CN107889033A - 用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现 - Google Patents

用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现”。本发明公开了一种使用容纳在扬声器柜中的扬声器阵列来再现声音的方法，该方法包括选择多个声音呈现模式以及基于传感器数据和用户界面选择中的一者或两者的变化来改变所选择的声音呈现模式。声音呈现模式包括多个中置‑侧置模式和至少一个直接‑环境模式。还描述了其它实施方案并要求对其进行保护。

Description

用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现
本专利申请要求2016年9月30日提交的共同未决的美国临时专利申请62/402,836的较早申请日期的权益。
技术领域
本发明的实施方案涉及由扬声器阵列在空间上选择性地呈现音频以用于在房间中再现立体声记录。还描述了其他实施方案。
背景技术
已作出许多努力来开发意在再现具有改进质量的声音记录的技术，使得听上去如原始记录环境中那样自然。此方法围绕收听者创建声音场，该声音场的空间分布更接近地近似原始记录环境的空间分布。在本领域中的早期实验显示出，例如，通过收听者前方的扬声器来播放音乐信号以及通过收听者后方的扬声器来播放稍微延迟版本的相同信号给收听者带来他处于大房间中并且音乐在他前面播放的感受。可通过向收听者左侧添加另外扬声器以及向右侧添加另一扬声器，以及将相同信号以不同于前置扬声器和后置扬声器之间的一个延迟的延迟馈送到这些侧置扬声器。
立体声记录通过从在策略上相对于声源布置的至少两个麦克风同时记录来捕获声音环境。在通过相应扬声器回放这些(至少两个)输入音频声道期间，收听者能够(使用定时和声级上感受的小差别)大致推断声源的位置，从而体验空间感。在一种方法中，可选择产生两个信号的麦克风布置，两个信号为包含中央信息的中置信号以及针对位于中央的声源开始于大致为0以及随后随角度偏差增大的侧置信号(由此拾取“侧置”信息)。此类中置和侧置信号的回放可通过相联结并且彼此垂直取向的相应扬声器柜，并且这些扬声器柜可具有足够指向性以大致复制麦克风布置的拾取。
扬声器阵列诸如线性阵列已用于大型场所诸如室外音乐节，以产生指向听众的空间选择性声音(波束)。线性阵列已用于封闭大型空间诸如礼拜堂、体育场和购物中心。
发明内容
本发明的实施方案目的在于使用扬声器阵列在房间或其他受限空间内呈现具有清晰度和沉浸感或空间感两者的音频。该系统具有扬声器柜，该扬声器柜中结合了多个驱动器，并且多个音频放大器耦接到驱动器的输入。呈现处理器接收将由驱动器转换为声音的一段声音程序内容诸如音乐作品的多个输入音频声道(例如立体声记录的左右声道)。呈现处理器具有通过数字音频通信链路耦接到放大器的输入的输出。呈现处理器还具有多个声音呈现操作模式，在该模式中，处理器为驱动器的输入产生各个信号。判决逻辑(判决处理器)用于接收传感器数据和用户界面选择中的一者或两者作为判决逻辑输入。判决逻辑输入可代表房间特征(例如，扬声器柜定位在其中)和/或收听位置(例如，房间中的收听者相对于扬声器柜的位置)，或可由房间特征和/或收听位置定义。还可通过判决逻辑对输入音频声道执行内容分析。使用内容分析、房间特征(例如，房间音响)和收听者位置中的一者或多者，根据回放一段声音程序内容期间驱动的扬声器，判决逻辑随后为呈现处理器作出呈现模式选择。呈现模式选择可基于判决逻辑输入的变化来例如在回放期间自动变化。
声音呈现模式包括多个第一模式(例如，中置-侧置模式)以及一个或多个第二模式(例如，环境-直接模式)。呈现处理器可配置为第一模式中的任一者或者第二模式。在一个实施方案中，在中置-侧置模式中的每一者中，扬声器驱动器(共同操作为波束形成阵列)产生具有叠加有指向性波束(或波束方向图)的主要全向波束(或波束方向图)的声束。
