率响应数据。在另一个实施例中，频率响应特征FRC是通过对实际设置的位置进行测量来确立的以便确定实际声学环境中的频率响应。

在优选实施例中，所测量的频率响应FRC是“被平滑的”，例如，通过1/12八度音分辨率平滑滤波器。结果响应可以然后有利地通过IIR滤波器进行近似，例如，使用用于使用最小平方拟合的递归IIR数字滤波器设计的Yule-Walker方法或者使用迭代优化-例如阻尼Gauss-Newton方法，以最小化IIR滤波器的实际频率响应和期望频率响应之间的差值。

在计算复杂性将是一个问题的情况下或者在将期望针对特定收听位置的更好的稳健性的情况下，本实施例可以在具有以上参照图8描述的传递函数特征TFC的实施例中是优选的。

例如，如果扬声器的灵敏度不同或者如果它们在声学环境AE中的位置导致声级变化，频率响应特征FRC可以优选地表示不同通道的增益差值和通道的实际频率响应的差值(即，不同频谱区域中的相对有效灵敏度，而不管绝对灵敏度如何)。

采用频率响应特征FRC计算SPL_EST的过程：

在此描述了实现频率响应特征FRC和相应的滤波的的Mic-less声级估计器MLE的一个实施例，其中x(c,t)是指输入信号在时间t的通道c。可以在以上图4的实施例的描述中发现这些变量和参数的进一步的细节。

步骤1、频率响应过滤器

实现每个通道的频率响应特征FRC的IIR滤波器可以使用这个线性差值等式实现。FR_B和FR_A分别表示前向系数和后向系数。

(等式34)

在包括滤波器组而不是频率响应加权滤波器的实施例中，等式34可以用滤波器组的每个频带的能量的简单计算代替，可能与步骤2的A加权组合。

步骤2-6、A加权、RMS积分、通道求和、模拟声压、L_eq计算

可以例如像以上参照图4描述的那样使用x_FR而不是等式1中的x执行估计过程的剩余部分并且继续以上描述的其他步骤，即，类似于等式1-7。在最后的步骤中，例如，可以计算L_Aeq,15(lp,t)或L_C,pk(lp,t)或L_EX,8h(lp,t)，类似于以上描述并且可能具有上述变体或组合，例如，有关以上参照图9所描述的若干收听位置，以上参照图6所描述的通道间相关性校正实施例、或以下描述的实施例。

实验

作为示例，图11示出了声学环境AE(演播室控制间)中的立体声音响系统(近场、活跃演播室监视器)的测量频率响应的曲线图，作为1/6th八度音分辨率(实线，FRC1)和1八度音分辨率(虚线，FRC2)的平滑幅值响应。这个频率响应特征FRC被产生为演播室中的(立体声集合)的左近场扬声器的测量频率响应的近似值，在主收听位置，即，在幻觉中心(在立体声扬声器)和实际扬声器之间具有大约30度角。

对于本实验，在9个连续八度音中生成单通道测试信号，由1/3八度音滤波粉红噪声组成，每个1/3八度音频带5秒。图12示出了测试信号的频谱分析。

图13示出了由本发明的三个不同实施例在以上参照图11描述的音响系统和声学环境以及以上参照图12描述的测试信号的实验中计算的“滑动”L_Aeq SPL估计值。用于从测试信号估计SPL的这三个不同的实施例曾经是以上参照图4描述的基本声级检测器和积分器SSLD、以上参照图8描述的具有传递函数特征TFC的声级检测器和积分器SSLD、以及以上参照图10描述的具有频率响应特征FRC的声级检测器和积分器SSLD。

在图13中示出的上部曲线SPL1是根据基本声级检测器和积分器SSLD实施例估计测试信号的dB SPL的结果并且反映所采用的A加权(图5)。图13中的中间曲线SPL2是通过进一步考虑传递函数特征TFC产生的，为本实验的音响系统SS(一个扬声器)和声学环境AE测量。图13的底部曲线SPL3示出了当仅仅采用全部频率响应特征FRC时的实验结果并且可以被视为SSLD+TFC估计值的近似值(中间曲线SPL2)。

与在本实验中使用的测试信号相反，实际信号将通常包含跨频谱的许多频率，其功率随着时间改变。因此，传递函数特征TFC或频率响应特征FRC对估计值的相对影响也将随着时间改变。在SPL或声曝的积分测量中，传递函数特征TFC和频率响应特征FRC将同样被积分。在SPL的瞬时或短期测量中，传递函数特征TFC或频率响应特征FRC的影响在该时刻将取决于与输入信号的频率内容和声级组合的音响系统SS和声学环境AE的特征。

