CN107852543B - 一种音频信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理音频输入信号(101)的音频信号处理装置(100)，包括多个滤波器(103a‑u)的滤波器单元(103)，每个滤波器(103a‑u)用于对音频输入信号(101)进行滤波以获得多个滤波后的音频信号(105)，每个滤波器(103a‑u)根据应用于半旋转体表面的扩展模式匹配波束赋形进行设计，该表面部分地表征了扬声器外壳形状；多个缩放单元(107a‑v)，每个缩放单元(107a‑v)用于使用多个增益系数来缩放所述多个滤波后的音频信号(105)以获得多个缩放滤波音频信号(108)；多个加法器(109a‑w)，每个加法器(109a‑w)用于组合多个缩放滤波音频信号(108)，从而提供音频输出信号(111)用于产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场。此外，本发明涉及一种声音发射装置(120)。

Description

一种音频信号处理装置

技术领域

本发明涉及音频信号处理领域。特别地，本发明涉及音频信号处理装置和包括转换器阵列的声音发射装置。

背景技术

从现有技术中可知用于输出一个或多个音频信号的转换器或扬声器阵列的不同配置和形状。例如，WO2011/144499A1公开了一种安装在圆柱体上的环形扬声器阵列。通过适当的方式处理音频信号，可以控制WO2011/144499A1中公开的环形扬声器阵列的方向性。该过程通常称为波束赋形。

在大多数情况下，对于环形和球形扬声器阵列，波束赋形基于所谓的“模式匹配”方法进行。其目标是产生一个安装在圆柱体上的环形扬声器阵列的声波束。该阵列由L个齐平安装在同一高度的刚性(理想上无限的)圆柱体表面上的扬声器组成。假设扬声器之间的角度间隔是均匀的。在角坐标φ_l上驱动第l个扬声器的信号，这是产生朝向方向φ₀，的声波束所要求的，由以下表达式(在频域中)给出：

其中，X(ω)是与声波束有关的单声道音频输入信号，N是控制声波束宽度的参数，i是虚数单位，C_n(ω)是依赖于频率的函数，取决于圆柱体的半径和扬声器的特性。系数C_n(ω)通常是根据无限长且刚性的圆柱形挡板上的矩形活塞辐射的声场的解析表达式得出的(M.Kolundzija、 C.Faller和M.Vetterli，《一种用于空间声音复制的紧凑型圆柱形扬声器阵列的设计》，AES第 130期，2011；M.Moller、M.Olsen、F.Agerkvist、J.Dyreby和G.Munch，《具有可控方向性的圆形扬声器阵列》，音频工程协会公约128号，2010)。推导出更高级但相似的表达式，也说明了刚性圆柱体的有限高度(H.Teutsch和W.Kellermann，《基于圆形麦克风阵列波场分解的声源检测与定位》，美国声学学会杂志，2006年11月，第120期，第一卷，第2724-2736页)。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种适合于创新的声音发射装置的一种创新的音频信号处理装置。

上述和其他目的通过独立权利要求的主题来实现。结合从属权利要求、说明书和附图，具体实现形式显而易见。

第一方面，提供一种用于处理音频输入信号的音频信号处理装置，包括包括多个滤波器的滤波器单元，每个滤波器用于对音频输入信号进行滤波以获得多个滤波后的音频信号，每个滤波器根据应用于半旋转体表面的扩展模式匹配波束赋形进行设计，该表面部分地表征了扬声器外壳形状；多个缩放单元，每个缩放单元用于使用多个增益系数来缩放所述多个滤波后的音频信号以获得多个缩放滤波音频信号；多个加法器，每个加法器用于组合多个缩放滤波音频信号，从而提供音频输出信号用于产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场。所述半旋转体的表面通过围绕母线平面中的直线即轴线旋转母线180°来定义。如果母线是平行于轴线的直线，则半旋转体的表面是半圆柱体的外表面。在此，扩展模式匹配波束赋形被定义为传统模式匹配波束赋形到半旋转体表面的扩展。

因此，提供一种创新的音频信号处理装置。

根据第一方面，在所述音频信号处理装置第一种可能的实现方式中，所述多个滤波器中的第 n个滤波器的脉冲响应由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，F^-1表示傅里叶逆变换，Γ_n表示作为径向距离r和频率ω的函数的傅里叶级数的第n阶系数，所述傅里叶级数描述转换器阵列的辐射极性图案，所述转换器阵列符合包括半旋转体表面的完整旋转表面的曲率，所述第n阶系数取决于扬声器外壳的形状，R_n(t)表示作为时间的函数的第n个滤波器的脉冲响应。

根据第一种实现方式，在所述音频信号处理装置第二种可能的实现方式中，第n个滤波器的脉冲响应由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，β_n表示可定义的正则化参数(通常取决于频率)。

根据本发明第一方面的第一种或第二种实现方式，在所述音频信号处理装置第三种可能的实现方式中，Γ_n由以下方程或由其推导出的方程来定义：

Γ_n＝2i^-nb_n(kR)，

其中，函数b_n(kR)由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，ξ表示乘积kR，k表示波数，R表示所述半旋转体表面的半径，H_n′表示第n阶汉克尔函数的导数。

根据本发明第一方面的第一种至第三种实现方式，在所述音频信号处理装置第四种可能的实现方式中，所述转换器阵列的第l个转换器的音频输出信号由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，z_l(t)表示作为时间的函数的输出信号，x(t)表示作为时间的函数的音频输入信号，

表示卷积运算符，其中，n可以取从0到N的值，N取决于所述波束指向性图案，G_n，l表示第l个转换器的第n个增益系数。

根据第一方面的第四种实现方式，在所述音频信号处理装置第五种可能的实现方式中，所述转换器阵列中的第l个转换器的第n个增益系数由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，δ_n表示如果n＝0，克罗内克增量等于1，否则等于0，L表示所述转换器阵列中的转换器的数量，φ_l表示标识转换器阵列的第l个转换器的位置的角坐标，f_n表征描述作为辐射角的函数的期望的波束指向性图案的傅立叶级数或傅立叶余弦级数的第n个系数。

