CN109417676B - 提供各个声音区的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于从两个或更多个音频源信号生成多个扬声器信号的装置。两个或更多个音频源信号中的每个应当在两个或更多个声音区中的一个或多个中再现，并且两个或更多个音频源信号中的至少一个不应当在两个或更多个声音区中的至少一个中再现。装置包括用于修改两个或更多个初始音频信号中的每个以获得两个或更多个预处理的音频信号的音频预处理器(110)。此外，装置包括用于取决于两个或更多个预处理的音频信号产生多个扬声器信号的滤波器(140)。音频预处理器(110)用于将两个或更多个音频源信号用作两个或更多个初始音频信号，或其中音频预处理器(110)用于通过修改所述音频源信号来为两个或更多个音频源信号中的每个音频源信号生成两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号。此外，音频预处理器(110)用于取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号。滤波器(140)用于取决于应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号并且取决于不应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号来生成多个扬声器信号。

Description

提供各个声音区的装置和方法
技术领域
本发明涉及音频信号处理，并特别地涉及用于提供各个声音区的装置和方法。
背景技术
在位于附近的多个声音区中再现不同的声学场景而在其之间没有声学屏障是音频信号处理中众所周知的任务，其通常被称为多区再现(参见[1])。从技术的视角，当考虑近场情景时，多区再现与扬声器波束成形或点形成紧密相关(参见[2])，其中扬声器阵列孔径还可以包围收听者。
例如，多区再现情景的问题可以是，向占据各个声音区的收听者提供基本不同的声学场景(例如，不同的音乐片段或不同电影的音频内容)。
图2示出多区再现的简化理想示例，其中两个区221、222分别接收两个信号源211、212的信号u1(k)和u2(k)，而没有其他源的干扰，且k是时刻。应该注意的是，此情景仅是更加复杂的情景的占位符，其中多声道音频被提供给任意数量的区。然而，图2中示出的简单示例对于下面的说明是足够的。
当在真实世界的外壳中再现多个信号时，完美的分离是不可能的，原因是在没有声学屏障的情况下，声波不能停止。由此，由各个收听者占据的各个声音区之间将会总是存在串扰。
图3示出现实中多个信号的再现。根据以下等式，通过将来自信号源211、212的源信号u1(k)和u2(k)与LEMS(扬声器-外壳-麦克风系统)的对应的脉冲响应h1，1(k)、h2，2(k)、h1，2(k)和h2，1(k)卷积来获得各个声音区221、222中再现的信号，即y1(k)和y2(k)：
y1(k)＝y1，1(k)+y1，2(k)＝u1(k)*h1，1(k)+u2(k)*h1，2(k)， (1)
y2(k)＝y2，2(k)+y2，1(k)＝u2(k)*h2，2(k)+u2(k)*h2，1(k)， (2)
其中，*表示卷积，如下定义：
Figure BDA0001902350490000011
在此，y1,2(k)和y2,1(k)被认为是相比于期望的分量y1,1(k)和y2,2(k)的不期望的干扰信号分量。当u1(k)和u2(k)描述完全不同的声学场景时，与u1(k)在y1(k)中的贡献相比，u2(k)在y1(k)中的仅非常小的贡献是可接受的。对于y2(k)，同样成立，有相反的索引。
实现此的直截了当的方法是将扬声器设置设计为使得h1,1(k)和h2,2(k)呈现比h1,2(k)和h2,1(k)更高的能量，这描述交叉区再现。对此的一个示例是使用位于收听者附近的扬声器(US 2003103636、US 2003142842)，其中使用耳机可以被看作这种设置的极端情况。然而，将扬声器放置得太靠近收听者通常是不可接受的，原因是这可能干扰收听者的运动，使得此方法在实际应用中受限。
克服此的方法是使用定向扬声器，其中扬声器方向性通常对于较高频率是较高的(参见[35]：JP 5345549和[21]：US 2005/0190935 A1)。不幸的是，此方法仅适用于较高频率(参见[1])。
另一方法是使用与适合的预滤波器协同的扬声器阵列用于个性化音频再现。
图4示出使用阵列的多区再现的最小示例。特别地，图4示出具有两个信号源211、212、两个扬声器和两个区221、222的基本设置。图4的示例是发生在真实世界应用中的更加复杂的场景的占位符。
在图4的示例中，交叉区再现的量由预滤波器G(K)413、414和脉冲响应H(k)417的级联确定，而不仅仅由H(k)417确定。因此，h1,2(k)和h2,1(k)不必须是小幅值以实现相当大的交叉区衰减。
图6示出使用阵列的多区再现的通用信号模型。描绘了信号源610、预滤波器615、脉冲响应417和声音区221、222。
应该注意的是，多区再现通常不限于将两个信号提供给两个区。实际上，源、扬声器和收听区的数量可以是随机的。下面的解释和定义可以用于具有NS个信号源、NL个扬声器和NZ个收听区中NM个考虑位置的通用情景。在这样的情景中，在各个区中再现多个信号以实现空间声音再现是可能的。对应的信号模型示于图6，其中“区1”221被提供有信号y1(k)和y2(k)。由以下给出结果信号向量：
Figure BDA0001902350490000021
Figure BDA0001902350490000022
y(k)＝(y1(k)，y2(k)，...，yNM(k))T， (6)
x(k)＝G(k)*u(k)， (7)
y(k)＝H(k)*x(k). (8)
在此，等式(3)的表示由以下给出：
Figure BDA0001902350490000031
假设，G(k)中捕获的脉冲响应被限制为仅对于0≤k＜LG为非零。
矩阵G(k)和H(k)根据以下描述预滤波器脉冲响应和房间脉冲响应：
Figure BDA0001902350490000032
Figure BDA0001902350490000033
对于每个源信号，存在其中应该再现信号的声音区，称为“亮区”。同时，存在其中不应该再现各个信号的区，为“暗区”。
例如，在图3中，信号源211应当在声音区221中而非声音区222中再现。此外，在图3中，信号源212应当在声音区222而非声音区221中再现。
对于多区再现，预滤波器通常被设计为使得辐射进亮区的声学能量和辐射进暗区的声学能量之间的比值最大。该比值通常被称为声学对比度(参见[3])并可以通过将捕获来自每个扬声器的房间脉冲响应的Bq(k)和Dq(k)分别限定为亮区和暗区中的考虑的采样点而被测量。由于此分配对于每个源信号是不同的，两个矩阵取决于源信号索引q。附加地，矩阵G(k)可以被分解为：
Figure BDA0001902350490000034
其中，
gq(k)＝(g1，q(k)，g2，q(k)，...，gNL，q(k))T， (13)
捕获与扬声器l和源q相关的各个滤波器系数gl，q(k)。最终，对于源q实现的声学对比度可以根据以下定义：
Figure BDA0001902350490000041
使用结果声学对比度的在亮区和暗区中的再现电平的示例示于图5。特别地，图5在(a)中示出亮区和暗区中的示例性再现电平，并在(b)中示出结果声学对比度。
应该注意的是，如果H(k)中的任何脉冲响应被指定给源的暗区或亮区，以下成立：
Figure BDA0001902350490000042
已知确定G(k)使得Cq实现高值的许多方法(参见[1]、[3]、[4]、[5]和[6])。
当进行定向声音再现时，存在困难。
上面提到的方法中的一些试图通过定向声音辐射实现多区再现。这样的方法面临重要的物理挑战，这将在下面描述。
当通过有限尺寸孔径发射波时，孔径尺寸与波长的比值确定辐射方向可以被多好地控制。对于较小的波长和较大的孔径尺寸，实现较好的控制。对于望远镜的角分辨率，这通过以下近似来描述：
Figure BDA0001902350490000043
