CN109196884B - 声音再现系统 - Google Patents
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Abstract
一种包括扬声器阵列的声音再现系统和滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件,且进一步其中,滤波器组包括分别与扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用滤波器元件(12),且还包括分别对阵列的多个扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件(10)。
Description
技术领域
本发明总体涉及音频和声音再现系统,特别地但是非排外地涉及自适应于收听者的位置的3D声音的生成。
背景技术
3D音频的再现在其传送到用户时已发生显著改变。这开始于引入多通道再现设备,诸如5.1扬声器系统,其变得仅部分地普及,主要因为其受限的实用性(布置在房间内的多个扬声器和电缆)。现今,音频消费市场正在朝向使用更紧凑的方案(诸如条形音响)发展。其迹象由这些设备的销售额来提供,该销售额在近几年中已明显提高。最近,家庭音频市场还发生了新的声音再现平台的引入,诸如移动手机或平板电脑。一些制造商已进行尝试以生产用于再现3D音频的这些设备的附件。
用于再现3D音频的扬声器阵列技术已变得非常有吸引力,尤其因为处理电子器件的成本减低。这允许创建个性化声音区段,其中,不同用户可以收听不同音频材料而不会互相干扰。另外,由阵列再现的双耳音频可能在声音再现领域中变得日益重要。起初为头戴式耳机设计的双耳音频为由许多学术团体、公司和广播公司进行的密集研究工作的目标,这些学术团体、公司和广播公司当前正在开发新方案且在该技术上投资。利用扬声器阵列对该音频材料进行再现将3D音频的再现带到另一维度,允许向消费者提供高音频逼真度。
大量用于通过扬声器再现双耳音频(有时也成为听觉传输型音频)的方案和提议想法是可用的,如下文更详细引用。所有这些系统依赖于使用两个或更多个扬声器以及用于生成扬声器信号的信号处理器装置,通常包括处理输入音频信号的数字滤波器网络。已提出用于双耳音频材料的自适应再现的一些方法,其表示数字信号处理(Digital SignalProcessing,DSP)算法根据收听者的位置而被适配。这些自适应系统使用用于大量预定义收听位置的数字滤波器的数据库,然后选择最佳匹配收听者的位置的滤波器。这些方法的缺点是,需要预先计算数字滤波器的数据库,而且还要求仔细调谐的信号处理方案在关联到不同收听者位置的滤波器之间改变而不损害传送音频质量。因此,这些系统具有受限的操作范围,这由创建滤波器所针对的网格的尺寸给出,而且这些系统的应用因其实施所需的高计算负荷而受限。
为了克服操作范围的该限制且提供个人局域化和/或双耳再现,可以实施改进的DSP策略,诸如本文中所公开的策略。
自20世纪40年代起就已存在扬声器的概念;然而,将扬声器用于音频应用直到20世纪90年代才变得广泛,在PA应用中引入范式转换,因为需要少得多的电力来对广大听众获得音频的较好分布。在家庭音频领域中,条形音响对家庭影院应用的使用直到最近才变得流行。现在在市场中可购得的许多条形音响使用传统阵列技术,以及尽管这些条形音响提供比内置扬声器(现今作为许多电视机的一部分)更高的质量,但是它们的空间性能仍受限制。
为了提供更好的空间音频性能,可以使用串扰消除技术。作为Atal和Schroeder在1966中首次引入的概念[1],用于音频再现的串扰消除将其自身呈现为有效想法,然而实际上受限于当时可用的技术。这在20世纪90年代进一步发展,以导致出现作为立体声偶极子的最优扬声器装置[2]。在21世纪早期,Takeuchi和Nelson展示了OPSODIS的概念[3],保证使空间性能以及音频质量最大化的三路立体声偶极子系统。