根据本发明第一方面的第五种实现方式，在所述音频信号处理装置第六种可能的实现方式中，所述波束指向性图案是在由角度φ₀定义的方向上的单个波束，其中第n个方向性系数f_n由以下方程或由其推导出的方程定义：

其中，γ(φ₀)是由以下方程或由其推导出的方程给出的角依赖因子：

根据本发明第一方面的第四至第六种实现方式种的任意一种，在所述音频信号处理装置第七种可能的实现方式中，所述波束指向性图案是由在由各个角度φ_j定义的各个方向上的多个波束定义的，其中，所述转换器阵列的第l个转换器的音频输出信号z_l(t)由以下方程或由其推导出的方程给出：

其中，J表示所述波束指向性图案的波束总数，τ_j表示第j个波束的时间延迟，K_j表示第j个波束的增益。

根据第一方面或根据前述任一实现方式，在所述音频信号处理装置第八种可能的实现方式中，所述滤波器单元、所述多个缩放单元和所述多个加法器用于处理至少两个音频输入信号，从而提供立体声音频输出信号用于产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的立体声场。

根据第一方面或根据前述任一实现方式，在所述音频信号处理装置第九种可能的实现方式中，所述滤波器单元、所述多个缩放单元和所述多个加法器还用于提供另外的音频输出信号，用于通过半轴对称扬声器阵列产生另外的声场，所述声场具有由所述多个增益系数定义的另一波束指向性图案。

根据第一方面或根据前述任一实现方式，在所述音频信号处理装置第十种可能的实现方式中，所述音频信号处理装置还包括低音增强单元，其中，所述低音增强单元用于在所述滤波单元、所述多个缩放单元和多个加法器的上游单独处理每个音频输入信号。

根据第一方面或根据前述任一实现方式，在所述音频信号处理装置第十一种可能的实现方式中，所述音频信号处理装置还包括滤波器网络，用于将所述音频输入信号划分为具有不同频率带宽的两个或更多个划分的音频输入信号，从而至少提供第一和第二音频输入信号，以包括另外的滤波器单元、另外的多个缩放单元以及另外的多个加法器，用于处理第二音频输入信号，从而提供第二音频输出信号，以产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场。

第二方面，提供一种声音发射装置，包括包括声音发射部分和尾部部分的扬声器外壳，其中，所述声音发射部分与所述尾部部分耦合或成一体，所述声音发射部分通常定义围绕沿着扬声器外壳的长度延伸的轴的半旋转体表面；安装在扬声器外壳的声音发射部分上的至少一个转换器阵列，其中，穿过所述转换器阵列的平面与所述轴线正交，所述至少一个转换器阵列是弯曲的，从而使得所述至少一个转换器阵列符合所述半旋转体表面的曲率。或者，所述声音发射装置包括包括声音发射部分和尾部部分的扬声器外壳，其中，所述声音发射部分与所述尾部部分耦合或成一体，所述声音发射部分通常定义围绕沿着扬声器外壳的长度延伸的轴的半旋转体表面；安装在所述扬声器外壳内的至少一个转换器阵列，所述至少一个转换器阵列连接到定义所述扬声器外壳的所述声音发射部分中的声音发射端口阵列的波导阵列，其中，穿过声音发射端口阵列的平面与所述轴线正交，所述声音发射端口阵列是弯曲的，从而使得所述声音发射端口阵列符合所述半旋转体表面的曲率。

因此，提供一种创新的声音发射装置。

根据本发明第二方面，在所述声音发射装置的第一种可能的实现方式中，所述至少一个转换器阵列基本上横跨所述声音发射部分的宽度。

根据本发明第二方面或根据其第一种实现方式，在所述声音发射装置的第二种可能的实现方式中，所述声音发射部分定义用于安装所述至少一个转换器阵列的孔。

根据本发明第二方面或根据其第一或第二种实现方式，在所述声音发射装置的第三种可能的实现方式中，所述扬声器外壳通常定义一个半轴对称形状。

根据本发明第二方面或根据其第一至第三种实现方式中任意一种，在所述声音发射装置的第四种可能的实现方式中，所述扬声器外壳通常定义一个半圆柱形或半圆锥形。

根据本发明第二方面的第三种或第四种实现方式，在所述声音发射装置的第五种可能的实现方式中，所述声音发射装置包括通常定义半轴对称形状的另一扬声器外壳，所述另一扬声器外壳包括声音发射部分和尾部部分，其中，所述声音发射部分与所述尾部部分耦合或成一体，所述声音发射部分通常定义围绕沿着另一扬声器外壳的长度延伸的另一轴的另一半旋转体表面；安装在所述另一扬声器外壳的声音发射部分上的另一至少一个转换器阵列，其中，穿过所述另一转换器阵列的另一平面与所述另一轴线正交，所述另一至少一个转换器阵列是弯曲的，从而使得所述另一至少一个转换器阵列符合另一半旋转体表面的曲率，其中，所述另一扬声器外壳的尾部部分用于耦合到所述扬声外壳的尾部部分，由此通常定义轴对称形状；或所述另一至少一个转换器阵列安装在所述另一扬声器外壳内，并且连接到定义所述另一扬声器外壳的所述声音发射部分中的另一声音发射端口阵列的另一波导阵列，其中，穿过声音发射端口阵列的另一平面与所述另一轴线正交，所述另一声音发射端口阵列是弯曲的，从而使得所述另一声音发射端口阵列符合所述另一半旋转体表面的曲率。

根据第二方面或根据其第一种至第五种实现方式中的任意一种，在所述声音发射装置的第六种可能的实现方式中，所述至少一个转换器阵列包括第一转换器阵列和第二转换器阵列，其中穿过所述第一转换器阵列的第一平面与所述轴线正交，穿过第二转换器阵列的第二平面与所述轴线正交，所述第一平面和所述第二平面平行。

根据本发明第二方面第六种实现方式，在所述声音发射装置的第七种可能的实现方式中，第一转换器阵列的转换器的位置相对于第二转换器阵列的转换器的位置存在角度偏移。

根据本发明第二方面第七种实现方式，在所述声音发射装置的第八种可能的实现方式中，所述角度偏移大约是第一转换器阵列中的相邻转换器之间的角度间隔的一半。

根据本发明第二方面或根据其第一至第八种实现方式中的任意一种，在所述声音发射装置的第九种可能的实现方式中，所述声音发射装置还包括如本发明第一方面或其第一种至第十一种实现方式中所述的音频信号处理装置。