音响系统特性近似

图14示出了包括接收输入信号IS并且基于该输入信号在声学环境AE中产生声音的音响系统SS的本发明的实施例。该音响系统包括音频放大器AA和多个扬声器LS。该音响系统可以可选地包括其他音频处理模块，例如，解码器、均衡器、压缩器、滤波器等等。该输入信号是单通道、立体通道或多通道模拟或数字音频信号并且该音响系统可以从外部源接收该输入信号或者其自身集成有无线电、媒体播放器、混音器表或建立该输入信号的其他音频源。

该音频放大器可以是任何类型的音频放大器，并且通道数量应当优选地对应于相关的扬声器设置。该多个扬声器可以相对于该声学环境位于不同的位置并且可以从不同的音频通道和/或从相同的音频通道产生音频。例如，该音频放大器可以是立体声放大器并且该多个扬声器可以包括在立体声设置中接收不同音频通道的两个扬声器，或者例如该音频放大器是多通道接收器并且多个扬声器包括在环绕音响设置中接收不同音频通道的6个扬声器，包括重低音通道。在另一个示例中，该多个扬声器可以包括全部渲染相同的音频通道的25个扬声器，例如，针对超市中的背景音乐。在另一个示例中，该多个扬声器可以包括8个扬声器，其中三个扬声器沿着房间的左侧定位并且全部接收左通道，三个扬声器类似地沿着房间的右侧定位并且全部接收右通道，并且剩余的两个扬声器接收重低音通道。

另外，设置有Mic-less声级估计器MLE，该MLE被布置为基于该输入信号提供在声学环境中的至少一个位置产生的SPL或SE的估计值EST。在本实施例中，Mic-less声级估计器包括模拟声级检测器和积分器SSLD以及音响系统特性SSP的近似值以便得出估计值。在图14的实施例中并且与图4的实施例相反，音响系统SS不一定是通过其在声学环境AE中的扬声器进行声级校准的。因此，为了获得声学环境中的音响系统的信息以便能够估计SPL或SE，声学环境中的传声器可以进行一次或多次测量以便产生音响系统特性的近似值。可以例如在安装时并且在每次对系统或声学环境作出重大改变时或者定期地，例如，按照有规律的间隔、在每次上电时、在每次显著使用该系统之前，例如用于演唱会等等执行传声器测量一次。验证Mic-less声级估计器可能也定期地需要或者甚至要求这些测量。

因为在它们被传送到Mic-less声级估计器之前可以获得、分析并格式化实施例中的传声器测量值作为音响系统特性近似值，将传声器耦合到声学环境和Mic-less声级估计器指示临时或周期性连接以及传声器与估计器之间的可能在某种程度上松散的关系。在另一个实施例中，测量传声器可以直接连接到Mic-less声级估计器，该Mic-less声级估计器可以直接对原始测量值执行分析和格式化。

为了进一步详细示出这一点，图15示出了测量近似步骤，其中，测试信号TS(例如，带限粉红噪声信号)被提供为到音响系统SS的输入信号并且被产生为声学环境AE中的声音。在这个步骤期间安装测量传声器MIC以便测量结果测试声音，并且Mic-less声级估计器或外部设备(例如，笔记本电脑或平板电脑)基于所测量的声音建立音响系统特性SSP的近似值并且用Mic-less声级估计器来存储这个近似值。

音响系统特性的近似值可以与计算SPL估计值的DSP或CPU一起存储在存储器例如，数据库中，并且可以被存储为任何合适的抽象层，例如，作为原始测量值、作为FIR或IIR滤波器参数、作为输入声级和输出声级之间的比率、可能在不同的频率、作为等效模型参数等等。系统特性的近似值可以优选地包括输入信号TS、IS的声级与声学环境AE中的结果声压级之间的关系的表示，由此类似声级校准音响系统的知识，并且由此促成使用与以上参照例如图4的实施例所描述的那些相同的过程和等式。系统特性可以进一步涉及音响系统的特性、声学环境的特性或其组合，例如，扬声器的频率响应的传递函数或优选地具体声学环境中的扬声器、扬声器的位置信息、延迟、它们如何以不同的频率与房间相互作用、房间特征例如混响或扩散度等等。

在实施例中，可以通过移动传声器并重复测试或者通过安装多于一个传声器在两个或更多个位置进行测量。由此，获得了若干收听位置的信息，这个信息可以应用于估计过程，例如，以上参照图9所描述的。