将扬声器阵列用于串扰消除先前已被各个发明人考虑,包括Bauck[4]、Kuhn等人[5]、Li[6]和Hooley等人[7],使用与先前引用的专利相同的原理,但是使用更大数量的扬声器。
然而,已知的串扰消除再现设备的缺陷是,它们不会自适应收听者的位置且将收听者约束在声域的最佳听音位置上。为了允许收听者在收听音频的同时自由移动,一些系统采用收听者跟踪,如例如Hooley等人[9]提供的收听者跟踪。Mannerheim等人[10]展示了另一示例。该后一种方法通过创建各个串扰消除滤波器的数据库以及根据收听者位置切换不同的(存储的且预定的)滤波器来工作。因此,必须预先计算这些滤波器以考虑到大量潜在的收听者位置,因此需要大的存储需求。除此之外,它们的性能受限于用于计算滤波器的网格的尺寸,且在收听者头部在两个网格位置之间时,它们不提供有效的串扰消除。
我们已设计改进的声音再现系统。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供一种声音再现系统,包括:
扬声器的阵列;
信号处理器,所述信号处理器布置成确定去往所述扬声器阵列的输入信号;以及
收听者位置跟踪器,所述收听者位置跟踪器布置成感测一个收听者或多个收听者相对于所述扬声器阵列的瞬时位置,
所述信号处理器配置成将滤波器组应用于待由所述扬声器阵列输出的声音记录,从而确定所述扬声器输入信号,其中,所述信号处理器还配置成至少部分地基于如由所述收听者位置跟踪器确定的收听者的所述瞬时位置确定所述滤波器组的更新的操作控制参数,且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数。
在本发明的实施方式中,可以实现所需的信号处理负荷的减小,这是因为不需要针对新收听者位置的每个情况重新生成滤波器元件,而是需要计算对操作参数中所需变化的更新。这可以有利地导致处理负荷和时间的减少。
本发明可以被视为包括由数字滤波器的网络控制的扬声器阵列,所述数字滤波器根据一个或多个收听者的瞬时位置而‘动态地’(即实时地)来创建和调整。
滤波器组和信号处理器可以(共同地)由数字信号处理器来实现。
不同于现有方法,声音再现系统的实施方式的信号处理需求可以有利地较低,且底层处理步骤(例如如可以以算法形式表达)不受用于创建预先计算的滤波器数据库的收听者位置网格的规格和分辨率的约束。
滤波器组可以被视为基本上固定或不可变的逻辑底层结构或功能架构,且其中,所述信号处理器布置成能够自适应地控制该逻辑结构的控制参数。通过逻辑结构,我们包括对多种类型的滤波器元件的引用、它们的功能和相对于彼此和扬声器阵列的布置。优选地,在该背景下,仅仅地或主要地,通过计算和实施控制参数来改变滤波器组作用于声音记录的方式。简单的说,该可以被认为是实施关于输入数据(诸如声音记录数据)的方程式或公式的处理器,且该方程式包括变量,诸如系数。底层方程式/公式保持不变,然而,系数在输入数据的处理期间改变,因此输出根据对系数进行的改变而变化。
信号处理器优选地布置成实时地实施滤波器组的操作控制参数的变化。可替选地,滤波器组可以为非自适应的,因为例如针对一个或多个收听者不太可能相对于扬声器阵列移动位置的声音再现系统预先确定特性(诸如滤波器系数或其它控制参数)。然而,这类装置(尽管未通过收听者位置跟踪而(自动)自适应)可以布置成或配置成允许在校准或设置过程期间以其它方式(诸如通过人为干预)或在多种情况下按需以其它方式更新滤波器特性。
更新的控制参数的实施优选地布置成控制滤波器组关于如在生成扬声器输入信号时应用于声音记录的滤波器组的效果的操作特性。
信号处理器可以布置成确定用于更新所述滤波器组的所述操作参数的值或值集。信号处理器可以布置成直接地或间接地确定更新的操作控制参数。操作控制参数可以被视为或包括滤波器系数。信号处理器可以包括滤波器系数计算器。
信号处理器可以布置成确定新操作参数的测量值或所需的操作参数的变化。
信号处理器可以被视为实施两个处理阶段或迭代的序列,第一者包括确定滤波器的针对感测的收听者位置的变化的更新操作参数(或合适改变它们的测量值或值),以及第二者为通过更新操作参数的实施对滤波器元件的自适应控制。