在环境-直接模式中，扬声器驱动器产生具有i)直接内容方向图的声束，该直接内容方向图指向收听者位置并且叠加有ii)指向远离收听者位置的环境内容方向图。直接内容方向图包含从输入音频声道截取的直接声音区段(例如，包含将由收听者感受如同来自某个方向的直接语音、对话或评论的区段)。环境内容方向图包含从输入音频声道截取的环境或扩散声音区段(例如，包含将由收听者感受为环绕或完全包围收听者的下雨或人群噪音的区段)。在一个实施方案中，环境内容方向图比直接内容方向图更具指向性，而在其他实施方案中情况相反。
在第二模式与多个第一模式之间变化的能力使得音频系统能使用例如单个扬声器柜中的波束形成阵列来清晰呈现音乐(例如，针对可能小于或等于500Hz的较低截止频率以上的音频内容具有高指向性指数)并且能够利用声音“充满”房间(针对环境内容再现可能具有低或负指向性指数)。因此，在一个示例中，可使用针对所有内容的单个扬声器柜呈现具有清晰度和沉浸感两者的音频，例如，该内容在一些但并非所有输入音频声道中或者在较低截止频率以上的所有输入音频声道中。
在一个实施方案中，例如使用定时/窗口相关性对输入音频声道执行内容分析来发现相关的内容和无关的内容。使用波束形成器，可在直接内容波束方向图中呈现相关的内容，而在一个或多个环境内容波束中同时呈现无关的内容。了解扬声器柜与房间之间的声学交互(可部分基于可描绘房间的判决逻辑输入)可用来有助于呈现任何环境内容。例如，当确定扬声器柜靠近声学反射面布置时，对此类房间音响的了解可用来选择用于呈现一段声音程序内容的环境-直接模式(而非中置-侧置模式中的任一者)。
在收听者位置和房间音响的其他情况下，诸如当扬声器柜位于远离任何声音反射面时，可选择中置-侧置模式中的一者来呈现声音程序内容。这些模式中的每一者可被描述为“增强型”全向模式，其中音频跨360度一致地播放，同时还保留一些空间质量。可使用能产生逐渐增大的较高阶波束方向图，例如偶极子和四极的波束形成器，其中去相关的内容(例如，源自左右输入声道之间的差)被添加到或叠加有单声道主波束(实质上具有左右输入声道之和的全向波束)。
以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可预期的是，本发明包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
本发明的实施方案以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，本公开中提到本发明的“一”或“一个”实施方案未必是同一实施方案，并且它们表示至少一个实施方案。另外，为了简洁以及减少附图的总数，可使用某个附图示出本发明的多于一个实施方案的特征，并且对于某个实施方案，可能并非需要该附图中的所有元素。
图1为具有波束形成扬声器阵列的音频系统的框图。
图2A为中置-侧置呈现模式中产生的声束的正视图。
图2B示出在呈现的音频内容中作为水平面上的图2A的声束的叠加的空间变化。
图3A为较高阶中置-侧置呈现模式产生的声束方向图的正视图。
图3B示出在图3A的实施方案中针对可用于形成波束的两个输入音频声道的情况的呈现波束内容。
图3C示出在图3A和图3B的水平面上源自波束叠加的呈现内容的空间变化。
图4描绘了在环境-直接模式中产生的声束方向图的示例的正视图。
图5为其中音频系统正工作的房间的向下观看水平面。
具体实施方式
现在将参考所附附图来解释本发明的若干个实施方案。每当在实施方案中描述的部件的形状、相对位置和其它方面未明确限定时，本发明的范围并不仅局限于所示出的部件，所示出的部件仅用于例证的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施方案可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免模糊对本具体实施方式的理解。