附图说明

本发明的具体实现形式将结合以下附图进行描述，其中：

图1示出了阐明一实施例提供的一种音频信号处理装置和一实施例提供的一种声音发射装置的示意图；

图2示出了一实施例提供的声音发射装置在第一配置和第二配置上的透视图；

图3示出了一实施例提供的声音发射装置在第二配置上的透视图；

图4示出了一实施例提供的声音发射装置在第一配置上的透视图；

图5示出了一实施例提供的声音发射装置在第一配置上的透视图；

图6示出了一实施例提供的声音发射装置在第一配置上的实现场景的俯视示意图；

图7示出了一实施例提供的声音发射装置在第二配置上的实现场景的俯视示意图；

图8示出了一实施例提供的声音发射装置在第二配置上的实现场景的俯视示意图；

图9示出了一实施例提供的声音发射装置在第一配置和第二配置上的俯视示意图；

图10示出了阐明一实施例提供的一种音频信号处理装置的示意图；

图11示出了阐明一实施例提供的一种音频信号处理装置的示意图；

图12示出了阐明一实施例提供的一种音频信号处理装置的示意图。

尽可能在相同或至少在功能上等同的特征的不同附图中使用相同的附图标记。

具体实现形式

以下结合附图进行详细描述，所述附图是描述的一部分，并通过图解说明的方式示出可以实施本发明的具体方面。可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它方面，并做出结构或逻辑上的改变。因此，以下详细的描述并不当作限定，本发明的范围由所附权利要求书界定。例如，可以理解的是，此处所述的各种示例性方面的特征可以互相结合，除非另有说明。

图1示意性地示出了一实施例提供的音频信号处理装置100。

所述音频信号处理装置100用于处理音频输入信号101。如图1所示，所述音频输入信号101 可包括不止一个音频输入信号或声道，例如，立体声音频输入信号的左声道或右声道。

所述音频信号处理装置100包括具有多个滤波器103a-u的滤波器单元103。所述滤波器单元 103的滤波器103a-u用于对所述音频输入信号101进行滤波以获得多个滤波后的音频信号 105，且所述滤波器根据应用于半旋转体表面的扩展模式匹配波束赋形进行设计，该表面部分地表征了扬声器外壳形状，例如，图1所示的扬声器外壳121。所述半旋转体的表面通过围绕母线平面中的直线即轴线旋转母线180°来定义。如果母线是平行于轴线的直线，则半旋转体的表面是半圆柱体的外表面。在此，扩展模式匹配波束赋形被定义为传统模式匹配波束赋形到半旋转体表面的扩展。

所述音频信号处理装置100还包括多个缩放单元107a-v，其中，每个缩放单元107a-v用于使用多个增益系数来缩放所述多个滤波后的音频信号105(由所述滤波单元103提供的)以获得多个缩放滤波音频信号(108)。

所述音频信号处理装置100还包括多个加法器109a-w，其中，每个加法器109a-w用于组合多个所述缩放滤波音频信号108，从而提供音频输出信号111用于产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场。如图1所示，所述音频输出信号111通常可包括多个音频输出信号。在一个实施例中，每个加法器109a-w都可以用于添加多个缩放的滤波音频信号108。在一个实施例中，每个加法器109a-w都可以用于组合多个缩放滤波音频信号108，从而为转换器阵列中的每个转换器分别提供输出信号111，例如，图1所示的转换器阵列123。通常，转换器的数量与加法器109a-w的数量对应。

此外，图1还示意性地示出了一种与所述音频信号处理装置100通信的声音发射装置120。尽管在图1中作为分离的部件示出，在一个实施例中，该音频信号处理装置100可以成为所述声音发射装置120的一部分。

所述声音发射装置120包括具有声音发射部分121a和尾部部分121b的扬声器外壳121，其中所述声音发射部分121a与所述尾部部分121b耦合或成一体。通常，所述声音发射部分121a 定义沿着扬声器外壳121的长度延伸的轴的半旋转体表面。在示意图图1中，该轴垂直于图 1定义的平面。

此外，所述声音发射装置120包括至少一个包括多个转换器或扬声器的转换器阵列123a，其可以安装在所述扬声器外壳121的声音发射部分121a上，其中，穿过所述转换器阵列123a 的平面与所述轴正交。在示意图图1中，穿过所述转换器阵列123a的平面与图1所定义的平面一致。如图1所示，所述转换器阵列123a是弯曲的，从而使得所述转换器阵列123a符合所述半旋转体表面的曲率。

在一个实施例中，所述转换器阵列123a的转换器可以齐平安装在所述扬声器外壳121的声音发射部分121a的表面。为此，在一个实施例中，可以在所述扬声器外壳121的声音发射部分 121a上开设一个或多个孔，以容纳所述转换器阵列123a。在所述声音发射装置120的一个实施例中，可以在所述扬声器外壳121内开设另外的孔，以提供例如声学通风孔。

在一个实施例中，所述转换器阵列123a的转换器可以与集成在所述声音发射装置120内的波导组合。在本实施例中，所述转换器阵列123a的每个转换器都可以安装在所述扬声器外壳 121的内部，且波导将每个转换器的振动膜和所述声音发射部分121a的上一个声音发射端口连接，即，和所述声音发射装置120的外部连接。

下文描述了所述音频信号处理装置100和所述声音发射装置120的其它实现方式、实施例和方面。

图2示出了一实施例提供的声音发射装置120在第一配置和第二配置上透视图。与图1所示的声音发射装置120相比，除所述扬声器外壳121外，图2所示的声音发射装置120包括包括另一转换器阵列223a的另一扬声器外壳221。