滤波器组可以包括或构成多个声束发生器,每个声束发生器布置成控制扬声器输出多个声束。
将理解,滤波器可以有利地在数据域中实施,在该情况下,引用‘滤波器组’和‘滤波器元件’可以被视为表示由数据处理器执行的、作用于数字化数据的功能和处理操作。滤波器组的滤波器元件可以被表示和被认为是功能块的逻辑装置或网络。
滤波器组可以包括多个延迟增益滤波器元件。笼统地说,滤波器组可以布置成选择性地控制由扬声器阵列的各自独立扬声器或扬声器的集合子集输出的声音成分的幅度和/或相位。一个或多个滤波器元件可以被视为包括增益元件和/或延迟元件。对于该滤波器元件或每个滤波器元件,可调整控制参数可以包括用于确定增益的变量和/或用于确定延迟或相位的变量。
由滤波器组执行的信号处理操作可以被视为被划分为扬声器专用的和扬声器非专用的(即,对一些或全部扬声器共用的)。该信号处理结构可以被视为将处理分为两个阶段:第一阶段包括一小组更复杂的独立于扬声器的滤波器,其数量取决于收听者的数量而非扬声器的数量。第二阶段包括一组简单的依赖扬声器的滤波器,其可以像一组数字延迟(和增益)一样简单。这些第二阶段的滤波器的数量取决于扬声器的数量。该方法的优势在于,DSP的复杂度不随着扬声器的数量而显著提高,因为复杂的独立于扬声器的滤波器的数量不取决于扬声器的数量。换句话说,如果增大扬声器阵列的扬声器的数量,则独立于扬声器的滤波器元件的数量不增大。这是特别有技术优势的,因为相比于依赖扬声器的滤波器元件,它是更复杂的独立于扬声器的滤波器元件。
滤波器组可以包括多个扬声器专用的滤波器元件,每个扬声器专用的滤波器元件可以布置成用在控制用于特定的相应扬声器的输入信号。优选地,扬声器专用的滤波器元件的数量取决于扬声器的数量和收听者的数量。
滤波器组可以包括多个独立于扬声器的滤波器元件,每个独立于扬声器的滤波器元件可以布置成用在控制用于阵列的扬声器的子集或全部的输入信号。优选地,独立于扬声器的滤波器元件的数量不取决于扬声器的数量,而取决于收听者的数量。
滤波器组可以包括多个扬声器专用的滤波器元件以及多个扬声器非专用的滤波器元件。
滤波器元件可以被视为形成分布式滤波器架构。
多个扬声器专用的滤波器元件可以与至少一个扬声器相关联。
滤波器组或其特定滤波器元件可以布置成以依赖频率的基础来操作。
声音记录可以被视为表示音频材料的数据。
为了突出本发明的实施方式的优势,数字滤波器可以被视为所说的N个数字操作的总和。这意味着在N个数字样本的块中过滤音频数字信号。在自适应系统的背景下,这暗指不可能立即改变控制滤波器,且需要等待,直到输出一个滤波器的N个样本,从而执行任何自适应滤波器变化。在扬声器阵列的情况下,这暗指,如果使用一组控制滤波器控制在给定收听者位置上的再现且该收听者移动到不同位置,则将无法使阵列的响应适应,直到完成当前滤波器的处理,这将导致收听者可感觉到的在简短时间段内的不准确再现。该系统可以被视为通过将滤波器元件分解为一排并行的可变时间延迟和/或增益滤波器元件而避免该问题,其中,先前所需的N个数字操作的以串行形式的总和现在受一排并行的延迟影响。这暗示,在将滤波器的输出从一个收听者位置切换到不同的收听者位置之间不具有添加的时间,因为根据一个或多个收听者的位置实时地切换增益延迟元件。有利地,这意味着声音再现系统不仅能够适应收听者位置的变化,而且能够以高度响应方式这么做。
信号处理器可以布置成确定从扬声器到处于收听者的头部的压力控制点的距离。
扬声器阵列通常可以包括多个单独可控的或子集可控的扬声器。扬声器阵列优选地包括电声换能器。扬声器阵列可以包括多个空间分布的扬声器,这些扬声器可以沿着方位角分布。扬声器可以以并排或相邻关系来布置,占地布置在平面上。
声音再现系统可以被视为可自动地适应收听者位置的变化的声音再现系统。
该系统优选地允许两种不同的操作模式:一种是双耳音频的再现,第二种是个性化多区音频的再现,以及这两种模式都允许收听者在空间中移动,以及扬声器阵列的输出被更新以使再现的质量最大化(在新的收听者位置上)。