图1为具有波束形成扬声器阵列的用于回放在多个输入音频声道中的一段声音程序内容的音频系统的框图。扬声器柜2(也被称为壳体)具有集成在其中的多个扬声器驱动器3(编号至少为3个或更多个，并且在大多数实例中，比输入音频声道的数量多)。在一个实施方案中，柜2可具有大致柱形形状，例如如图2A所示以及也如在图5的俯视图中所见，其中驱动器3并排并且围绕中心垂直轴线9周向布置。驱动器3的其他布置是可能的。此外，柜2可具有其他一般形状，诸如大致球形或椭圆形，其中驱动器3可围绕球体的基本上整个表面均匀分布。驱动器3可为电动驱动器并且可包括专门针对不同频带设计的一些驱动器，例如包括高音扬声器和中距离驱动器的任何适当组合。
在该示例中的扬声器柜2还包括多个功率音频放大器4，每个功率音频放大器具有耦接到相应扬声器驱动器3的驱动信号输入的输出。每个放大器4从相应数模转换器(DAC)5接收模拟输入，其中数模转换器通过音频通信链路6接收其输入数字音频信号。尽管DAC 5和放大器4被示为独立块，但是在一些实施方案中，用于这些的电子电路部件可组合，不仅用于每个驱动器还用于多个驱动器，从而例如利用D型放大器技术提供更有效的数字模拟转换和各个驱动器信号的放大操作。
用于驱动器3中的每个驱动器的各个数字音频信号从呈现处理器7通过音频通信链路6递送。呈现处理器7可在来自扬声器柜2的独立壳体内实现(例如，作为计算设备18的一部分-参见图5，可为智能电话、膝上型计算机或台式计算机)。在那些实例中，音频通信链路6更有可能是无线数字通信链路，诸如蓝牙链路或无线局域网链路。然而，在其他实例中，音频通信链路6可在物理线缆上，诸如数字光学音频线缆(例如，TOSLINK连接)或高清多媒体接口(HDMI)线缆。在其他实施方案中，呈现处理器7和判决逻辑8两者在扬声器柜2的外壳中实现。
呈现处理器7接收图1的示例中描述的一段声音程序内容的多个输入音频声道，作为唯一的双声道输入，即立体声记录的左(L)和右(R)声道。例如，左右输入音频声道可为记录作为唯一双声道的音乐作品的那些声道。另选地，可能存在多于两个输入音频声道，诸如像用于大型公共剧院设置的以5.1环绕格式的电影胶片或电影的整个音频配乐。在若干声音呈现操作模式中的任一个中，在呈现处理器将那些输入声道转换为驱动器3的各个输入驱动信号之后，这些配乐将被驱动器3转换为声音。呈现处理器7可整体实现为编程数字微处理器，或者作为编程处理器和专用硬连线数字电路诸如数字滤波器块和状态机的组合。呈现处理器7可包含波束形成器，该波束形成器可被配置为为驱动器3产生各个驱动信号，以便将输入音频声道的音频内容“呈现”为驱动器3作为波束形成扬声器阵列发射的多个同步理想波束。可根据多个预先配置的呈现模式(如下文进一步所述)由波束形成器成型并操控波束。
判决逻辑8作出呈现模式选择。判决逻辑8可实现为编程处理器，例如，通过共享呈现处理器7或者通过不同处理器的编程执行程序，该程序基于某些输入针对正回放或将要回放的给定声音程序内容，根据哪个呈现处理器7将驱动扬声器驱动器3(在回放一段声音程序内容来产生理想波束期间)作出判决使用哪个声音呈现模式。更一般地，可基于收听者位置、房间音响以及如下文进一步所述的由判决逻辑8执行的内容分析中的一者或多者，在回放期间自动改变所选择的声音呈现模式。
判决逻辑8可基于其判决逻辑输入的变化而在回放期间自动(不需要来自音频系统的用户或收听者的即时输入)改变呈现模式选择。在一个实施方案中，判决逻辑输入包括传感器数据和用户界面选择中的一者或两者。传感器数据可包括例如由接近传感器、成像相机诸如深度相机、或指向性声音拾取系统例如使用麦克风阵列的声音拾取系统获得的测量值。传感器数据和可选的用户界面选择(例如可使得收听者能够手动描绘房间的边界以及其中的家具或其他对象的尺寸和位置)可由判决逻辑8的过程使用来计算收听者位置，例如由相对于扬声器柜2的前轴或前向轴的角度给出的径向位置。用户界面选择可指示房间的特征，例如扬声器柜2到相邻壁、天花板、窗户、或房间中的对象诸如家具的距离。传感器数据例如还可用来测量针对房间或房间中的某个特征的声音反射值或声音吸收值。更一般地，判决逻辑8可具有评估各个扬声器驱动器3和房间之间的交互的能力(包括数字信号处理算法)例如来确定扬声器柜2何时靠近声学反射表面放置。在此情况下，并且如下文所述，(环境-直接呈现模式的)环境波束可以不同角度取向，以便促进理想的立体声增强或沉浸感效应。