其中Θ是可以被区分的两点之间的最小角，λ是波长，且D是望远镜的直径，参见：
https://en.wikipedia.org/wiki/Angular_resolution(参见[63])。
由于声波遵循相同的波动方程，此规则也适用于声波。最终，技术原因限制扬声器膜和喇叭孔径的尺寸，这意味着定向再现实际上是可能的频率的下限。此外，对于扬声器阵列，同样成立，其中不是与各个扬声器的尺寸相关，而是与整个扬声器阵列的尺寸相关。与对于各个扬声器的驱动器不同，阵列尺寸主要由经济原因而非技术原因约束。
当使用扬声器阵列用于定向声音再现时，最小的扬声器间距离意味着频率上限。这是因为采样定理，参见：
https://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon_sampling_theorem(参见[64])，
也在空间域中相关，其中，需要每波长两个采样点以实现受控的定向辐射。足够靠近地放置扬声器来控制可听频率范围内的定向辐射通常不是问题。然而，产生的最小孔径尺寸(参见上面)和最小扬声器间距离意味着最小数量的扬声器，其二次方地取决于其中辐射方向应该被控制的频率范围。由于扬声器阵列的费用与扬声器的数量成比例，存在对商业上可行的扬声器阵列再现方案的有效频率限制。
此外，其中应该生成多个声音区的外壳可以影响实现的辐射模式本身。对于较高频率、大外壳、和笔直的壁，可以发现模型以分析地考虑用于扬声器阵列再现的定向扬声器或预滤波器的设计中的外壳几何形状。然而，当外壳呈现(通常的)弯曲时、当在外壳中放置任意形状的障碍时、或当外壳的尺寸是波长的数量级时，这不再可能。这样的设置存在于例如汽车座舱中并将在下面被称为复杂的设置。在这样的情况下，由于从不能被精确建模的外壳反射的声音，通过定向扬声器或电操纵阵列激励受控声场是非常挑战性的。在这样的情况下，甚至非定向单独驱动的扬声器可以有效地呈现不受控的定向模式。
现有技术文件中的一些涉及(交叉)信号相依的增益控制。
US2005/0152562A1(参见[8])涉及具有与不同均衡模式和各个座椅上的不同响度模式相关的不同操作模式的车内环绕声音再现。
US 2013/170668 A1(参见[9])描述通知声音与娱乐信号的混合。两个信号之间的混合对于两个区中的每个是单独的。
US 2008/0071400 A1(参见[10])公开取决于考虑两个不同信号的源或内容信息以缓解司机“声学过载”的信号处理。
US 2006/0034470 A1(参见[11])涉及均衡、压缩和“镜像”均衡，以在高噪声条件下以提高的质量再现音频。
US 2011/0222695 A1(参见[12])公开随后播放的音频轨道的音频压缩，还同时考虑环境噪声和心理声学模型。
US 2009/0232320 A1(参见[13])描述使用用户交互的压缩以使通知声音比娱乐节目更响。
US 2015/0256933 A1(参见[14])公开电话和娱乐内容的平衡电平以最小化内容的声学泄露。
US 6,674,865 B1(参见[15])涉及自动增益控制，用于免提电话。
DE 30 45 722 A1(参见[16])公开至噪声电平的并行压缩和用于通知的电平增加。
其他现有技术文件涉及多区再现。
US 2012/0140945 A1(参见[17])涉及显式声音区实施。由扬声器再现高频，低频通过操纵幅度相位和延迟来使用相长干涉和相消干涉。为确定必须如何操纵幅度、相位和延迟，[17]提出使用特定技术，“Tan Theta”方法或解特征值问题。
US 2008/0273713 A1(参见[18])公开声音区和位于每个座椅附近的扬声器阵列，其中扬声器阵列被明确地分配给区的每个。
US 2004/0105550 A1(参见[19])涉及定向接近头部、非定向远离收听者的声音区。
US 2006/0262935 A1(参见[20])明确地涉及个人声音区。
US 2005/0190935 A1(参见[21])涉及用于个性化回放的头枕或座椅靠背扬声器。
US 2008/0130922 A1(参见[22])公开具有在前部座椅附近的定向扬声器、在后部座椅附近的非定向扬声器和使得前部和后部消除彼此的泄露的声音处理的声音区实施。
US 2010/0329488 A1(参见[23])描述车辆中的声音区，其中至少一个扬声器和一个麦克风与每个区相关联。
DE 10 2014 210 105 A1(参见[24])涉及使用双耳再现、还使用串扰消除(耳间)实现的声音区，并还涉及区间的串扰的减小。
US 2011/0286614 A1(参见[25])公开具有基于串扰消除和头部跟踪的双耳再现的声音区。
US 2007/0053532 A1(参见[26])描述头枕扬声器。
US 2013/0230175 A1(参见[27])涉及明确地使用麦克风的声音区。
WO 2016/008621 A1(参见[28])公开头部和躯干模拟器。
其他现有技术文件涉及定向再现。
US 2008/0273712 A1(参见[29])公开安装在车辆座椅上的定向扬声器。
US 5,870,484(参见[30])描述使用定向扬声器的立体再现。
US 5,809,153(参见[31])涉及使用电路以将其用作阵列在三个方向有作用的三个扬声器。
US 2006/0034467 A1(参见[32])公开与通过特定换能器的汽车顶棚的激励相关的声音区。
US 2003/0103636 A1(参见[33])涉及个性化再现和静音并涉及头枕阵列以产生包括静音的收听者耳部处的声场。
US 2003/0142842 A1(参见[34])涉及头枕扬声器。
JP 5345549(参见[35])描述指向后部的前座椅中的参数扬声器。
US2014/0056431 A1(参见[36])涉及定向再现。
US 2014/0064526 A1(参见[37])涉及为用户产生双耳和本地音频信号。
US 2005/0069148 A1(参见[38])公开扬声器以相应的延迟用于汽车顶棚。
US 5,081,682(参见[39])、DE 90 15 454(参见[40])、US 5,550,922(参见[41])、US 5,434,922(参见[42])、US 6,078,670(参见[43])、US 6,674,865 B1(参见[44])、DE100 52 104 A1(参见[45])和US 2005/0135635 A1(参见[46])涉及根据测量的环境噪声或(例如从速度)估计的环境噪声的信号的增益自适应或频谱修改。
DE102 42 558 A1(参见[47])公开反平行音量控制。
US 2010/0046765 A1(参见[48])和DE 10 2010 040 689(参见[49])涉及随后再现的声音场景之间的优化的交叉淡出。
US 2008/0103615 A1(参见[50])描述取决于事件的平移的变化。
US 8,190,438 B1(参见[51])描述取决于音频流中的信号的空间渲染的调整。
WO 2007/098916 A1(参见[52])描述再现报警声音。
US 2007/0274546 A1(参见[53])确定哪段音乐可以与另一段音乐组合播放。
US 2007/0286426 A1(参见[54])描述一个音频信号(例如来自电话)与另一音频信号(例如音乐)的混合。
一些现有技术文件描述音频压缩和增益控制。
US 5,018,205(参见[55])涉及存在环境噪声的情况下，增益的带选择性调整。
US 4,944,018(参见[56])公开速度控制的放大。
DE 103 51 145 A1(参见[57])涉及频域相依的放大以克服频率相依的阈值。
一些现有技术文件涉及噪声消除。
JP 2003–255954(参见[58])公开使用位于收听者附近的扬声器的有源噪声消除。
US 4,977,600(参见[59])公开对于各个座椅的拾取噪声的衰减。
US 5,416,846(参见[60])描述使用自适应滤波器的有源噪声消除。
其他现有技术文件涉及用于音频的阵列波束形成。
US 2007/0030976 A1(参见[61])和JP 2004–363696(参见[62])公开对于音频再现、延迟和求和波束形成器的阵列波束形成。
发明内容
如果能够提供在可听频谱的足够范围内提供多区再现的改进概念，将是非常期望的。