信号处理器可以配置成在双耳声音再现模式下可操作。在该操作模式下,对于该收听者或每个收听者,引起收听者左耳朵声束和收听者右耳朵声束由扬声器阵列输出。该模式可以被称为串扰消除模式。可以使用滤波方法分别生成左耳波束和右耳波束,其中,用于一个耳朵的波束在收听者的另一耳朵处基本上不贡献能量或贡献可忽略不计的能量。在双耳模式下,声波发生器可以包括例如如在方程式5中限定的一组独立于扬声器的滤波器10(诸如IF)和/或如由方程式6限定的每个扬声器的一组依赖扬声器的滤波器12(例如DF)。
信号处理器可以配置成在个性化模式下可操作,其中,对于多个收听者中的每一者生成声束,这些声束在声域的各自个性化区段中将不同音频导向到每个收听者(每个收听者一个波束)。在该模式下,可以使用一组如由方程式5限定的N个独立于扬声器的滤波器10(诸如IF)和/或如由方程式6限定的每个扬声器的N个依赖扬声器的滤波器12(诸如DF)实现声束发生器。针对对于双耳音频模式存在单一收听者或对于个性化音频模式存在两个收听者的情况,独立于扬声器的滤波器(诸如滤波器IF10、滤波器IF11、滤波器IF12、滤波器IF21和滤波器IF22,如本申请的附图所示)可以使用方程式7、方程式8、方程式9和方程式10来实现。可以通过使用总共N×L个依赖扬声器的滤波器(进一步)简化信号处理器。依赖扬声器的滤波器中的每一者可以方便地由单一延迟或延迟和增益滤波器元件提供。
信号处理器可以布置成实施在下文具体实施方式中包括的方程式中的任一者或全部。
该系统可以为用户可设置的,以允许用户选择声音再现的双耳模式或个性化模式。该系统可以包括允许模式选择以及每种模式的特定参数(诸如收听者的数量)的用户界面。
该系统也可以自动地检测收听者的数量并根据收听者的数量适应所需再现。
根据本发明的第二方面,提供机器可读指令,所述机器可读指令布置成在被数据处理器执行时实施声音再现系统的信号处理,使得所述指令配置成将滤波器组应用于待由扬声器阵列输出的声音记录,从而确定所述扬声器输入信号,其中,所述指令还配置成至少部分地基于如由收听者位置跟踪数据确定的一个收听者或各个收听者的瞬时位置确定所述滤波器的更新的操作控制参数,且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数。
所述指令可以被存储在将由计算机(例如处理器芯片)运转的数据载体或嵌入式DSP板上和/或可以被实现为软件或固件。
本发明可以包括在描述中所描述和/或如图所示的一个或多个特征。
附图说明
现在将仅通过示例方式、参照如下附图描述本发明的各个实施方式,附图中:
图1为针对多个收听者而在个人音频模式下操作的声音再现系统的示意图,其中,形成能够生成各种声束的音频系统以再现调整到收听者位置的各种局域化的不同音频信号。
图2为针对两个收听者而在个人音频模式下操作的声音再现系统的示意图,其示出能够生成两个声束以再现两个局域化的不同音频信号的音频系统,该音频系统自动地调整到收听者位置。
图3为针对多个收听者而在双耳音频模式下操作的声音再现系统的示意图,其示出能够生成多对双耳波束以向不同的多个收听者再现双耳材料的音频系统,该音频系统自动地调整到收听者位置。
图4为针对单个收听者而在双耳音频模式下操作的声音再现系统的示意图。该图示出能够生成两个双耳波束以再现用于单一系统的双耳材料的音频系统,且该系统布置成自动地调整到收听者位置。
图5示出根据"个人音频"模式或"双耳"再现模式选择控制点,以及收听者跟踪设备如何评估收听者位置。
图6a示出数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的框图,其示出用于生成在图1和图3中所示的不同声束的DSP方案,其中,每个波束发生器(Beam Generator,BG)块包含用于创建该波束之一的数字信号处理,以及根据由收听者跟踪设备提供的收听者位置修改其操作参数。