在实施例中，测试信号TS仅一次被传输到一个扬声器，以便测量扬声器和收听位置的每个组合。在更高级的实施例中，在每个通道中具有不同的频谱内容的多通道信号被用作测试信号。由此，每个扬声器针对频谱内容同时产生不同的声音，并且如果不同的频谱内容是被仔细设计的，或许可以在分析时区分每个单独的扬声器与声学上混音的原始测量值。由此，可以通过来自扬声器的一个或若干个平均噪声突发快速地并且高效地产生所有扬声器和一个或多个收听位置的近似系统特性。对于需要频繁测量的系统而言，这是特别有利的，例如，为了对声级估计值进行定期验证。测试信号的频谱内容是该信号的频域内容，即，每个频率间隔的功率。当一个通道的频谱持续某个时间段与另一个通道的频谱持续相同的时间段具有实质性不同时，认为这两个通道的频谱内容不同，并且可以通过使用不同通道中的不同的纯音(例如，通过使每个扬声器在低中高频率范围内产生数个纯音但是在每个扬声器中具有不同的并且非谐波的纯音、或者通过使每个扬声器产生带限的噪声信号但是同时扬声器之间具有不同的频带或不显著的频带重叠)来获得这一点。

进行到图16，示出了操作步骤，其中，不再存在测量传声器，即，不存在来自声学环境的反馈或测量值，并且系统如以上例如参照图4或图14所描述的那样工作。

给定音响系统特性SSP的近似值，模拟声级检测器和积分器SSLD可以实时地并且基于输入信号IS计算估计值EST,例如声压级估计器SPL-EST和声曝估计值SE-EST。

可以例如如以上参照图4所描述的那样(即，类似于等式1-7)通过使用系统特性SSP的近似值而不是等式4中的声级校准值执行该估计过程。由此，例如，可以计算L_Aeq,15(lp,t)或L_C,pk(lp,t)或L_EX,8h(lp,t)，类似于以上描述并且可能具有上述变体或组合，例如，有关以上参照图9所描述的若干收听位置，以上参照图6所描述的通道间相关性校正实施例、以上参照图8和图10描述的进一步考虑传递函数特征或频率响应特征的实施例。

混响特征

Mic-less声级估计器MLE的实施例考虑了声学环境的混响特征RC。图17示出了这种实施例的示意图，其中，声学空间仿真器ASE基本上实现然后在输入信号IS由声级检测器和积分器SSLD处理之前向其应用混响的简单的人工混响。与常见的人工混响方法相反，声学空间仿真器ASE所添加的人工混响不是指像真实的声学环境AE的声音而是仅对与SPL或SE的后续估计值相关的那些特性(即，在混响特征RC中提供的那些特性)进行仿真。这些混响特征可以例如仅仅是混响时间，例如R_T60和早期衰减时间。可以例如使用Schroeder方法测量真实房间或大厅(声学环境AE)的这种参数，或者这些参数可以被提供为例如基于声学环境AE的内部尺寸的知识的参数。可以有利地每个八度音为声学空间仿真器ASE的更详细的仿真提供混响特征RC参数。

图18示出了考虑声学环境AE的混响的另一个实施例的示意图。在本实施例中，声级检测器和积分器SSLD由声学空间SPL仿真器ASSE给定辅助信息，其可以通过该辅助信息提供SPL或声曝的更详细的估计值。声学空间SPL仿真器ASSE采用声学环境AE的传声效果的基本假设值，例如其混响以指数速率衰减；在混响特征RC中供应的实际速率。当声级检测器和积分器SSLD计算短期RMS(例如，等式14)时，其可以然后作为附加步骤对x_RMS进行滤波从而应用声学空间SPL仿真器ASSE所确定的“额外”指数衰减。因此，混响对SPL估计值的影响被应用在RMS域中，而不是将混响应用于实际输入信号IS(其将是计算上更复杂的)。

图17和图18的具有混响特征RC和声学空间仿真ASE或声学空间SPL仿真ASSE的实施例可以与上述其他实施例中的任一实施例组合，例如，通过考虑其他收听位置、通道间相关性、传递函数或扬声器的频率响应、各种校准方法和测试信号等等。