本发明的目的在于提供用于音频信号处理的改进概念。本发明的目的由根据权利要求1的装置、由根据权利要求16的方法和由根据权利要求17的计算机程序来解决。
提供用于从两个或更多个音频源信号产生多个扬声器信号的装置。两个或更多个音频源信号中的每个应当在两个或更多个声音区中的一个或多个中再现，且两个或更多个音频源信号中的至少一个不应当在两个或更多个声音区中的至少一个中再现。装置包括用于修改两个或更多个初始音频信号中的每个以获得两个或更多个预处理的音频信号的音频预处理器。此外，装置包括用于取决于两个或更多个预处理的音频信号生成多个扬声器信号的滤波器。音频预处理器用于将两个或更多个音频源信号用作两个或更多个初始音频信号，或其中音频预处理器用于通过修改所述音频源信号来为两个或更多个音频源信号中的每个音频源信号生成两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号。此外，音频预处理器用于取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号。滤波器用于取决于应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号以及取决于不应当两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号来生成多个扬声器信号。
此外，提供用于从两个或更多个音频源信号生成多个扬声器信号的方法。两个或更多个音频源信号中的每个应当在两个或更多个声音区中的一个或多个中再现，且两个或更多个音频源信号中的至少一个不应当在两个或更多个声音区中的至少一个中再现。方法包括：
—修改两个或更多个初始音频信号中的每个以获得两个或更多个预处理的音频信号。
以及：
—取决于两个或更多个预处理的音频信号生成多个扬声器信号。
两个或更多个音频源信号被用作两个或更多个初始音频信号，或者其中通过修改所述音频源信号来为两个或更多个音频源信号中的每个音频源信号生成两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号。取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号。取决于应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号来生成多个扬声器信号。
此外，提供计算机程序，其中计算机程序的每个用于当在计算机或信号处理器上被执行时实施上面描述的方法中的一个。
一些实施例提供信号相依的电平修改，以当使用用于独立的娱乐信号的定向再现的措施时减小感知的声学泄露。
在实施例中，可选地，采用对不同频带的不同再现概念的组合。
可选地，一些实施例使用基于一次测量的脉冲响应的最小二乘优化的FIR滤波器(FIR＝有限脉冲响应)。当描述根据实施例的预滤波器时，下面描述一些实施例的细节。
实施例中的一些被可选地用在汽车情景中，但不限于这样的场景。
一些实施例涉及为占据相同外壳而不使用耳机等的收听者提供各个音频内容的概念。尤其，这些实施例与现有技术的不同之处在于不同再现方法的智能组合，其中使用信号相依的预处理，使得在保持高水平的音频质量的同时实现大的感知声学对比度。
一些实施例提供滤波器设计。
实施例中的一些采用附加的信号相依的处理。
附图说明
下面，参考附图更加详细地描述本发明的实施例，其中：
图1示出根据实施例的用于从两个或更多个音频源信号生成多个扬声器信号的装置，
图2示出理想的多区再现，
图3示出现实中多个信号的再现，
图4示出使用阵列的多区再现的最小示例，
图5在(a)中示出亮区和暗区中的示例性再现电平并在(b)中示出结果声学对比度，
图6示出使用阵列的多区再现的通用信号模型，
图7示出根据实施例的使用阵列的多区再现，
图8示出根据实施例的音频预处理器的样本实施，
图9示出根据实施例的带分割器的示例性设计，其中(a)示出由不同再现方法实现的声学对比度，且其中(b)示出音频交叉器的选择幅度响应，
图10示出根据实施例的频谱整形器的示例性设计，其中(a)示出由特定再现方法实现的声学对比度，且其中(b)示出频谱整形滤波器的选择幅度响应，以及
图11示出根据实施例的外壳中的示例性扬声器设置。
具体实施方式
图1示出根据实施例的用于从两个或更多个音频源信号生成多个扬声器信号的装置。两个或更多个音频源信号中的每个应当在两个或更多个声音区中的一个或多个中再现，且两个或更多个音频源信号中的至少一个不应当在两个或更多个声音区中的至少一个中再现。
装置包括用于修改两个或更多个初始音频信号中的每个以获得两个或更多个预处理的音频信号的音频预处理器110。此外，装置包括用于取决于两个或更多个预处理的音频信号生成多个扬声器信号的滤波器140。音频预处理器110用于将两个或更多个音频源信号用作两个或更多个初始音频信号，或其中音频预处理器110用于通过修改所述音频源信号来为两个或更多个音频源信号中的每个音频源信号生成两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号。此外，音频预处理器110用于取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号。
滤波器140用于取决于应当两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号并取决于不应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号来生成多个扬声器信号。
虽然现有技术的方法可以实现相当大的声学对比度，但是每当需要高质量的音频再现时，由现有技术方法实现的对比度通常不足以向相同外壳中的居民提供多个不相关的声学场景。
由收听者感知的声学对比度应当被改进，其取决于如上面的等式(14)中定义的声学对比度，但与其不相同。应当实现的是，由收听者感知的声学对比度增加而不最大化声学能量的对比度。下面，感知的声学对比度将被称为主观声学对比度，而声学能量中的对比度将被称为客观声学对比度。一些实施例采用促进定向音频再现的措施和对声学泄露整形使其变得不那么明显的措施。
除了图1，图7的装置还包括两个(可选的)带分割器121、122和四个(可选的)频谱整形器131、132、133和134。
根据一些实施例，装置可以例如还包括两个或更多个带分割器121、122，带分割器121、122用于对两个或更多个预处理的音频信号进行带分割成多个带分割的音频信号。滤波器140可以例如用于取决于多个带分割的音频信号生成多个扬声器信号。
在一些实施例中，装置可以例如还包括一个或多个频谱整形器131、132、133和134，一个或多个频谱整形器131、132、133和134用于修改多个带分割的音频信号中的一个或多个的频谱包络以获得一个或多个频谱整形的音频信号。滤波器140可以例如用于取决于一个或多个频谱整形的音频信号生成多个扬声器信号。
图7中示出根据实施例的实施的信号模型。特别地，图7示出根据实施例的使用阵列的多区再现。为简洁选择该示例，注意方法通常适用于如上面描述的具有NS个信号源、NL个扬声器和NZ个收听区的情景。
图7中示出两个信号源，两个信号源提供被馈送至“预处理”阶段的两个独立的信号。此预处理阶段可以例如在一些实施例中对两个信号实施并行处理(即，不混合)。不同于其他处理步骤，此处理步骤不构成LTI系统(线性时不变系统)。相反，此处理块确定用于所有处理的源信号的时变增益，使得减小其再现电平的差异。其背后的基本原理是每个区中的声学泄漏总是线性地取决于在对应的其他区域中再现的场景。同时，有意再现的场景可以遮盖声学泄露。由此，感知的声学泄漏与在各自的区中有意再现的场景之间的电平差异成比例。结果，减小再现场景的电平差异也将减少感知的声学泄漏，并由此增加主观声学对比度。当下面描述预处理时，可以找到更详细的解释。