在一个实施例中，通常可以具有半轴对称形状的所述另一扬声器外壳221包括声音发射部分 221a和尾部部分221b。在一个实施例中，所述声音发射部分221a与所述尾部部分221b耦合或成一体，且通常定义围绕沿着另一扬声器外壳221的长度延伸的另一轴的另一半旋转体表面。在一个实施例中，所述另一转换器阵列223a安装在所述另一扬声器外壳221的声音发射部分221a，其中，穿过所述另一扬声器阵列223a的另一平面与所述另一轴正交。在一个实施例中，所述另一扬声器阵列223a是弯曲的，从而使得所述另一扬声器阵列223a符合所述另一半旋转体表面的曲率。在一可选实施例中，所述另一至少一个转换器阵列可以安装在所述另一个扬声器外壳221内，并且连接到定义所述另一个扬声器外壳221的所述声音发射部分221a中的另一声音发射端口阵列的另一波导阵列，其中，穿过声音发射端口阵列的另一平面与所述另一个轴线正交，所述另一个声音发射端口阵列是弯曲的，从而使得所述另一个声音发射端口阵列符合所述另一个半旋转体表面的曲率。

在一个实施例中，所述另一扬声器外壳221的尾部部分221b用于耦合到扬声器外壳121的尾部部分121b，由此通常定义轴对称形状。如图2左侧所示。其中，所述另一扬声器外壳221 的尾部部分221b与所述扬声器外壳121的尾部部分121b耦合，从而定义所述声音发射装置 120的第一配置。在图2的右侧，包含所述转换器阵列123a的扬声器外壳121和包含所述另一转换器阵列223a的另一扬声器外壳221彼此分离，从而定义所述声音发射装置120的第二配置。

如图2所示，在一个实施例中，所述转换器阵列123a基本上横跨所述扬声器外壳121的声音发射部分121a的宽度，所述另一转换器阵列223a基本上横跨所述另一扬声器外壳221的声音发射部分221a的宽度。

从图2可知，所述扬声器外壳121和所述另一扬声器外壳221为半圆柱体。通常，所述述扬声器外壳121和所述另一扬声器外壳221可以定义一个轴对称形状的一半，即，旋转表面或固体的一半，例如，圆锥体的一半。

在一个实施例中，第一转换器阵列123a可以设置在所述扬声器外壳121的声音发射部分121a 上，与另一扬声器外壳221的声音发射部分221a上的另一转换器阵列223a具有相同的高度。在一个实施例中，转换器阵列123a中的相邻转换器之间的角度间隔Δφ可以与另一转换器阵列223a中的一致。这意味着如果转换器阵列123a和另一转换器阵列223a在一个实施例中包括2L个转换器，那么，相邻转换器之间的角度间隔Δφ由以下方程给出：

对于图2的左侧示出的声音发射装置120的第一配置，其中，扬声器外壳121的尾部部分121b 耦合至另一扬声器外壳221的尾部部分，标识第l个转换器位置的角坐标φ_l由下式给出：

φ_l＝lΔφ，l＝0，1，...，2L-1 (3)

对于图2右侧所示的声音发射装置120的第二配置，给定转换器阵列的第l个转换器的角坐标由以下方程给出：

图3示出了一实施例提供的声音发射装置120在第二配置上的透视图，即，一个配置中，包括转换器阵列123a的扬声器外壳121和包括转换器阵列223a的扬声器外壳221物理上彼此分离。在图3所示的示例性实施例中，包括转换器阵列123a的所述扬声器外壳121和包括转换器阵列223a的所述扬声器外壳221安装在壁340上，且各自具有尾部部分。在一个实施例中，所述声音发射装置120可与显示器330一起使用，在图3所示的示例性实施例中，所述显示器设置在包括转换器阵列123a的所述扬声器外壳121和包括转换器阵列223a的所述扬声器外壳221之间。

图4示出了一实施例提供的声音发射装置120在第一配置上的透视图，即，一个配置中，包括转换器阵列123a的扬声器外壳121和包括转换器阵列223a的扬声器外壳221通过各自的尾部部分耦合在一起。图4所示的声音发射装置120与图2和图3所示的声音发射装置120 的不同之处主要在于两个方面。第一，图4所示的声音发射装置120的扬声器外壳121和扬声器外壳221一起没有像在图2所示的实施例中情况下那样定义一个圆柱体形状，而是定义一个轴对称的瓶状形状。第二，图4所示的声音发射装置120的扬声器外壳121和扬声器外壳221均包含两个不同高度的转换器阵列，即，转换器阵列123a和123b以及转换器阵列223a和223b。在一个实施例中，穿过第一转换器阵列123a和223a的第一平面与声音发射装置120的对称轴正交，穿过第二转换器阵列123b和223b的第二平面也与对称轴正交，使得第一平面和第二平面平行。

在一个实施例中，所述转换器阵列123a和223a以及所述转换器阵列123b和223b可以独立地用于生成不同的声波束，也可以组合使用以生成一个相同的波束(或多个波束)。例如，可以使用不同的转换器阵列(具有不同的转换器特性或设置)来再现要生成的声波束(或多个波束)的频谱内容的不同频率部分。

理想的配置包括无限数量的圆形转换器阵列，使得半径为r(ω)的转换器阵列的每个组合被用于单个频率ω。选择半径使得乘积ω·r(ω)保持恒定。可知，在该理想情况下，滤波器R_n的脉冲是恒定的。然而，这种理想配置显然是不切实际的。实际上，通常应该选择有限数量个转换器阵列。例如，在图4所示的实施例中，第一转换器阵列123a和223a定义一个半径为r₁的圆形，第二转换器阵列123b和223b定义一个具有较大半径r₂的圆形。在一个实施例中，声音发射装置120被配置为提供具有大致在角频率ω₁附近的第一频率范围的第一频带受限音频信号，并且提供具有大致在角频率ω₂附近的第二频率范围的第二频带受限音频信号，其中，所述角频率ω₁和所述角频率ω₂由以下方程或由其推导出的方程给出：