辅助传声器

在上述各个实施例中的任一实施例的变体中，例如，参照图4、图6、图8、图9、图10、图14、图15、图16、图17或图18，可以向该系统添加辅助传声器。在优选实施例中，因为在具有该辅助传声器的实施例中本发明的Mic-less声级估计器MLE也估计例如SPL或SE，该辅助传声器不适用于测量收听位置的声级。然而，在优选实施例中，该辅助传声器可以例如被永久地安装在声学环境中其可以保持视觉上分离并且不具有干扰性的位置、和/或不在人们在周围移动、重新布置家具等等的半路。在具有辅助传声器的实施例中，其可以用于向Mic-less声级估计器MLE提供有关在辅助传声器的位置存在的声音的反馈。在若干设置中，来自该辅助传声器的反馈不可直接用于与所估计的SPL进行比较，而是来自该辅助传声器的反馈可以优选地被分析以便检测扬声器、声学环境等等的假设值和近似值的指示是否不正确或者已经从上一次校准起改变。在实施例中，该辅助传声器响应于测试信号例如在校准期间所测量的声音被存储或者其特性被存储，例如，作为声音的参数化版本或者作为关键特性，诸如振幅、相位、频谱等等。在正常使用或稍后校准期间，该辅助传声器所测量的声音可以与所存储的版本、特性或参数进行比较，由此使得能够检测改变或错误。在实施例中，对来自该辅助传声器的测量值与所存储的测量值、特性或参数进行比较是连续或频繁执行的并且结果用于对声级估计值进行稍微的调整或者用于检测错误。由此，可以在估计值中补偿可以假设性地不是那么位置特定的慢慢改变的特性(例如，扬声器的物理磨损或变形、温度或静态大气压改变等等)而不需要新的校准。还可以在具有辅助传声器的实施例中检测影响所产生的声音的出现错误，例如，扬声器断开、扬声器受损、线缆连接不良等等。分析来自辅助传声器的信号可以作为整体考虑音响系统或者单独地考虑每个通道例如以便确定扬声器断开。在各实施例中，因为由其测量的声音不一定被用作音频信号而是优选地用作其特性，辅助传声器无需是高质量的或超灵敏的传声器。响应于声学声音，辅助传声器可以是任何类型的传声器。在实施例中，提供了若干辅助传声器。在框图水平，通过将传声器MIC用作辅助传声器而不是测量传声器，包括辅助传声器的实施例可以类似于例如在图14或图15中示出的其中一个实施例。

Claims

1.一种响应于到音响系统的输入信号实时地确定与由所述音响系统的多个扬声器在声学环境中产生的声音相对应的声压级或声曝的估计值的方法，所述多个扬声器不包括耳机和/或移动电话换能器，所述方法包括：

基于所述输入信号实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值；

其特征在于：

所述实时地确定所述估计值是进一步基于带有所述声学环境中的扬声器的所述音响系统的一个或多个系统特性的近似值，其中所述近似值是基于传声器测量值；

所述方法还包括基于以下列表中的一个或多个来改善所述实时地确定所述声压级或声曝的所述估计值：

作为多通道信号的所述输入信号的一对或多对通道的计算的通道间相关性；

所述声学环境中的所述多个扬声器中的每个扬声器的频率响应的近似；

所述声学环境的混响特征的近似；以及

所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器和预定的收听位置组成的每一对之间的传递函数的近似。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述实时地确定所述估计值是在所述声学环境中为多个预定的收听位置而进行。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述音响系统是声级校准的音响系统。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述方法包括提供所述音响系统的与多个预定的不同收听位置有关的一个或多个特性，以及通过使用所述音响系统的所述特性针对所述多个预定的不同收听位置中的一个或多个位置确定声压级或声曝的所述估计值。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述方法包括基于所述声压级或声曝的所述估计值来衰减所产生的所述声音，以使得所述估计的声压级或声曝不超过在一个或多个预定的收听位置的预定阈值。

6.一种校准并监控音响系统的方法，所述音响系统包括用于响应于到所述音响系统的输入信号在声学环境中产生声音的多个扬声器，所述方法包括：

在所述声学环境中对所述音响系统的一个或多个系统特性进行近似，所述近似基于在所述声学环境中使用传声器进行的测量，其中被近似的所述一个或多个系统特性包括所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个或多个扬声器的频率响应、所述声学环境的混响特征和/或所述声学环境中的所述多个扬声器中的一个扬声器与预定收听位置所构成的每一对之间的传递函数；以及

基于所述近似值和所述输入信号而不是基于所产生的声音的传声器测量值实时地确定所述所产生的声音的声学特性的估计值。

7.如权利要求6所述的方法，其中声学特性的所述估计值包括语音可懂度特性、瞬时声压、瞬时声压级、平均声压和平均声压级中的一个或多个。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述确定包括通过使用所述近似的系统特性实时地确定所述估计值来改善所述声学特性的所述估计值。

9.如权利要求6至7中任一项所述的方法，所述方法包括在对一个或多个系统特性进行近似的所述步骤中，将多通道测试信号提供为所述输入信号，所述多通道测试信号针对与所述多个扬声器中的不同扬声器相对应的通道具有不同的频谱内容。