图6b示出在图6a中所示的波束发生器(BG)块之一中包含的数字信号处理方案,其中,每个块包含一组独立于扬声器的滤波器和阵列的扬声器中每一者所需的一组依赖扬声器的滤波器(DF)。
图7a示出生成在图2和图4中所示的两种声束的过程。每个波束发生器(BG)块包含用于创建波束之一的数字信号处理,且根据由收听者跟踪设备提供的收听者位置来被修改。(注意,这是在图6a中所示的DSP方案的特殊情况)。
图7b示出在图7a中所示的BG块之一中包含的数字信号处理,其中,每个块包含一组独立于扬声器的滤波器;这些为均衡滤波器(Equalisation Filter,EQ)和一组两个独立于扬声器的滤波器(IF),且每个扬声器也需要另外两个依赖扬声器的滤波器(DF)。(注意,这是在图6a中所示的DSP方案的特殊情况)。
图8a示出独立于扬声器的滤波器(IF)(如在图6b和图7b中所示的那些滤波器)之一的结构,该结构由一排并行的延迟和增益元件构成。
图8b示出依赖扬声器的滤波器(DF)(如在图6b和图7b中所示的那些滤波器)之一的结构,该结构包括增益和延迟元件。
图9示出本发明的总体示意性滤波器组,其中,数字处理器(DSP)的框图示出用于生成在图1和图3中所示的不同声束的DSP方案,其中,针对每个波束包括一组独立于扬声器的滤波器;以及使用所有波束共用的单个一组L×N个依赖扬声器的滤波器(DF)。
图10示出图9的实施方式的具体实施,其中,示出DSP布置成生成在图2和图4中所示的两种声束,且其中,独立于扬声器的滤波器的总数在此为2L。
具体实施方式
现在描述在两种主要模式下操作的声音再现系统。在图1和图2中所示的可被称为‘个人音频’模式下,扬声器阵列1提供朝向不同用户3的一组定向波束2。在该模式下,使用逆滤波方法创建波束,从而用于一个收听者的波束几乎不将声能传送到另一收听者,这对提供有说服力的音频分离和多区声音再现来说至关重要。
该系统还在第二‘双耳’或串扰消除模式下工作,这在图3和图4中示出。采用该模式,扬声器阵列1提供瞄准不同收听者的耳朵3的多对定向光束2;每个收听者一对波束,一个波束用于左耳且一个波束用于右耳。使用逆滤波方法创建波束,从而用于一个耳朵的波束在用户的另一个耳朵处几乎不贡献能量。这对借助双耳信号提供有说服力的虚拟环绕声来说是至关重要的。
声音再现系统包括信号处理器,诸如数据处理器,且根据存储在与处理器相关联的存储器中的机器可读指令来产生处理。信号处理器在数字域中产生该处理。
如将在下文所描述,声音再现系统为自适应系统,其中,响应于收听者相对于扬声器阵列的瞬时位置的变化而控制去往扬声器阵列的输入信号。
本文中所公开的声音再现可利用具有任意数量的(L个)扬声器单元的扬声器阵列来操作,以及在相同方式下能够在‘个人音频’或‘双耳’模式下生成用于给定数量的(M个)收听者的任意数量的(N个)波束。这两种再现模式之间的原理差异是如何选择用于创建波束的控制点;对于‘个人音频’模式,这些控制点为一个或多个收听者的头部的中心,同时对于‘双耳’模式,控制点为一个或多个收听者的耳朵,如图5所示。
对于两种再现模式,根据收听者的位置实时地更新用于控制扬声器阵列的输出的滤波器的控制参数。通过收听者跟踪设备4实时地获得收听者位置信息,该收听者跟踪设备4提供收听者位置5(对于个人音频模式)或收听者耳朵位置(对于双耳模式)的笛卡尔坐标,如图5所示。该设备可以为任何种类的合适设备,例如磁跟踪器、视频跟踪器、微软感应器、具有GPS的移动手机、红外跟踪器、或由收听者持有的远程控制器。实时地将收听者位置信息馈送到滤波器系数计算器6。该块采用每个收听者3的x、y、z位置信息且输出一组滤波器系数7。之后将该信息馈送到不同波束发生器(BG)8,如图6a和图7a所示,其包括阵列控制滤波器且按需生成用于再现各种个性化或双耳信号的声束。
可以在图6b和图7b中观察每个波束发生器8(在图6a和图7a中所示的BG)中发生的数字信号处理的逻辑结构。波束发生器的瞬时操作参数通过滤波器系数7实时地控制且包括一组独立于扬声器的滤波器和一组依赖扬声器的滤波器。独立于扬声器的滤波器被这样命名是因为这些滤波器对于全部扬声器是共用的以及由均衡滤波器(EQ)9和一组独立滤波器(IF)10形成。依赖扬声器的滤波器(DF)12对于各阵列扬声器13来说不同。