呈现处理器7具有若干声音呈现操作模式，包括两个或更多个中置-侧置模式和至少一个环境-直接模式。呈现处理器7由此预先配置有此类操作模式或者具有在此类模式中执行波束形成的能力，使得在回放一段声音程序内容期间，可由判决逻辑8实时选择并改变当前工作模式。这些模式可被看作对输入音频声道(例如，L和R)的不同立体声增强，基于期待哪一个对特定房间中的收听者具有最好或最高影响以及针对正被回放的特定内容，该系统可从输入音频声道中选择。因此可实现房间中改进的立体声效果或沉浸感。可能期待不同模式中的每个模式可不仅基于收听者位置和房间音响而且基于特定声音程序内容的内容分析，而具有不同优势(就向收听者的更具沉浸感的立体声效果而言)。此外，基于以下理解选择这些模式，在本发明的一个实施方案中，在一段声音程序内容的所有可用输入音频声道中较低截止频率以上的所有内容仅将由扬声器柜2中的驱动器3转换为声音。驱动器被波束形成器看作扬声器阵列，基于相应驱动器相对于其他驱动器的物理位置的了解，波束形成器计算每个各个驱动器信号。换言之，除了低音用扩音器和次重低扬声器内容(例如，低于300Hz)之外，输入音频声道中的原始音频内容将不会被发送到系统的其他扬声器。这可被看作具有单个扬声器柜2(实现用于较低截止频率以上的所有内容的波束形成扬声器阵列)的音频系统。
在呈现处理器7的中置-侧置模式中的每个模式中，呈现处理器7的输出可使得扬声器驱动器3产生声束，该声束具有(i)包括输入音频声道中的两个或更多个输入音频声道之和的全向方向图，叠加有(ii)具有大量波瓣的指向性方向图，其中每个波瓣包含两个或更多输入声道的差。作为示例，图2A示出了针对两个音频声道L和R的情况(立体声输入)在此模式中产生的声束。扬声器柜2产生叠加有偶极子波束11的全向波束10(具有如图所示的全向方向图)。全向波束10可被看作立体声(L，R)原始的单声道下混音。偶极子波束11为在此情况下具有两个主波瓣的多指向性方向图的示例，其中每个波瓣包含相反极性的两个输入声道L，R的差。换言之，在波瓣中输出的指向图中右侧的内容为L-R，而波瓣中输出的指向偶极子的左侧的内容为-(L-R)＝R-L。为了产生此类波束的组合，呈现处理器7可具有波束形成器，该波束形成器可产生大量预定义的正交模式的适合的线性组合，以产生全向波束10和耦接子波束11的叠加。此类波束组合导致内容分布在一般圆形的扇区内，如图2B中所示，其中图2B为向下看到图2A的水平面的示图，在图2中绘制了全向波束10和偶极子波束11。
图2B中所示的所得到的或组合声音波束方向图在此被称为具有由横跨所示360度的多个相邻立体声扇区确定的“立体声密度”(在水平面中且围绕扬声器柜2的中心垂直轴线9)。每个立体声扇区由侧面与左侧区域L和右侧区域R相接的中心区域C组成。因此，在图2B中所示的中置-侧置模式的情况下，立体声密度仅由两个相邻立体声扇区限定，每个扇区具有单独的直径相对中心区域C，并且每个扇区共享也彼此直径相对的单个左侧区域L和单个右侧区域R。这些立体声扇区中的每个扇区或者这些立体声扇区中的每个扇区中的内容为全向波束11和偶极子波束11的叠加结果，如图2A所示。例如，左侧区域L获得作为偶极子波束11的指向右波瓣中的L-R内容以及全向波束10的L+R内容之和，其中数量L+R也称为C。
观看图2A中所示的偶极子波束11的另一方式是作为较低阶中置-侧置呈现模式的示例，其中在指向性方向图中只有两个主要或主波瓣，每个波瓣包含两个或更多个输入声道的差，理解到这些主波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。此一般化还覆盖图3A-3C中所示的特定实施方案，其中偶极子波束11替换为四极波束13，其中在指向性方向图中存在四个主波瓣。与图2A-图2B的较低阶波束方向图相比，这是较高阶波束方向图。一般化仍应用于这种情况，因为每个波瓣包含两个或更多个输入声道的差(在此情况下，仅L和R，如图3B所示)，并且其中主波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。因此，看图3，其内容为R-L的指向前的波瓣与具有相反极性L-R的指向左主波瓣并且也具有相反极性L-R的指向右主波瓣两者相邻。类似地，指向后的波瓣(示为隐藏在扬声器柜2之后)具有与其两个相邻波瓣极性相反的内容R-L(具有内容L-R的相同左和右指向波瓣)。