其中，指数α可以取值1或2，c表示声音的速度，Δφ_α表示第一和第二转换器阵列中的转换器间的角分离。

因此，通过本发明可以设计针对不同频率范围优化的不同转换器阵列。在这种情况下，给定波束的输入信号可以分成多个频带(使用例如多频带交叉网络)，每个频带对应于给定的转换器阵列组合的输入信号。因此，在所述音频信号处理装置100的一个实施例中，所述音频信号处理装置100还包括滤波器网络，用于将音频输入信号101划分为具有不同频率带宽的两个或更多个划分的音频输入信号，从而至少提供第一和第二音频输入信号，以包括另外的滤波器单元、另外的多个缩放单元以及另外的多个加法器，用于处理第二音频输入信号，从而提供第二音频输出信号，以产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场。

图5示出了一实施例提供的声音发射装置120在第一配置上的透视图，即，一个配置中，包括转换器阵列123a的扬声器外壳121和包括转换器阵列223a的扬声器外壳221通过各自的尾部部分耦合在一起。图5所示的声音发射装置120与前面的图中所示的声音发射装置120 的不同之处主要在于：第一转换器阵列123a和223a相对于第二转换器阵列123b和223b具有角度偏移，在图5所示的实施例中，第二转换器阵列123b和223b紧靠第一转换器阵列123a 和223a的下方设置。换言之，第一转换器阵列123a和223a中的转换器的位置相对于第二转换器阵列123b和223b中的转换器的位置存在角度偏移。在所述声音发射装置120的一个实施例中，所述角度偏移可以大约第一转换器阵列123a和223a中的相邻转换器之间的角度间隔的一半。该方法允许通过增加频率极限来增加声音发射装置120的操作频率范围，在频率极限以上，波束方向图案被空间混叠破坏。

在一个实施例中，音频信号处理装置100和下面描述的其他实施例执行信号处理策略，从而为声音发射装置120的一个或多个转换器阵列123a、123b、223a、223b的转换器产生输入信号，以产生一个或多个定向声波束。图6至8示出了声音发射装置120的示例性实施场景，其可以通过在音频信号处理装置100中执行的不同信号处理策略来实现，其将在下面进行更详细的描述。

图6示出了第一配置的声音发射装置120的一个实施例，其中，配置音频信号处理装置100，使得声音发射装置120在由第一收听者定义的第一方向上发射第一声波束并且在由第二收听者定义的第二方向上发射第二声波束。

图7示出了第二配置的声音发射装置120的一个实施例，其中，配置音频信号处理装置100，使得声音发射装置120的一个转换器阵列在第一方向上发射左声道声波束，声音发射装置120 的另一个转换器阵列在第二方向上发射右声道声波束。其中，第一方向和第二方向由收听者的位置定义。

图8示出了第二配置的声音发射装置120的一个实施例，其中，配置音频信号处理装置100，使得声音发射装置120的一个转换器阵列在第一方向上发射第一左声道声波束，在第二方向上发射第二左声道声波束，声音发射装置120的另一个转换器阵列在第一方向上发射第一右声道声波束，在第二方向上发射第二右声道声波束。这可以用来，例如，提供多端口立体声。在下文中将主要参考转换器阵列123a，可以理解的是，音频信号处理装置100的实施例可以用于为如上所述的声音发射装置120的实施例中的转换器阵列123a、b和223a、b中的转换器产生输入信号。

通常，声波束的特征在于给定的方向性图案f(r，φ，ω)，其定义由声音发射装置120的转换器阵列123a在具有给定半径r的圆的圆周上产生的声压，该圆的中心可以与转换器阵列123a 的中心重合并且可以位于赤道平面上。辐射图是角度φ(其标识圆周上的给定点)和要再现的声音的频率ω的函数，此外，转换器阵列123a中的每个转换器都与给定的方向性图案 G_NF(r，φ_l，φ，ω)相关联，其中，第l个转换器位于角位置φ_l处，所述给定的方向性图案以与声波束的方向性图案相同的方式定义。

每个声波束与给定的单声道音频信号x(t)相关联，以下称为给定波束的“输入信号”。每个波束与“转向角”(或波束方向)φ₀相关联，所述“转向角”(或波束方向)标识对应于与该波束相关联的辐射图的绝对值的最大值的角坐标。

对于下面的数学推导，假设扬声器外壳121和转换器阵列123a被设置在平坦(并且理想上无限)的声学反射壁340上，如图9的右侧所示。位于φ_l的第l个传感器的方向性图案可以用以下的方程表示：

其中，δ_n表示克罗内克增量在n＝0时等于1，否则等于0，并且系数Γ_n(r，ω)主要依赖于转换器阵列123a的几何形状。在下面进一步的数学附录中推导出系数Γ_n(r，ω)的解析表达式，转换器阵列123a的转换器平齐安装在声音发射部分121a的表面上，声音发射部分121a被配置为刚性半圆柱体。

声波束的方向性图案(也称为波束指向性图案)可以用下式表示：

通常，方向性系数f_n取决于光束的转向方向和特性。在一个实施例中，该方向性系数f_n可以独立于频率ω。在一个实施例中，可以选择该方向性系数f_n取决于频率。

在音频信号处理装置100的一个实施例中，波束指向性图案是在由角度φ₀(也称为转向角) 定义的方向上的单个波束，其中第n个方向性系数f_n由以下方程或由其推导出的方程定义：

其中，γ(φ₀)是由以下方程或由其推导出的方程给出的角依赖因子：

角依赖因子γ(φ₀)有利地确保转向方向上的压力水平不作为转向角φ₀的函数而变化。参数N控制光束的宽度(N越大，光束方向性越高)。除方程(8)以外的方向性系数f_n，还有其他可能的选择。

上面的方程(7)和(8)是对称方向图的傅里叶级数表示。事实上，由安装在刚性壁上的声音发射装置120辐射的声音可以解释为由全轴对称阵列辐射的，其中，每一对分别位于φ_l和 -φ_l的转换器被用相同的输入信号驱动(因此相对于刚性壁的方向性图案的对称性)。

注意，上述所有方程中的角坐标φ的弧度从0变化到π，这是因为方向性图案被定义在半圆周上(与声音发射装置的第一配置的圆周相反)。此外，转换器阵列123a的转化器设置在半圆周上。这表明，传统的圆形阵列的波束赋形方法不适用于该情况。

本发明提出的新方法的数学推导在下面进一步的数学附录中详细描述，并且可以认为是针对转换器的半圆形排列而具体导出的模式匹配方法的改写。从下面可以清楚看出，推导不再像上述方程(1)那样涉及傅里叶级数，而是如方程(A.23)中所定义的离散余弦变换。