(可选的)带分割器121、122实现(可选的)处理步骤带分割，并将信号分割成多个频带，正如多路扬声器中音频交叉器所做的一样。然而，不同于扬声器中的音频交叉器，最大化辐射的声学功率仅是此带分割器的第二目的。此带分割器的主要目的是将各个频带分配给各个再现措施，使得在给定特定质量约束时，声学对比度最大化。例如，信号w1(k)将稍后被馈送至信号扬声器，作为信号x1(k)。给定此扬声器是定向扬声器，w1(k)将被高通滤波，原因是此扬声器的定向性在低频处是低的。另一方面，w2(k)将稍后被滤波以获得x2(k)和x3(k)，使得相应的扬声器被用作电操纵阵列。在更加复杂的情景中，可以存在带分割器的更多输出，使得根据应用的需要将信号分配给多个再现方法(还参见如下，其中描述根据实施例的扬声器-外壳-麦克风系统)。
如上所讨论的，稍后应用的用于定向再现的措施将总是呈现从一个区到其他区的特定泄露。此泄露可以被测量为区之间的声学对比度的损坏。在复杂的设置中，对于设想的定向再现方法中的每个，这些损坏可以发生在频谱中的多个点处，这构成那些方法的应用中的重要障碍。众所周知，音色变化在一定程度上是可接受的。这些自由度可以用于衰减对比度临界频带。
因此，(可选的)频谱整形器131、132、133、134以这样的方式被设计，使得稍后再现的信号在其中预期低的声学对比度的频谱的这些部分中被衰减。与带分割器不同，频谱整形器旨在修改再现的声音的音色。此外，此处理阶段还可以包含延迟和增益，使得有意再现的声学场景可以空间地遮盖声学泄露。
由G1(k)和G2(k)表示的块可以例如描述在给定主观质量约束的情况下被优化以最大化客观声学对比度的线性时不变滤波器。存在各种可能性来确定那些滤波器，包括(但不限于)ACC、压力匹配(参见[4]和[6])，以及扬声器波束形成。发现，当测量的脉冲响应被考虑用于滤波器优化时，当描述根据实施例的预滤波器时，如下所述的最小二乘压力匹配方法是特别合适的。这可以是用于实施的优选概念。
其他实施例通过对计算的脉冲响应操作而采用上面的方法。在特定实施例中，计算脉冲响应以表示从扬声器到麦克风的自由场脉冲响应。
另外的实施例通过对已经使用外壳的图像源模型获得的计算的脉冲响应操作来采用上面的方法。
应该注意的是，测量一次脉冲响应，使得操作期间麦克风不是必要的。不同于ACC，压力匹配方法规定对应的亮区中的给定幅度和相位。这导致高的再现质量。当应该再现高频时，传统的波束成形方法也适用。
由H(k)表示的块表示LEMS，其中每个输入与一个扬声器相关联。输出的每个与个体收听者相关联，收听者接收其个体声音区中所有扬声器贡献的叠加。不使用预滤波器G1(k)和G2(k)而被驱动的扬声器是主要辐射至一个声音区的定向扬声器，或是布置在个体声音区附近(或中)的扬声器，使得它们主要在该区中激励声音。对于较高频率，可以不太费力地构建定向扬声器。由此，这些扬声器可以用于向收听者提供高范围频率，其中扬声器不必须被直接放置在收听者耳朵处。
下面，更加具体地描述本发明的实施例。
首先，描述根据实施例的预处理。特别地，示出图7中由“预处理”表示的块的实施。为提供更好的理解，下面的解释集中于每区仅一个单声道信号。然而，多声道信号的生成是直截了当的。因此，一些实施例呈现每区多声道信号。
图8示出根据实施例的音频预处理器110和对应的信号模型的样本实施。如上所述，两个输入信号u1(k)和u2(k)旨在被分别主要再现在区1和区2中。另一方面，u1(k)至区2的再现中和u2(k)至区1的再现中存在一些声学泄露。
下面，两个输入信号u1(k)和u2(k)还被称为音频源信号。
在第一可选的阶段中，两个输入信号u1(k)和u2(k)(音频源信号)的功率被归一化以减轻以下处理的参数选择。
因此，根据可选的实施例，音频预处理器(110)可以例如用于通过归一化两个或更多个音频源信号u1(k)和u2(k)中的每个的功率来生成两个或更多个初始音频信号d1(k)和d2(k)。
与通常考虑较小的时间跨度的稍后的阶段中使用的估计器相比，获得的功率估计b1(k)和b2(k)通常描述长期平均。b1(k)和b2(k)的更新可以分别与u1(k)和u2(k)的活动检测相连，使得当u1(k)或u2(k)中没有活动时，保持b1(k)或b2(k)的更新。信号c1(k)和c2(k)可以例如分别与b1(k)和b2(k)成反比例，使得c1(k)和c2(k)分别与u1(k)和u2(k)的乘积产生能够呈现可比较的信号功率的信号d1(k)和d2(k)。然而使用此第一阶段不是绝对必要的，其确保信号d1(k)和d2(k)的相对处理的合理工作点，其减轻为以下步骤寻找适合的参数。应该注意的是，如果此处理块的多个示例被放置在“带分割器”块或“频谱整形器”块之后，功率归一化仍必须在“带分割器”块之前被应用。
通过信号的归一化，其相对电平差已经被减小。然而，这对于有意的效果通常是不够的，原因是功率估计是长期的，而典型的声学场景的电平变化是相当短期的过程。下面，解释如何在短期基础上明确地减少各个信号的相对功率的差异，这构成预处理块的主要目标。
下面，假设被缩放和再现的两个信号d1(k)和d2(k)还被称为初始音频信号。
如上所述，例如，音频预处理器110可以用于通过修改所述音频源信号(例如通过进行功率归一化)来为两个或更多个音频源信号u1(k)、u2(k)中的每个音频源信号生成两个或更多个初始音频信号d1(k)、d2(k)的初始音频信号。
然而，在可替代实施例中，音频预处理器110可以例如用于将两个或更多个音频源信号u1(k)、u2(k)用作两个或更多个初始音频信号d1(k)、d2(k)。
在图7中，两个信号d1(k)和d2(k)可以例如被馈送至例如音频预处理器110的其他响度估计器，其分别提供信号e1(k)和e2(k)。
这些信号可以例如被用于根据以下确定缩放因子g′1(k)和g′2(k)：
g′1＝f(e1，e2)， (17)
g′2＝f(e2，e1)， (18)
其中，在一些实施例中，f(x,y)是关于y单调增加并且关于x单调降低、且其值可以例如受限于绝对范围的函数。
结果，f(x,y)的值可以例如还关于y/x的比值单调增加。
因子g′1(k)和g′2(k)然后被用于分别缩放信号d1(k)和d2(k)，以获得输出信号h1(k)和h2(k)。输出信号h1(k)和h2(k)可以例如被馈送至一个或多个模块，一个或多个模块用于例如根据随机多区再现方法进行多区再现。
因此，在一些实施例中，音频预处理器110可以例如用于，通过取决于第一值(y)和第二值(x)的比值来修改两个或更多个初始音频信号中的所述初始音频信号，而取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号。第二值(x)可以例如取决于所述初始音频信号的信号功率，且第一值(y)可以例如取决于两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的信号功率。或者，第二值(x)可以例如取决于所述初始音频信号的响度，且第一值(y)可以例如取决于两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的响度。
根据一些实施例，音频预处理器110可以例如用于，通过确定所述初始音频信号的增益并通过将增益应用至所述初始音频信号而取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号。此外，音频预处理器110可以例如用于取决于第一值和第二值之间的比值来确定增益，所述比值是两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的信号功率与作为第二值的所述初始音频信号的信号功率之间的比值，或者所述比值是两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的响度与作为第二值的所述初始音频信号的响度之间的比值。
在一些实施例中，音频预处理器110可以例如用于取决于随第一值和第二值之间的比值单调增加的函数来确定增益。
根据一些实施例，例如，信号u1(k)、d1(k)或h1(k)均不与信号u2(k)、d2(k)或h2(k)中的任一个混合。
下面，更加具体地解释处理步骤的实施。由于对于u1(k)和u2(k)的处理步骤是相同的，将仅描述对于u1(k)的处理步骤，其通过交换索引1和2也应用于u2(k)。
获得b1(k)的规则可以例如由以下给出：
Figure BDA0001902350490000141