图3A-图3B中示出的高阶中置-侧置模式产生图3C所示的组合或叠加声束方向图，其中存在四个相邻立体声扇区(围绕水平面上的中心垂直轴线9一起横跨360度)。如上所述，每个立体声扇区由侧面与左声道区域L和右声道区域R相接的中心区域C组成。如在图2B一样，在相邻扇区中存在叠加，因为L区域由两个相邻立体声扇区共享，R区域情况也是如此。因此，在图3C中存在四个扇区，对应于四个中心区域C，每个侧面由其L区域和R区域相接。
通过给出图2A-图2B中低阶中置-侧置模式的示例(偶极子波束11)以及图3A-图3C中高阶中置侧置模式的示例(四极波束13)，上述讨论扩展到呈现处理器7的中置-侧置模式。高阶中置-侧置模式具有更大指向性指数的波束方向图或者可被看作具有比低阶中置-侧置模式更多数量的主要波瓣。换个角度来看，在呈现处理器7中可用的各种中置-侧置模式产生阶数增大的相应声束方向图。
如上所述，声音呈现模式的选择可不仅仅是当前收听者位置和房间音响而且还是输入音频声道的内容分析的函数。例如，当该选择基于对一段声音程序内容的内容分析时，对较低阶或较高阶指向性方向图(在可用的中置-侧置模式中的一个)的选择可基于输入音频声道信号的频谱和/或空间特征，诸如环境或扩散声音的量(回响)、硬平移(左或右)分立源的存在或声乐内容的突出。此内容分析可例如在回放期间通过输入音频声道的音频信号处理在预定义间隔例如一秒或两秒间隔来执行。此外，内容分析还可通过评估与一段声音程序内容相关联的元数据来执行。
应当注意，某些类型的扩散内容受益于通过较低阶中置-侧置模式进行回放，其强调无关内容的空间分离(在房间中)。已包含强大空间分离诸如硬平移分立源的其他类型的内容可受益于较高阶中置-侧置模式，产生围绕扬声器的更均匀立体声体验。在极端情况下，最低阶中置-侧置模式可为其中实质上仅存在产生的全向波束10的模式，而没有任何指向性波束诸如偶极子波束11，这可能适合于声音内容单纯为单声道的情况。当计算两个输入声道之间的差R-L(或L-R)时的情况是示例造成实质上为0或极小的信号分量。
现在转向图4，该附图示出在环境-直接呈现模式的示例中产生的声音波束方向图的正视图。这里，呈现处理器7中的波束形成器的输出(见图1)使得阵列的扬声器驱动器3产生声束，该声束具有(i)直接内容方向图(直接波束15)，叠加有(ii)比直接内容方向图更具指向性的环境内容方向图(这里，环境右侧波束16和环境左侧波束17)。直接波束15可指向先前确定的收听者轴14，而环境波束16,17指向远离收听者轴14。收听者轴14代表收听者的当前位置，或者当前收听位置(相对于扬声器柜2)。收听者的位置可由判决逻辑8使用包括传感器数据和用户界面选择的输入的任何适合组合计算为例如相对于扬声器柜2的前轴(未示出)的角度。注意，直接波束15可能不是全向的，而是指向性的(如环境波束16,17中的每个环境波束)。同样，环境-直接模式的某些参数可能取决于音频内容、房间音响和扬声器布置是可变(例如，波束宽度和角度)。
判决逻辑8例如使用时间窗相关性来分析输入音频声道以发现其中的相关内容和无关(或去相关)内容。例如，可分析L和R输入音频声道来确定两个声道(音频信号)中的任何间隔或区段如何彼此相关联。此类分析可显示出特定音频区段，该区段有效地显示出输入音频声道的两者为真正“干燥”中间图像，其中干燥左声道和干燥右声道彼此同相，相反，另一区段可被检测认为更“环境”，相对于相关性分析，环境区段没有干燥中间图像短暂并且还出现在差计算L-R(或R-L)中。结果，环境区段将由音频系统通过仅在环境右侧波束16和环境左侧波束17的指向性方向图内再现此区段而呈现为扩散声音，其中那些环境波束16,17指向远离收听者，使得其中的音频内容(称为环境或扩散内容)可从房间墙壁反弹出去(也参见图1)。换言之，相关内容在直接波束15中呈现(具有直接内容方向图)，而无关内容例如在环境右侧波束16和环境左侧波束17中呈现(具有环境内容方案图)。