参照图9和图10,其示出了替选实施方式,但是涵盖基本相同的底层概念。在图9中所示的滤波器组中,其示出了总体情况,其中,通过使用对全部波束发生器共用的一组依赖扬声器的滤波器来进一步简化信号处理。这高度有利地允许所需的依赖扬声器的滤波器元件的数量的显著减少。在图10中,滤波器装置涉及两种生成波束的具体情况,但是类似地,全部依赖扬声器的滤波器对这两种波束是共用的。
该系统的一个方面基于将给定滤波器分解为一组稀疏的增益和延迟元件。滤波器可以基于压力匹配或最小二乘反演来创建(如例如在[11,12]中所示),但是也可以按照用于声音再现的任何逆过程创建。然而,不同于先前技术,该系统可以实时地产生滤波器的时域系数。这通过确定底层逆问题的瞬时解析解来实现。
基于由收听者跟踪设备提供的信息,滤波器系数计算器6评估从阵列的每个扬声器到压力控制点的距离14(rnl),如图5所示。分别根据声音再现模式(要么‘个人音频’、要么‘双耳’),由收听者的头部15的中心或由收听者的耳朵16限定压力控制点。
之后使用这些距离形成扬声器阵列的电声传递函数。这些被包含在矩阵C中,该矩阵C具有维度N×L,其中,N为控制点的数量且L为扬声器的数量。
这写为:
假设阵列的各个扬声器的类单极行为,形成该矩阵的每个元素
滤波器(给定为矢量H)由如下形式的方程式来限定
其中,‘det’表示矩阵[CCH+βI]的行列式,以及‘adj’表示共轭矩阵。更具体地,-共轭矩阵(CCH+βI)表示独立于扬声器的滤波器,
-转置矩阵CH表示依赖扬声器的滤波器,
-1/det(CCH+βI)表示均衡滤波器。
将信号处理分解为这三个单独(逻辑)组或元素(对应于单独滤波阶段)实施信号处理的显著简化,如上所述。幅度β表示用于控制由滤波器使用的电能量的规则化参数。矢量PT为目标压力矢量,其用于针对各个波束控制不同的压力控制点处再现的压力,规格为N×1。根据在图5中所示的控制点执行压力目标矢量的选择。对于个人音频模式,这在声压等级将被最大化的收听者位置上为1,以及在音频信号将被最小化的收听者位置上为0。对于双耳音频模式,这在压力将被最大化的收听者耳朵处为1,以及在压力将被最小化的收听者耳朵处为0。共轭矩阵可以写为
其中,每个an,m为矩阵的共轭元素。
表达为(N-1)!L(N-1)个延迟的总和的共轭元素用于创建在图6b和图7b中所示的独立于扬声器的滤波器(IF)10,且它们的脉冲响应被定义为
其中,每个波束需要总共N个独立于扬声器的滤波器,其中,T是为了保证滤波器为因果关系而引入的建模延迟。在方程式5中表达的每个滤波器元件可以通过一排并行的可变延迟增益元件17(图8a)来实时地实现,这些元件的系数gb,n,m和db,n,m可以从共轭矩阵计算出且基于滤波器系数信息7(图6a和图7a)实时地更新。可替选地,在方程式5中表达的滤波器可以被实现为FIR或IIR滤波器。
该系统可以包括在图6b和图7b中所示的均衡滤波器9(EQ)。该滤波器可以被实现为FIR或IIR。均衡滤波器的系数可以从行列式det(CCH+βI)计算出且可以根据收听者位置而实时地更新。
依赖扬声器的滤波器被表达为
DFnl=gnlδ(t+τnl-T),(6)
其中,gnl可以被选为cnl和τnl=rnl/c0。这些通过单一增益延迟元件17来实现,如图8b中所示的增益延迟元件,其通过滤波器系数信息7实时地控制。对于每个波束发生器,可以具有一组NL个依赖扬声器的滤波器,如图7所示。然而,由于依赖扬声器的滤波器对于每个波束发生器来说相同,因此可以通过使用对全部波束发生器共用的一组独立于扬声器的滤波器来简化信号处理,因此具有总共NL个依赖扬声器的滤波器。这在图9和图10中示出。在图9中示出总体情况,以及在图10中示出双波束场景的情况。在每种情况下,有利地针对全部波束提供单个一组独立于扬声器的滤波器元件。