其中，λ1可以例如被选择为接近1但小于1。
在上面的公式中，u1(k,l)被假定包括一个或多个音频声道。L指示u1(k)的音频声道的数量。
在简单的情况下，u1(k)仅包括单个声道且公式(19)变为：
Figure BDA0001902350490000142
λ1可以在范围0<λ1<1内。优选地，λ1可以例如接近1。例如，λ1可以例如在范围0.9<λ1<1内。
在其他情况下，例如，u1(k)包括两个或更多个声道。
然后，缩放因子c1(k)可以根据以下确定：
Figure BDA0001902350490000143
使得
d1(k，l)＝c1(k)u1(k，l) (21)
描述缩放的音频信号。
获得e1(k)的规则可以例如由以下给出：
Figure BDA0001902350490000144
λ2可以在范围0<λ2<1内。
在优选的实施例中，对于公式(19)的λ1和公式(22)的λ2：λ1>λ2。
但是存在其他选项的变体。根据实施例，其中的一个是由以下给出的K个样本的窗中
Figure BDA0001902350490000151
的均方值：
Figure BDA0001902350490000152
根据另一实施例，另一定义是这样的窗中的最大平方值：
Figure BDA0001902350490000153
根据一些实施例，为确定g′1(k)，如上所述还需要确定值e2(k)。然而，确定e2(k)的实际方法以及参数可以不同于选择用于e1(k)的那些(例如，取决于应用的需要)。真实增益g′1(k)可以例如类似于用于传统的音频压缩器的增益规则来确定，参见：
https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_range_compression(参见[65]),
但是考虑e1(k)和e2(k)两者。
根据实施例，用于信号d1(k)的相应的向下压缩器的增益规则可以是：
Figure BDA0001902350490000154
或者
Figure BDA0001902350490000155
其中，v＝-10log10(e1(k))+10log10(e2(k))
其中，T1定义压缩阈值(dB)，且R是压缩比，如用于标准音频压缩器中的。例如，1≤R≤100。例如，1<R<100。例如，2<R<100。例如，2<R<50。
与公式(25)和(25’)相比，根据现有技术的标准音频压缩器可能不考虑e2(k)用于确定d1(k)的增益。
其他选项是由以下定义的向上压缩器的实施：
Figure BDA0001902350490000156
或者
Figure BDA0001902350490000161
其中，v＝-10log10(e1(k))+10log10(e2(k))
是相似的，除了操作范围(注意不同的条件)和不同的参数。应该注意的是，T2定义与T1相比较低的阈值。
其中T2<T1的一些实施例组合两个增益规则。
在实施例中，产生的获得g′1(k)和g′2(k)的规则可以是向上和向下压缩器的任意组合，其中实际实施将通常要求设置至e1(k)和e2(k)的考虑的范围的绑定。
当考虑多于两个信号e1(k)、e2(k)、e3(k)、……、eN(k)，例如N个信号时，公式(25)可以例如变为：
Figure BDA0001902350490000162
其中，
Figure BDA0001902350490000163
对于其他增益g′2(k)、g′3(k)、……、g′N(k)，公式(25)可以例如变为：
Figure BDA0001902350490000164
其中，
Figure BDA0001902350490000165
公式(25a)可以例如变为：
Figure BDA0001902350490000166
其中，
Figure BDA0001902350490000167
Figure BDA0001902350490000171
对于其他增益g′2(k)、g′3(k)、……、g′N(k)，公式(25a)可以例如变为：
Figure BDA0001902350490000172
其中，
Figure BDA0001902350490000173
可以定义其他可替代规则以减小两个场景之间的能量差，如由以下给出：
Figure BDA0001902350490000174
其中，α＝1导致信号h1(k)具有与信号d2(k)相同的能量。另一方面，α＝0将不具有效果，选择的参数0<α<1可以用于改变该步骤的有意的影响。
另一机会是使用sigmoid函数以相比于d1(k)限制h2(k)的能量超调(energyovershot)：
Figure BDA0001902350490000175
其中，f(x)可以是以下中的一个：
Figure BDA0001902350490000176
Figure BDA0001902350490000177
f(x)＝tanh(x)，
Figure BDA0001902350490000178
其都由–1<f(x)<1限制，同时f’(0)＝1成立。
在一些实施例中，音频预处理器110可以例如用于通过确定用于所述初始音频信号的增益g′1(k)并通过将增益g′1(k)应用至所述初始音频信号而取决于两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号，以及音频预处理器110可以例如用于根据上面公式中的一个或多个确定增益g′1(k)。
下面，描述根据实施例的预处理的其他特征。
根据实施例，分别被馈送至相对侧的信号e1(k)和e2(k)的分支可以例如通过描述两个区的真实声学耦合的滤波器而被滤波。
此外，根据实施例，功率估计器可以例如对通过加权滤波器而已经被处理的信号操作，例如，通过在以下中描述的加权滤波器而已经被处理：
https://en.wikipedia.org/wiki/Weighting_filter(参见[66])
根据实施例，功率估计器可以例如由响度估计器代替，例如，如ITU-RRecommendation BS.1770-4描述的。这将允许改进的再现质量，原因是通过此模型更好地匹配感知的响度。
此外，根据实施例，电平阈值可以例如用于从绝对功率归一化中的估计b1(k)和b2(k)的考虑中排除静音。
此外，在实施例中，分别估计的功率的正时间导数可以用作输入信号u1(k)和u2(k)的活动的指示。然后，仅当检测到活动时，更新估计b1(k)和b2(k)。
下面，描述根据实施例的带分割器。特别地，示出图7中显示的由“带分割器”表示的块的实施。在实施例中，该块可以例如被实现为数字音频交叉器，例如如下面中描述的数字音频交叉器：
https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_crossover#Digital(参见[67])
输入至输出路径的期望的频率响应可以例如是具有通带中平坦的频率响应和阻带中高衰减的带通。取决于其中与各个输出相连的再现措施可以实现相应的声音区之间的足够的声学对比度的频率范围来选择通带和阻带的边界。
图9示出根据实施例的一个或多个带分割器的示例性设计，其中(a)示出由不同的再现方法实现的声学对比度，且其中(b)示出音频交叉器的选择的幅度响应。特别地，图9示出关于实现的声学对比度的滤波器幅度响应的示例性设计。
如从图9中可以看出，频谱整形器可以例如用于取决于声学对比度来修改音频信号的频谱包络。
可以采用各种概念实现一个或多个带分割器的真实实施。例如，一些实施例采用FIR滤波器，其他实施例采用IIR滤波器，且另外实施例采用模拟滤波器。可以采用用于实现带分割器的任意可能的概念，例如关于该主题的一般文献中提出的任何概念。
例如，实施例中的一些可以包括用于进行频谱整形的频谱整形器。当在音频信号上进行频谱整形时，该音频信号的频谱包络可以例如被修改且可以例如获得频谱整形的音频信号。
下面，描述根据实施例的频谱整形器，特别地，如图7中示出的“频谱整形器”。频谱整形器构成呈现与用于均衡器的那些已知的相似的频率响应的滤波器，例如一阶或二阶滤波器的组合，参见：
https://en.wikipedia.org/wiki/Equalization_(audio)#Filter_functions(参见[68])。