环境内容的另一示例为语音的记录回响。在该情况下，判决逻辑8检测输入音频声道中的直接语音区段，并且随后向呈现处理器7发信号来在直接波束15中呈现该区段。判决逻辑8还可检测该直接语音区段的回响，并且包含该回响的区段也从输入音频声道提取，并且在一个实施方案中，随后仅通过侧烧(更具指向性并且朝向远离收听者轴14)环境右侧波束16和环境左侧波束17呈现。以此方式，直接语音的回响将经由间接路径到达收听者，从而为收听者提供更沉浸感体验。换言之，在该情况下的直接波束15将不包含提取的回响但是将仅包含直接语音区段，而该回响仅被降低到更指向性和侧烧的环境右侧波束16和环境左侧波束17。
综述，本发明的实施方案为尝试重新封装原始音频记录从而针对房间音响、收听者位置和原始记录中的内容的直接对环境特点来增强特定房间中的再现或回放。判决逻辑8针对内容分析、收听者位置或收听位置确定以及房间音响确定的能力、以及呈现处理器7中的波束形成器的能力可由执行存储在机器可读介质中的指令的处理器来实现。机器可读介质(例如，任何形式的固态数字存储器)连同处理器可容纳在独立容纳的计算设备18(参见图5中所示的房间)或者可包含在音频系统的扬声器柜2内(也参见图1)。如此编程的处理器例如经由从远程服务器通过互联网流式传输音乐或电影文件来接收一段声音程序内容的输入音频声道。它还接收指出或指示(例如，代表或被定义)房间音响或收听者位置的传感器数据和用户界面选择中的一者或两者。它还对一段声音程序内容执行内容分析。例如根据声音程序内容的哪个回放通过扬声器阵列发生，基于收听者位置和房间音响的当前组合来选择若干声音呈现模式中的一者。呈现模式可基于收听者位置、房间音响或内容分析的变化而自动改变。声音呈现模式可包括多个中置-侧置模式和至少一个环境-直接模式。在中置-侧置模式中，扬声器阵列产生阶数逐渐增大的相应声音波束方向图。在环境-直接模式中，扬声器阵列产生具有直接内容方向图(直接波束)和环境内容方向图(一个或多个环境波束)的叠加的波束。内容分析使得从原始记录(输入音频声道)提取相关内容和无关内容。
在一个实施方案中，当呈现处理器已被配置到其环境-直接操作模式时，相关内容仅在直接波束的直接内容方向图中呈现，而无关内容仅在一个或多个环境波束的环境内容方向图中呈现。
在呈现处理器已被配置到其中置-侧置操作模式中之一的情况下，当声音程序内容主要为环境或扩散时选择低阶指向性方向图，而当声音程序内容包含大多平移的声音时选择高阶指向性方向图。如果为音乐作品或音频-视频作品诸如电影胶片，则在不同中置-侧置模式之间的这种选择可能在回放一段声音程序内容期间动态发生。
上述技术在音频系统主要依赖单个扬声器柜(具有容纳在其中的扬声器阵列)的情况下特别有效，其中在该情况下，在一段声音程序内容的输入音频声道的所有音频声道中，截止频率诸如小于或等于500Hz(例如，300Hz)以上的所有内容将仅由扬声器柜转换为声音。这为如何使用非常有限数量的扬声器柜例如仅一个来获得沉浸回放的问题提供了精巧解决方案，这对用于小房间尤其理想(相对比公共电影院或其他较大声音场所)。
虽然已描述并且在附图中示出了某些实施方案，但应当理解，此类实施方案仅用于说明广义的发明而非对其进行限制，并且本发明并不限于所示和所述的特定构造和布置，因为对于本领域的普通技术人员而言可想到各种其它修改。例如，图5示出了作为在相同房间的计算设备18和扬声器柜2的组合的音频系统，其中具有若干家具和收听者。尽管在此情况下存在与计算设备18通信的扬声器柜2的单个实例，但是在其他情况下可能存在在回放期间与计算设备18通信的附加扬声器柜(例如，接收低于扬声器阵列的较低截止频率的音频内容的低音用扩音器和次重低扬声器)。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种具有扬声器阵列的音频系统，包括：
扬声器柜，所述扬声器柜具有集成在其中的多个扬声器驱动器；
多个音频放大器，所述多个音频放大器的输出耦接到所述多个扬声器驱动器的输入；