对于扬声器阵列操作在具有两个收听者的‘个人音频’模式下或具有单一收听者的‘双耳’模式下的特定情况,如在图7b的DSP方案中,可以以较简单直接的方式获得对于独立于扬声器的滤波器(IF)10和依赖扬声器的滤波器12的时域表达。这是理想的,因为它可用于以非常有效的方式编程滤波器系数计算器块6。独立于扬声器的滤波器10的脉冲响应在时域中可表达为:
IF11=a11δ(t-T),(7)
IF12=a12δ(t-[τ1b-τ2b-T]),(8)
IF21=a21δ(t-[τ2b-τ1b-T]),(9)
以及
IF22=a22δ(t-T).(10)
其中,T为建模延迟。
可以选择如下量为
以及
其中,AT=|c1||c2|+β(|c1|+|c2|)+β2。通过滤波器系数计算器6实时更新的这些表达针对在图8a中所示的独立滤波器的延迟增益元件17给出用于填充不同延迟增益元件的滤波器系数7。
对于在图7b中所示的DSP图,均衡滤波器(EQ)9可以被实现为FIR或IIR滤波器。均衡滤波器的系数可以从行列式det(CCH+βI)计算出且可以根据收听者位置而实时地更新。
依赖扬声器的滤波器的脉冲响应在时域中表达为
DF1l=b1lδ(t+τ1l-T),(15)
以及
DF2l=b2lδ(t+τ2l-T),(16)
其中,可以选择b1l=c1l和b2l=c2l。这些脉冲响应使用如图8b所示的、由增益延迟元件17构成的依赖扬声器的滤波器装置来实现。
相比于已知方法,上述声音产生技术有利地使用时域方法计算用于扬声器阵列的滤波器,该时域方法可以针对每个收听者位置实时地获得滤波器系数。这需要较简单的、低需求信号处理方案,且不将收听者的移动范围限制到测量网格的尺寸。
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Claims (19)
1.一种声音再现系统,包括:
扬声器阵列;
信号处理器,所述信号处理器确定去往所述扬声器阵列的输入信号;以及
收听者位置跟踪器,所述收听者位置跟踪器布置成感测收听者相对于所述扬声器阵列的瞬时位置,
所述信号处理器配置成将滤波器组应用于待由所述扬声器阵列输出的声音记录,从而确定扬声器输入信号,其中,所述信号处理器还配置成至少部分地基于如由所述收听者位置跟踪器确定的收听者的所述瞬时位置确定滤波器的更新的操作控制参数,且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数,且其中,所述滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件,且进一步其中,所述滤波器组包括分别与所述扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用的滤波器元件,且还包括分别对所述扬声器阵列的多个所述扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件。
2.如权利要求1所述的声音再现系统,所述声音再现系统布置成确定用于更新所述滤波器组的所述操作控制参数的值或值集。
3.如权利要求1或2所述的声音再现系统,其中,所述滤波器组包括或构成多个声束发生器,每个声束发生器布置成控制所述扬声器输出多个声束。
4.如权利要求3所述的声音再现系统,其中,产生的所述声束的转向方向布置成响应于相对于所述扬声器阵列的所感测的收听者定位而改变。
5.如权利要求3所述的声音再现系统,其中,所述声束发生器布置成生成将双耳音频信号传送到一个或多个收听者的声束。
6.如权利要求3所述的声音再现系统,其中,所述声束发生器布置成考虑所感测的收听者定位而控制在至少一个收听者的耳朵处再现的压力。