还应该强调的是，与圆形阵列的情况相反，声波束指向性图案不是旋转不变的。这意味着方向性图案的形状取决于转向角φ₀。这是由于反射壁340的存在而引起的。出于这个原因，包括该因子γ(φ₀)是有利的，以便确保方向性图案的值在φ₀上是单一的。

该信号处理方案基于对格林函数G_NF(r，φ_l，φ，ω)的预知(以上已经称为方向性图案)。在一个实施例中，可以通过数值方法或测量的手段来计算格林函数G_NF(r，φ_l，φ，ω)。在本实施例中，转换器器阵列123a的转换器齐平安装在声音发射部分121a的表面，其对已该分析推导而言，被假定为具有无限的刚性半圆柱体的表面形状，该装置120本身安装在无限刚性壁上，该格林函数G_NF(r，φ_l，φ，ω)的解析表达式在下面的数学附录中进一步公开。

在音频信号处理装置100的实施例中实现的用于利用单个转换器阵列生成单个波束的信号处理方案的示意图在图10中示出。在一个实施例中，声波束具有由方程(8)给出的方向性图案。信号x(t)被输入到N个滤波器的滤波器单元或滤波器组103。为了清楚起见，图10中的附图标记只标识了这些N个滤波器中的两个，即滤波器103a和滤波器103u。

在音频信号处理装置100的一个实施例中，滤波器单元103的滤波器的第n个滤波器的脉冲响应由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，F^-1表示傅里叶逆变换，Γ_n表示作为径向距离r和频率ω的函数的傅里叶级数的第n阶系数，所述傅里叶级数描述转换器阵列123a的辐射极性图案，所述转换器阵列符合包括半旋转体表面的完整旋转表面的曲率，所述第n阶系数取决于扬声器外壳121的声音发射部分121a 形状，R_n(t)表示作为时间的函数的所述滤波器单元103的第n个滤波器的脉冲响应。如本领域技术人员将认识到的，方程(10)是以下方程的简化形式：

其中，*表示复共轭。

在另一个实施例中，滤波器单元103的滤波器中的第n个滤波器的脉冲响应可以包括可定义的正则化参数β_n(其通常是频率相关的)。因此，在音频信号处理装置100的一个实施例中，滤波器单元103的第n个滤波器的脉冲响应由以下方程或由其推导出的方程来定义：

如将在下面的数学附录中更详细地描述的，在音频信号处理装置100的一个实施例中，Γ_n由以下方程或由其推导出的方程来定义：

Γ_n＝2i^-nb_n(kR)， (13)

其中，函数b_n(kR)由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，ξ表示乘积kR，k表示波数，R表示所述半旋转体表面的半径，H_n′表示第n阶汉克尔函数的导数。

滤波后的音频信号y_n(t)被定义为具有脉冲响应R_n(t)的滤波器的输出。信号y_n(t)，n＝0，1，……， N，被输入到L个增益或缩放单元组(每个子阵列源的一个增益组)。为了清楚起见，图10 中的附图标记只标识了两个缩放单元或增益，即缩放单元107a和缩放单元107v。每个缩放单元组包括N个缩放单元，每个缩放单元将增益系数应用于对应的信号滤波音频信号y_n(t)。在一个实施例中，转换器阵列123a的第l个转换器的第n增益系数，即由第n缩放单元提供的增益系数由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，δ_n表示如果n＝0，克罗内克增量等于1，否则等于0，L表示所述转换器阵列123a中的转换器的数量，f_n表征描述作为辐射角的函数的期望波束指向性图案的傅立叶级数或傅立叶余弦级数的第n个系数。如本领域技术人员将会理解的，增益系数取决于期望的波束指向性图案的参数、索引n以及给定转换器的角坐标。单个缩放单元组的输出信号由加法器，例如图 10中标识的加法器109a和109w，相加，从而产生音频输出信号z_l(t)，该音频输出信号是转换器阵列123a的第

个转换器的输入。

因此，在音频信号处理装置100的一个实施例中，转换器阵列123a中第l个转换器的音频输出信号z_l(t)由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，z_l(t)表示作为时间的函数的输出信号，x(t)表示作为时间的函数的音频输入信号，

表示卷积运算符，其中，n可以取从0到N的值，N取决于所述波束指向性图案，G_n，l(φ₀)表示转换器阵列123a中第l个转换器的第n个增益系数。

在一个实施例中，包括音频信号处理装置100的声音发射装置120也可以仅使用单个转换器阵列，例如转换器阵列123a，来产生多个声波束。为此，在一个实施例中，可以应用线性叠加原理。应该提供许多等于光束数量的输入信号。这些信号中的每一个都使用图10中描述的信号处理策略进行处理，并且在馈送前对信号z_l(t)进行求和。在一个实施例中，可以生成与相同的输入信号x(t)相关联的多个波束，但是该多个波束被导向到不同的方向(或者，更一般地，具有不同的特性)。在这种情况下，如图11所示，仅一个包括具有脉冲响应R_n(t)的多个滤波器(诸如滤波器103a和滤波器103u)的滤波器单元103就足够了。

因此，在音频信号处理装置100的一个实施例中，该波束指向性图案是由在由各个角度φ_j定义的各个方向上的多个波束定义的，转换器阵列123a的第l个转换器的音频输出信号z_l(t)由以下方程或由其推导出的方程给出：

其中，J表示所述波束指向性图案的波束总数，τ_j表示第j个波束的时间延迟，K_j表示第j个波束的增益。

图12示出了使用两个转换器阵列的情况下的实施例，例如转换器阵列123a和转换器阵列 223a。在一个实施例中，每个转换器阵列123a、223a可以生成任意数量的波束，每个波束可以被引导到给定的目标位置，如图8所示，例如收听者占据的空间区域。如上所述，图7表示两个波束指向单个收听者的情况，每个波束由一个转换器阵列123a、223a产生。两个波束的输入信号可以是例如立体声信号的左右声道。如果图12所示的两个转换器阵列123a、223a 通过相同的输入信号产生波束，则具有包括多个滤波器(诸如图12中标识的滤波器103a和 103u)的一个滤波器单元103就足够了。