呈现处理器，所述呈现处理器用于接收将由所述扬声器驱动器转换为声音的一段声音程序内容的多个输入音频声道，所述呈现处理器具有耦接到所述多个音频放大器的输入的输出，所述呈现处理器具有包括a)多个第一模式和b)第二模式的操作的多个声音呈现模式；和
判决逻辑，所述判决逻辑用于接收传感器数据和用户界面选择中的一个或两者作为判决逻辑输入，其中所述判决逻辑输入中的每个判决逻辑输入指示i)房间特征或ii)收听位置中的一者，
其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，所述呈现处理器的所述输出使得所述多个扬声器驱动器产生声束，所述声束具有i)包括所述多个输入音频声道中的两个或更多个输入音频声道之和的全向指向性方向图，叠加有ii)具有多个波瓣的指向性方向图，每个波瓣包含所述两个或更多输入音频声道的差，
其中在所述呈现处理器的所述第二模式中，所述呈现驱动器的所述输出使得所述多个扬声器驱动器产生声束，所述声束具有i)指向所述收听位置的直接内容方向图，叠加有ii)指向远离所述收听位置的环境内容方向图，
并且其中所述判决逻辑作出对所述呈现处理器的所述多个声音呈现模式中的一个声音呈现模式的呈现模式选择，所述呈现处理器被配置为根据所述呈现模式选择在回放所述一段声音程序内容期间驱动所述多个扬声器驱动器，并且其中所述判决逻辑基于所述判决逻辑输入的变化来改变所述呈现模式选择。
2.根据权利要求1所述的系统，其中大于500Hz的所有内容将由所述扬声器柜中的所述多个驱动器转换为声音。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述扬声器柜中的所述多个驱动器比所述一段声音程序内容的所述多个输入音频声道的数量多。
4.根据权利要求2所述的系统，其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，其中所述指向性方向图中的所述多个波瓣中的每个波瓣包含两个或更多个输入声道的差，所述多个波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。
5.根据权利要求1所述的系统，其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，其中所述指向性方向图中的所述多个波瓣中的每个波瓣包含所述两个或更多个输入声道的差，所述多个波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个第一模式包括低阶第一模式和高阶第一模式，其中所述高阶第一模式具有比所述低阶第一模式具有更大的指向性指数或更大数量的波瓣的波束方向图。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述判决逻辑用于分析所述多个输入音频声道来发现相关内容和无关内容，其中所述相关内容随后在所述直接内容方向图中呈现，而所述无关内容在所述环境内容方向图中呈现。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述一段声音程序内容为电影胶片的音轨，并且所述多个音频声道为所述音轨的所有音频声道。
9.一种用于使用容纳在扬声器柜中的扬声器阵列来再现声音的过程，包括：
接收将由容纳在扬声器柜中的扬声器阵列转换为声音的一段声音程序内容的多个输入音频声道；
接收传感器数据和用户界面选择中的一个或两者作为判决输入，其中所述判决输入中的每个判决输入指示i)房间特征或ii)收听位置中的一者；
选择多个声音呈现模式中的一个声音呈现模式，所述一段声音程序内容的回放根据所选择的声音呈现模式通过所述扬声器阵列发生，并且基于所述判决输入的变化来改变所选择的声音呈现模式，
其中所述多个声音呈现模式包括a)多个第一模式和b)第二模式，
其中在所述多个第一模式中的每个第一模式中，所述扬声器阵列产生声束，所述声束具有i)包括所述多个输入音频声道中的两个或更多个输入音频声道之和的全向指向性方向图，叠加有ii)具有多个波瓣的指向性方向图，每个波瓣包含所述两个或更多个输入音频声道的差，