然而，频谱滤波器的最终频率响应以完全不同于均衡器的方式被设计：频谱滤波器考虑将被收听者接受的最大频谱失真，且频谱滤波器被设计成使得其衰减已知产生声学泄露的那些频率。
其背后的基本原理是，取决于周围频率的激励并取决于失真是衰减还是放大，人类感知对特定频率处的声学场景的频谱失真不同地敏感。
例如，如果具有小带宽的陷波滤波器被应用至宽带音频信号，收听者将仅感知小的差异(如果存在)。然而，如果具有相同带宽的峰值滤波器被应用至相同的信号，收听者将很可能感知相当大的差异。
实施例基于发现：可以利用此事实，原因是声学对比度中的有限带宽的损坏导致声学泄露中的峰值(参见图5)。如果由相应的陷波滤波器滤波亮区中再现的声学场景，将很可能不被此区中的收听者感知。另一方面，暗区中感知的声学泄露的峰值将由此措施补偿。
对应的滤波器响应的示例示于图10中。特别地，图10示出根据实施例的频谱整形器的示例性设计，其中(a)示出由特定再现方法实现的声学对比度，且其中(b)示出频谱整形滤波器的选择的幅度响应。
如上所概述，滤波器140用于取决于应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在两个或更多个声音区中的哪个中再现两个或更多个音频源信号来生成多个扬声器信号。
下面，描述根据实施例的滤波器140，例如预滤波器。
在实施例中，例如，一个或多个音频源信号应当在第一声音区但不在第二声音区中再现，且至少一个其他音频源信号应当在第二声音区但不在第一声音区中再现。
例如，参见图2和图3，其中第一音频源信号u1(k)应当在声音区1但不在声音区2中再现，且其中第二音频源信号u2(k)应当在声音区2但不在声音区1中再现。
由于基于两个或更多个音频源信号u1(k)、u2(k)中的一个已经生成两个或更多个预处理器的音频信号h1(k)、h2(k)中的每个，因此，在这样的实施例中，一个或多个预处理的音频信号h1(k)应当在声音区1而不在声音区2中再现(即，通过修改应当在声音区1但不在声音区2中再现的一个或多个声音源信号u1(k)已经生成的那些一个或多个预处理的音频信号h1(k))。此外，因此，至少一个其他预处理的音频信号h2(k)应当在声音区2但不在声音区1中再现(即，通过修改应当在声音区2但不在声音区1中再现的一个或多个声音源信号u2(k)已经生成的那些一个或多个预处理的音频信号h2(k))。
可以采用适合的构件以实现在第一声音区但不在第二声音区中再现音频源信号或者至少实现音频源信号在第一声音区中以比在第二声音区中更大的响度再现(和/或至少实现音频源信号在第一声音区中以比第二声音区中更大的信号能量再现)。
例如，可以采用滤波器40，且滤波器系数可以被选择为使得，应当在第一声音区但不在第二声音区中再现的第一音频源信号在第一声音区中以比在第二声音区更大的响度(和/或更大的信号能量)再现。此外，滤波器系数可以例如被选择为使得，应当在第二声音区但不在第一声音区中再现的第二音频源信号在第二声音区中以比在第一声音区中更大的响度(和/或更大的声音能量)再现。
例如，如下所述，例如，可以例如采用FIR滤波器(有限脉冲响应滤波器)且例如可以适当地选择滤波器系数。
或者，例如可以采用在音频处理领域中众所周知的波场合成(WFS)(对于与波场合成相关的通用信息，参见例如作为多个示例中的一个[69])。
或者，例如可以采用在音频处理领域中众所周知的高阶立体混响(对于与高阶立体混响相关的通用信息，参见例如作为许多示例中的一个[70])。
现在，更加具体地描述根据一些特定实施例的滤波器140。
特别地，示出在图7中显示的由G1(k)和G2(k)表示的块的实施。预滤波器可以例如与扬声器的阵列相关。每当预滤波器将至少一个输入信号馈送至主要在相同的频率范围内被激励的多个扬声器时，多个扬声器的组可以被认为是扬声器阵列。各个扬声器可以是多个阵列的部分，且多个输入信号可以被馈送至一个阵列，其然后朝不同方向辐射。
存在不同的众所周知的方法以确定线性预滤波器，使得非定向扬声器的阵列将呈现定向辐射模式，参见例如[1]、[3]、[4]、[5]和[6]。
一些实施例实现基于测量的脉冲响应的压力匹配方法。下面描述采用这样的方法的那些实施例的一些，其中仅考虑单个扬声器阵列。其他实施例使用多个扬声器阵列。应用多个扬声器阵列是直截了当的。
对于这些实施例的描述，相比于上述符号，使用更加符合FIR滤波器的符号，其也可覆盖IIR滤波器。为此，在矢量中捕获滤波器系数gl,q(k)：
Figure BDA0001902350490000211
为优化，可以考虑预滤波器和房间脉冲响应(RIR)的卷积脉冲响应，这由以下给出：
Figure BDA0001902350490000212
其中，gl(k)和hm,l(k)被假设为分别对于k<0和k≥LG或k≥LH为0。
因此，整个脉冲响应zm(k)具有LG+LH-1个样本的长度，并可以由向量捕获：
z＝(z1(0)，z1(1)，...，z1(LG+LH-2)，
z2(0)，z2(1)，...，z2(LG+LH-2)，...，
Figure BDA0001902350490000213
现在，可以定义卷积矩阵H，使得
Figure BDA0001902350490000214
描述与等式(27)相同的卷积。为优化，根据应用的需求可以定义期望的脉冲dm,q(k)。
定义dm,q(k)的方法为将每个扬声器认为是待在亮区中使用其初始声场再现的潜在源，但没有对暗区的辐射。这由以下描述：
Figure BDA0001902350490000215
其中，使用延迟Δk以确保因果关系。由以下描述完美的再现：
dq＝Hgq (31)
但由于物理限制，将通常是不可能的。应该注意的是，此定义仅是其中之一，其由于简单性具有一些使用价值，而其他定义取决于应用情景可能更适合。
现在，可以将最小二乘再现误差定义为：
Figure BDA0001902350490000216
Figure BDA0001902350490000217
其中，Wq是可以被选择使得实现频率相依的加权和/或位置相依的加权的矩阵。
当以从H(k)得到H的相同的方法分别从Bq(k)和Dq(k)得到Bq和Dq时，可以通过以下表示等式(14)：
Figure BDA0001902350490000221
应当注意的是，最大化等式(34)可以作为广义特征值问题[3]被解决。
可以通过确定等式(33)的复数梯度并将其设置为零[7]来最小化误差Eq。可以由以下给出等式(33)的复数梯度：
Figure BDA0001902350490000222
导致：
Figure BDA0001902350490000223
作为最小二乘优化方案。
尽管许多算法是对非加权的最小二乘制定的，但是可以通过简单地分别使用WqH和Wqdq代替H和dq来将其用于实施加权的最小二乘。
加权矩阵Wq通常是类似于由(26)到(29)定义的H的卷积矩阵。
矩阵H由几个子矩阵Hm,l构成：
Figure BDA0001902350490000224
可以给出Hm,l的一个示例，假设：
h1，1(0)＝5
h1，1(1)＝4
h1，1(2)＝3
h1，1(3)＝2
h1，1(4)＝1 (36b)
其中，
Figure BDA0001902350490000231
从该方案，(27)和(29)如何定义H的结构对于专家是清楚的。
为通过Wq促进频率相依的和麦克风相依的加权，根据众所周知的滤波器设计方法的脉冲响应wm,q(k)。在此，wm,q(k)定义用于源q和麦克风m的权重。不同于H，Wq是块对角线矩阵：
Figure BDA0001902350490000232
其中，Wm,q是与Hm,l类似的结构。
关于滤波器系数的计算，注意(36)明确地给出了必要的滤波器系数，其计算在实践中要求很高。由于该问题与解决收听室均衡的问题的相似性，还可以应用在其使用的方法。在此，[71]中描述了计算(36)的非常有效的算法：SCHNEIDER,Martin；KELLERMANN,Walter.Iterative DFT-domain inverse filter determination for adaptivelistening room equalization.在:Acoustic Signal Enhancement；Proceedings ofIWAENC 2012；International Workshop on.VDE,2012,S.1-4中。