在图7中示出了图12中所示的实施例的使用情况，即当左转换器阵列123a生成与两个(或更多)不同立体声信号的左声道相关联的转向两个(或更多)收听者两个(或更多)波束，右转换器阵列223a的情况相同，但是针对的是所考虑的立体声信号的右声道。图12所示的实施例的另一个使用情况也在图8中示出，其由传送给位于两个不同位置的两个收听者的相同立体声或双耳信号给出。在这种情况下，每个转换器阵列123a、223a产生与同一信号(立体声信号的左或右声道)相关联但是转向不同方向的两个波束。

低频声波束的方向性通常受限于转换器阵的列物理尺寸。例如，生成具有小转换器阵列的高度指向的低频声波束要求转换器由具有非常大振幅的信号驱动，这可能在声音发射装置120 偏离理想条件时降低其性能。因此，在音频信号处理装置100的一个实施例中，音频信号处理装置100还包括低音增强单元，其中，低音增强单元用于处理单独在滤波器单元103上游的每个音频输入信号101，多个缩放单元107a-v和多个加法器109a-w。与上述信号处理策略相结合的心理声学低音增强单元允许听众感知给定音频信号的低频分量，而声音发射装置100 在物理上再现信号频谱的下部(或者几乎不产生在该频率范围内的能量)。利用这种方法，转换器阵列可以生成带限(即没有低频)但是高度指向的声波束，但是在声波束的最有效点的收听者将(理想地)感知全范围音频信号。在一个实施例中，低音增强单元的处理被单独应用于每个输入信号。

在下面的数学附录中，上面使用的一些方程将被更详细地推导和/或解释。首先，推导出一个理想的全向转换器或扬声器(理想单极天线)的辐射方向图的解析表达式，该全向转换器或扬声器齐平安装在设置在刚性无限壁上的无限刚性半圆柱体表面上，如图9的右侧所示。为此，使用等效散射方法。更具体地说，在半圆柱上的位置φ，z处由刚性半圆柱上的点源产生的场的方向φ_q和θ_q上的远场逼近与由半圆柱和硬壁散射的在半圆柱表面位置φ，z处测得的方向φ_q和θ_q上撞击的平面波产生的声场相同。

假设感兴趣的声场在半空间中定义y＞0，并且在xz平面上由刚性壁界定。这在场上施加了以下诺埃曼边界条件：

由于平面波从角度φ_q和θ_q撞击并由位于φ＝0，π(对应于平面y＝0上的一个壁)的刚性壁反射的场。这是由两个平面波的线性总和给出的，这两个平面波分别来自0≤φ≤π定义的半空间中的φ_q和θ_q以及-φ_q和θ_q。在极坐标中，对于z＝0，由下式给出：

其中，J_n(ξ)是阶数为n的贝塞尔函数，并且已经使用Jacobi-Anger展开，例如，如在DL Colton 和R.Kress，《逆声学和电磁散射理论》，应用数学科学，施普林格，柏林，1992年中所公开的。考虑贝塞尔函数的关系式J_-n(ξ)＝(-1)ⁿJ_n(ξ)，其如下所述：

e^inφi^-nJ_n(k_rr)+e^-inφiⁿJ_-n(k_rr)＝2cos(nφ)i^-nJ_n(k_rr) (A.3)

这意味着场相对于壁所限定的平面是对称的。因此，方程(A.2)中的傅立叶级数可以用下面的余弦级数代替：

其中

更一般地说，在刚性平面y＝0存在的情况下，来自方向0≤φ≤π(并且在半空间y>0中满足均匀亥姆霍兹方程)的波的任何声场以及相应的散射和总场可以表示为：

其中

D_n(k_z)＝∈_n[C_n(k_z)+(-1)ⁿC_-n(k_z)] (A.9)

一个由φ_q和θ_q冲击的平面波由以下方程给出：

现在，如图9所示，针对放置在刚性墙上的半刚性无限圆柱，研究由方向0≤φ≤π撞击的波引起的场的散射问题。为此，使用修改后的格林函数。满足诺埃曼边界条件(A.1)的亥姆霍兹方程的格林函数由自由场格林函数加上其图像源给出，即：

其中，

是反射系数(α是吸收系数)，以下假设是单一的(完全反射壁)；

r＝[r cosφ,r sinφ,z]

r_M＝[r cosφ,-r sinφ,z] (A.12)

在存在具有边界S的散射体的情况下，散射场可以由修改的单层电势表示：

p_s(r)＝∫_SG_W(r,r′)u(r′)dS(r′) (A.13)

且

对于考虑到S＝{r：|r|＝R，0≤φ≤π}的情况，那就是刚性半圆柱体的表面。在这种情况下，散射场可以看作是由一个辐射圆柱体产生的场，其振动模式相对于平面y＝0对称，因此可以用下列一系列余弦函数和汉克尔函数表示：

在刚性半圆柱表面上应用Neumann边界条件得到：

其产生：

如果在散射体的边界上评估场，即在r＝R处，则可以使用朗斯基矩阵关系式 H_n′(ξ)J_n(ξ)-H_n(ξ)J_n′(ξ)＝i2/(πξ)，从而获得总(入射+散射)场的以下表达式：

函数b_n(ξ)定义如下：

对于从φ_q和θ_q碰撞的平面波，将上述结果与方程(A.10)相结合，得到以下最终结果：

这是位于刚性半圆柱体上的转换器在位置R、

和z处的辐射图。评估此结果z＝0(即θ_q＝π/2) 并与方程(7)比较，得到：

Γ_n＝2i^-nb_n(kR) A.21)

其次，推导出如由方程(8)给出的具有L个均匀间隔的转换器的子阵列的用于合成远场辐射图f(φ)的信号处理块的数学公式。

目标辐射图的空间谱被选择为与频率无关并限于N＝L-1的阶数。回顾一下

得出这样的结论：

其中，q_l(ω)是在频域中表示的第l个转换器的信号，是单位输入信号，即x(t)＝δ(t)，并且Q_n(ω) 是其离散余弦变换的系数。以下两个关系式是成立的：

方程(A.22)的两边都乘以ò_mcos(mφ)/π，并在0和π之间积分，从而得到：

其产生：

f_m＝Γ_m(ω)Q_m(ω),m＜L (A.25)