并且其中在所述第二模式中，所述扬声器阵列产生声束，所述声束具有i)指向所述收听位置的直接内容方向图，叠加有ii)指向远离所述收听位置的环境内容方向图。
10.根据权利要求9所述的过程，其中选择所述声音呈现模式中的一个声音呈现模式基于分析所述一段声音程序内容，
其中当所述声音程序内容主要为环境或扩散声音时，选择所述多个第一模式中的具有低阶指向性方向图的一个第一模式，
并且其中当所述声音程序内容包含平移声音时，选择所述多个第一模式中的具有高阶指向性方向图的一个第一模式。
11.根据权利要求10所述的过程，其中分析所述一段声音程序内容包括分析所述多个输入音频声道来发现相关内容和无关内容，并且其中在所述第二模式中，所述相关内容在所述直接内容方向图中并且不在所述环境内容方向图中呈现，而所述无关内容在所述环境内容方向图中并且不在所述直接内容方向图中呈现。
12.根据权利要求9所述的过程，其中在所述一段声音程序内容的所有所述多个输入音频声道中，在小于500Hz的频率以上的所有内容将由容纳在所述扬声器柜中的所述扬声器阵列转换为声音。
13.根据权利要求12所述的过程，其中所述扬声器阵列中用于将所述一段声音程序内容转换为声音的驱动器的数量比所述一段声音程序内容的所述多个输入音频声道的数量多。
14.根据权利要求9所述的过程，其中在所述多个第一模式中的每个第一模式中，其中所述指向性方向图中的所述多个波瓣中的每个波瓣包含两个或更多个输入声道的差，所述多个波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。
15.根据权利要求9所述的过程，其中所述多个第一模式包括低阶第一模式和高阶第一模式，其中所述高阶第一模式具有比所述低阶第一模式具有更大的指向性指数或更大数量的波瓣的波束方向图。
16.一种具有扬声器阵列的音频系统，包括：
用于接收将由容纳在扬声器柜中的扬声器阵列转换为声音的一段声音程序内容的多个输入音频声道的装置，
用于接收指示房间音响或收听者位置中的一者的传感器数据和用户界面选择中的一者或两者的装置，
用于对所述一段声音程序内容执行内容分析的装置，和
用于选择多个声音呈现模式中的一个声音呈现模式并且基于所述收听者位置、房间音响或内容分析中的一者或多者的变化来改变所选择的声音呈现模式的装置，所述一段声音程序内容的回放根据所选择的声音呈现模式通过所述扬声器阵列发生，
其中所述多个声音呈现模式包括a)多个第一模式和b)第二模式，
其中在所述多个第一模式中，所述扬声器阵列产生阶数增大的相应多个声音波束方向图，
并且其中在所述第二模式中，所述扬声器阵列产生具有i)指向所述收听者位置的直接内容方向图，叠加有ii)指向远离所述收听者位置的环境内容方向图的声束。
17.根据权利要求16所述的音频系统，其中所述多个声束方向图分别具有增大的立体声密度，其中所述多个声束方案图中的每个声束方案图包括跨越360度的多个相邻立体声扇区，并且其中每个立体声扇区由通过左侧声道区域和右侧声道区域侧接的中间声道区域组成。
18.根据权利要求16所述的音频系统，其中当基于对所述一段声音程序内容的内容分析来选择所述声音呈现模式中的一个声音呈现模式时，
当所述声音程序内容主要为环境或扩散声音时，选择所述多个第一模式中的具有低阶指向性方向图的一个第一模式，
并且其中当所述声音程序内容包含平移声音时，选择所述多个第一模式中的具有高阶指向性方向图的一个第一模式。
19.根据权利要求16所述的音频系统，其中对所述一段声音程序内容的内容分析包括分析所述多个输入音频声道来发现相关内容和无关内容，并且其中在所述第二模式中，所述相关内容在所述直接内容方向图中呈现，而所述无关内容在所述环境内容方向图中呈现。
20.根据权利要求16所述的音频系统，其中在所述一段声音程序内容的所有所述多个输入音频声道中，在小于500Hz的频率以上的所有内容将由容纳在所述扬声器柜中的所述扬声器阵列转换为声音，并且所述扬声器阵列中用于将所述一段声音程序内容转换为声音的驱动器的数量比所述一段声音程序内容的所述多个输入音频声道的数量多。
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