下面，描述根据实施例的扬声器-外壳-麦克风系统(LEMS)。特别地，讨论根据实施例的LEMS的设计。在一些实施例中，上面描述的措施可以例如依赖于LEMS的不同特性。
图11示出根据实施例的外壳中的示例性扬声器设置。特别地，图11示出显示具有四个声音区的示例性LEMS。各个声学场景应该在那些声音区的每个中重放。为此，可以取决于其相对于彼此和相对于声音区的位置，以特定方式使用示于图11的扬声器。
由“阵列1”和“阵列2”表示的两个扬声器阵列与相应地确定的预滤波器一起使用(参见上文)。以此方式，可以电操纵那些阵列朝向“区1”和“区2”的辐射。假设两个阵列呈现几厘米的扬声器间距离，而阵列呈现几分米的孔径尺寸，对中间范围频率的有效操纵是可能的。
尽管不明显，但是当考虑例如300Hz以下的频率时，还可以将可以例如位于距彼此1至3米的全向扬声器“LS 1”、“LS 2”、“LS 3”和“LS 4”驱动为扬声器阵列。可以使用上面描述的方法确定相应的预滤波器。
扬声器“LS 5”和“LS 6”是分别为区3和4提供高频音频的定向扬声器。
如上所述，用于定向再现的措施有时可能不导致对于整个可听频率范围的足够结果。为补偿此问题，例如，可以存在位于相应的声音区附近或相应的声音区内的扬声器。尽管此定位关于感知的声音质量是次优的，但是扬声器距分配的区域的距离相比于距其他区域的距离的差异允许空间集中的再现，独立于频率。因此，这些扬声器可以例如用于其中其他方法不导致令人满意的结果的频率范围内。
下面，描述根据实施例中的一些的其他方面。
在实施例中的一些中，“预处理”块被放置在“带分割器”块之后或“频谱整形器”块之后。在该情况下，一个预处理块可以例如被实施用于“分割的”频带中的每个。在示于图7的示例中，一个“预处理器”块可以考虑w1(k)和w4(k)，且另一考虑w2(k)和w3(k)。仍然，预处理的一个方面仍还必须被放置在原来的位置，如上所述，其中描述预处理。
由于声学泄漏取决于为每个频带不同地选择的再现方法，这样的实施具有这样的优点：预处理参数可以与再现方法的要求相匹配。此外，当选择这样的实施时，对一个频带中的泄露的补偿将不影响另一频带。由于“预处理”块不是LTI系统，此交换意味着整个系统的功能的改变，即使产生的系统仍将可靠地解决相同的问题。
附加地，应该注意的是，实施例中的一些可以在操作之前，将来自全部扬声器的脉冲响应的测量用于多个麦克风。由此，在操作期间，麦克风是不必要的。
提出的方法通常适用于任意多区再现情景，例如车内情景。
尽管在装置的上下文中已经描述了一些方法，清楚的是这些方面还表示对应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面还表示对应的装置的对应的块或项或特征的描述。方法步骤的一些或全部可以由(或使用)硬件装置执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一个或多个可以由这样的装置执行。
取决于特定实施要求，本发明的实施例可以以硬件或软件实施，或者至少部分地以硬件或至少部分地以软件实施。可以使用具有存储其上的电可读控制信号的数字存储介质执行该实施，例如软盘，DVD，蓝光，CD，ROM，PROM，EPROM，EEPROM或闪存存储器，电可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电可读控制信号的数据载体，电可读控制信号可以与可编程计算机系统协作，使得执行在此描述的方法中的一个。
通常，本发明的实施例可以被实施为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码是可操作的用于执行方法中的一个。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。
其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行在此描述的方法中的一个的计算机程序。
换句话说，因此，本发明方法的实施例是计算具有程序代码的计算机程序，用于当计算机程序在计算机上运行时，执行在此描述的方法中的一个。
因此，本发明方法的另一实施例是包括存储其上的用于执行在此描述的方法中的一个的计算机程序的数据载体(或数字存储介质，或计算机可读介质)。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非暂时的。
因此，本发明方法的其他实施例是表示用于执行在此描述的方法中的一个的计算机程序的数据流或信号序列。例如，数据流或信号序列可以被配置为经由数据通信连接(例如经由因特网)传输。
其他实施例包括被配置为或适于执行在此描述的方法中的一个的处理构件，例如计算机或可编程逻辑设备。
其他实施例包括具有安装其上的用于执行在此描述的方法中的一个的计算机程序的计算机。
根据本发明的其他实施例包括用于(例如电子地或光学地)将用于执行在此描述的方法中的一个的计算机程序传送至接收器的装置或系统。例如，接收器可以是计算器、移动设备、存储器设备等。例如，装置或系统可以包括用于将计算机程序传送至接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑设备(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行在此描述的方法的功能的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行在此描述的方法中的一个。通常，方法优选地由任何硬件装置执行。
在此描述的装置可以使用硬件装置、或使用计算机、或使用硬件装置和计算机的组合实施。
在此描述的方法可以使用硬件装置、或使用计算机、或使用硬件装置和计算机的组合执行。
上面描述的实施例对本发明的原理仅是说明性的。应注意的是，在此描述的布置和细节的修改和变化对本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在仅受即将发生的专利权利要求的范围的限制，而不受通过在此的实施例的描述和解释呈现的具体细节的限制。
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Claims (17)

1.一种用于从两个或更多个音频源信号生成多个扬声器信号的装置，其中所述两个或更多个音频源信号中的每个应当在两个或更多个声音区中的一个或多个中再现，且其中所述两个或更多个音频源信号中的至少一个不应当在所述两个或更多个声音区中的至少一个中再现，其中所述装置包括：
音频预处理器(110)，用于修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个以获得两个或更多个预处理的音频信号；以及
滤波器(140)，用于取决于所述两个或更多个预处理的音频信号生成所述多个扬声器信号，
其中，所述音频预处理器(110)用于将所述两个或更多个音频源信号用作所述两个或更多个初始音频信号，或者其中所述音频预处理器(110)用于通过修改所述音频源信号为所述两个或多个音频源信号中的每个音频源信号生成所述两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号，
其中，所述音频预处理器(110)用于取决于所述两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度来修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号，以及
其中，所述滤波器(140)用于取决于应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号来生成所述多个扬声器信号。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于通过取决于第一值和第二值的比值而修改所述两个或更多个初始音频信号中的所述初始音频信号，来取决于所述两个或更多个初始音频信号的另一初始音频信号的信号功率或响度而修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号，