7.一种用于将输入信号提供给扬声器阵列的滤波器组信号处理装置,所述滤波器组信号处理装置包括滤波器组,所述滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件,其中,所述滤波器组信号处理装置被配置成至少部分地基于收听者的感测到的瞬时位置来确定滤波器的更新的操作控制参数,且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数,且进一步其中,所述滤波器组包括分别与所述扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用的滤波器元件,且还包括分别对所述扬声器阵列的多个所述扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件。
8.如权利要求7所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述滤波器组包括或构成多个声束发生器,每个声束发生器布置成控制所述扬声器输出多个声束。
9.如权利要求8所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述声束发生器布置成生成将双耳音频信号传送到一个或多个收听者的声束。
10.如权利要求8或9所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述声束发生器布置成将不同的音频传送到不同的相应收听者。
11.如权利要求7所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述滤波器组包括均衡滤波器,所述均衡滤波器包括非自适应的有限脉冲响应FIR滤波器或无限脉冲响应IIR滤波器中的至少一者。
12.如权利要求7所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述滤波器组包括均衡滤波器,所述均衡滤波器包括自适应的有限脉冲响应FIR滤波器或无限脉冲响应IIR滤波器中的至少一者。
13.如权利要求7所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述滤波器组包括布置成使在收听者的耳朵处再现的压力变平的头相关传递函数HRTF补偿有限脉冲响应FIR滤波器。
14.如权利要求7所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述滤波器组信号处理装置布置成确定底层逆问题的瞬时解。
15.如权利要求7所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述扬声器专用的滤波器元件中的每一者包括延迟和增益元件。
16.如权利要求8所述的滤波器组信号处理装置,其中,所述扬声器专用的滤波器元件组布置成对至少两个或全部所生成的声束共用。
17.如权利要求16所述的滤波器组信号处理装置,其中,扬声器专用滤波器的数量为LN,其中,L为扬声器的数量且N为声束的数量。
18.一种信号处理器,所述信号处理器包括如权利要求7至17中任一项所述的滤波器组。
19.一种存储有机器可读指令的存储介质,所述机器可读指令布置成在被数据处理器执行时实施声音再现系统的信号处理,使得所述指令配置成将滤波器组应用于待由扬声器阵列输出的声音记录,从而确定扬声器输入信号,其中,所述指令还配置成至少部分地基于如由收听者位置跟踪数据确定的收听者的瞬时位置确定滤波器的更新的操作控制参数,且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数,其中,所述滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件,且进一步其中,所述滤波器组包括分别与所述扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用的滤波器元件,且还包括分别对所述扬声器阵列的多个所述扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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