以及

只有当方程(7)中阶数n≥L的贡献可以忽略时，这种方法才能提供精确的结果。否则，再现的辐射方向图将受到空间混叠的影响。方程(A.26)的正则化版本是使用方程(15)计算的，由下式给出：

对此结果应用傅立叶逆变换，并用x(t)进行卷积，得到方程(16)。方程(8)和(9)给出了辐射图的可能选择。这个模式对应于一个阶数截断的空间狄拉克δ函数。可以选择常数γ(φ₀)， f(φ₀)＝1并因此由方程(10)给出。综合以上所有结果，可以得到：

其傅立叶变换和通过x(t)卷积产生一个方程，可以被重写为：

这是图10至图12阐明的信号处理方案的数学表示。

尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式或实施例中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实现方式或实施例中的一个或多个特征或方面相结合，只要对于任何给定或特定的应用是有需要或有利。此外，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其他变形在详细的说明书或权利要求书中使用，这类术语和所述术语“包含”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”，“例如”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。

尽管本文中已说明和描述特定方面，但所属领域的技术人员应了解，多种替代和/或等效实现方式可在不脱离本发明的范围的情况下所示和描述的特定方面。该申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。

尽管以上权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求的阐述另有暗示用于实施部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以所述特定顺序来实施。

通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。当然，本领域普通技术人员容易认识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (11)

1.一种用于处理音频输入信号(101)的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述音频信号处理装置(100)包括：

包括多个滤波器(103a-u)的滤波器单元(103)，每个滤波器(103a-u)用于对音频输入信号(101)进行滤波以获得多个滤波后的音频信号(105)，每个滤波器(103a-u)根据应用于半旋转体表面的扩展模式匹配波束赋形进行设计，该表面部分地表征了扬声器外壳的形状；

多个缩放单元(107a-v)，每个缩放单元(107a-v)用于使用多个增益系数中的一个来缩放所述多个滤波后的音频信号(105)中相应的一个以获得多个缩放滤波音频信号(108)；

多个加法器(109a-w)，每个加法器(109a-w)用于组合多个缩放滤波音频信号(108)，从而提供音频输出信号(111)用于产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场；

所述多个滤波器(103a-u)中的第n个滤波器的脉冲响应由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，F^-1表示傅里叶逆变换，Γ_n表示作为径向距离r和频率ω的函数的傅里叶级数的第n阶系数，所述傅里叶级数描述了转换器阵列(123a、123b、223a、223b)的辐射极性图案，所述转换器阵列(123a、123b、223a、223b)符合包括半旋转体表面的完整旋转表面的曲率，所述第n阶系数取决于扬声器外壳的形状，R_n(t)表示作为时间的函数的第n个滤波器的脉冲响应。

2.如权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述第n个滤波器的脉冲响应由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，β_n表示可定义的正则化参数。

3.如权利要求1或2所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，Γ_n由以下方程或由其推导出的方程来定义：

Γ_n＝2i^-nb_n(kR)，

其中，函数b_n(kR)由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，ξ表示乘积kR，k表示波数，R表示所述半旋转体表面的半径，H′_n表示第n阶汉克尔函数的导数。

4.如权利要求1或2所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述转换器阵列(123a、123b、223a、223b)的第l个转换器的音频输出信号(111)由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，z_l(t)表示作为时间的函数的音频输出信号，x(t)表示作为时间的函数的音频输入信号，

表示卷积运算符，其中，n可以取从0到N的值，N取决于所述波束指向性图案，G_n，l表示第l个转换器的第n个增益系数,L表示所述转换器阵列(123a、123b、223a、223b)中的转换器的数量。

5.如权利要求4所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述转换器阵列(123a、123b、223a、223b)的第l个转换器的第n个增益系数由以下方程或由其推导出的方程来定义：

其中，δ_n表示如果n＝0，克罗内克增量等于1，否则等于0，φ_l表示标识转换器阵列(123a、123b、223a、223b)的第l个转换器的位置的角坐标，f_n表征描述作为辐射角的函数的期望的波束指向性图案的傅立叶级数或傅立叶余弦级数的第n个系数。

6.如权利要求5所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述波束指向性图案是在由角度φ₀定义的方向上的单个波束，其中第n个系数f_n由以下方程或由其推导出的方程定义：

其中，γ(φ₀)是由以下方程或由其推导出的方程给出的角依赖因子：

7.如权利要求4所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述波束指向性图案是由在由各个角度φ_j定义的各个方向上的多个波束定义的，其中，所述转换器阵列(123a、123b、223a、223b)的第l个转换器的音频输出信号由以下方程或由其推导出的方程给出：

其中，J表示所述波束指向性图案的波束总数，τ_j表示第j个波束的时间延迟，K_j表示第j个波束的增益。

8.如权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述滤波器单元(103)、所述多个缩放单元(107a-v)和所述多个加法器(109a-w)用于处理至少两个音频输入信号(101)，从而提供立体声音频输出信号(111)用于产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的立体声场。

9.如权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述滤波器单元(103)、所述多个缩放单元(107a-v)和所述多个加法器(109a-w)还用于提供另外的音频输出信号，用于通过半轴对称扬声器阵列产生另外的声场，所述另外的声场具有由多个增益系数定义的另一波束指向性图案。

10.如权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，所述音频信号处理装置(100)还包括低音增强单元，其中，所述低音增强单元用于在所述滤波器 单元(103)的上游单独处理每个音频输入信号(101)。

11.如权利要求1所述的音频信号处理装置(100)，其特征在于，还包括滤波器网络，用于将所述音频输入信号(101)划分为具有不同频率带宽的两个或更多个划分成的音频输入信号，从而至少提供第一和第二音频输入信号；

另外的滤波器单元、另外的多个缩放单元以及另外的多个加法器，用于处理第二音频输入信号，从而提供第二音频输出信号，以产生具有由多个增益系数定义的波束指向性图案的声场。

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