其中，所述第二值取决于所述初始音频信号的信号功率，且所述第一值取决于所述两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的信号功率，或者
其中，所述第二值取决于所述初始音频信号的响度，且所述第一值取决于所述两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的响度。
3.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于通过确定用于所述初始音频信号的增益以及通过将所述增益应用至所述初始音频信号来取决于所述两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度而修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号，
其中，所述音频预处理器(110)用于取决于第一值和第二值之间的比值确定所述增益，所述比值是所述两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的信号功率和作为所述第二值的所述初始音频信号的信号功率之间的比值，或者所述比值是所述两个或更多个初始音频信号中的所述另一初始音频信号的响度和作为所述第二值的所述初始音频信号的响度之间的比值。
4.根据权利要求3的装置，其中，所述音频预处理器(110)用于取决于随所述第一值和所述第二值之间的比值单调增加的函数来确定所述增益。
5.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于通过确定用于所述初始音频信号的增益g′1(k)并通过将所述增益g′1(k)应用至所述初始音频信号来修改所述两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号，
其中，所述音频预处理器(110)用于根据以下确定所述增益g′1(k)：
Figure FDA0002772640440000021
或根据以下确定所述增益g′1(k)：
Figure FDA0002772640440000022
其中，
Figure FDA0002772640440000023
其中，k是时间索引，
其中，T1指示第一阈值且T2指示第二阈值，
其中，e1(k)指示所述初始音频信号的信号功率或响度，
其中，N指示所述两个或更多个初始音频信号的数量，
其中，ei(k)指示所述两个或更多个初始音频信号中的其他初始音频信号的信号功率或响度，以及
其中，R指示数，其中1≤R≤100。
6.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于通过确定用于所述初始音频信号的增益g′1(k)以及通过将所述增益g′1(k)应用至所述初始音频信号来取决于所述两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或响度而修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号，
其中，所述音频预处理器(110)用于根据以下确定所述增益g′1(k)：
Figure FDA0002772640440000031
或根据以下确定所述增益g′1(k)：
Figure FDA0002772640440000032
其中，
v＝-10log10(e1(k))+10log10(e2(k))
其中，k是时间索引，
其中，T1指示第一阈值且T2指示第二阈值，
其中，e1(k)指示所述初始音频信号的信号功率或响度，
其中，e2(k)指示所述两个或更多个初始音频信号的所述另一初始音频信号的信号功率或响度，以及
其中，R指示数，其中1≤R≤100。
7.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于根据以下修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号：
Figure FDA0002772640440000033
或根据以下修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号：
Figure FDA0002772640440000034
或根据以下修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号：
Figure FDA0002772640440000035
其中，e1(k)指示所述初始音频信号的信号功率，
其中，k指示时间索引，
其中，λ2是范围0<λ2<1内的值，
其中，L是所述初始音频信号的音频声道的数量，其中L≥1，
其中，d1指示所述初始音频信号，
其中，K指示窗的样本的数量。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述音频预处理器(110)用于通过归一化所述两个或更多个音频源信号中的每个的功率来生成所述两个或更多个初始音频信号。
9.根据权利要求8所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于通过根据以下归一化所述两个或更多个音频源信号中的每个音频源信号的功率来生成所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号：
d1(k，l)＝c1(k)u1(k，l)，以及
Figure FDA0002772640440000041
其中，k是时间索引，
其中，l指示所述音频源信号的一个或多个音频声道中的一个，
其中，d1指示所述初始音频信号，
其中，u1指示所述音频源信号，
其中，b1指示所述音频源信号u1的功率的平均。
10.根据权利要求9所述的装置，
其中，所述音频预处理器(110)用于根据以下确定所述音频源信号u1的功率的平均b1：
Figure FDA0002772640440000042
其中，0<λ1<1。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述滤波器(140)用于通过确定FIR滤波器的滤波器系数来取决于应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号而生成所述多个扬声器信号。
12.根据权利要求11所述的装置，
其中，所述滤波器(140)用于通过根据以下公式确定所述FIR滤波器的所述滤波器系数来取决于应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号而生成所述多个扬声器信号：
Figure FDA0002772640440000051
其中，gq是根据以下的包括所述FIR滤波器的所述滤波器系数的向量：
Figure FDA0002772640440000052
其中，H是取决于房间脉冲响应的卷积矩阵，
其中，W是加权矩阵，
其中，dq指示期望的脉冲响应，
其中，gq,i指示滤波器系数中的一个，其中1<i<NL，
其中，NL指示扬声器的数量，以及
其中，LG指示所述FIR滤波器的长度。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述滤波器(110)用于通过进行波场同步来取决于应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号而生成所述多个扬声器信号。
14.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述装置还包括两个或更多个带分割器(121、122)，用于对两个或更多个预处理的音频信号进行带分割成多个带分割的音频信号，
其中，所述滤波器(140)用于取决于所述多个带分割的音频信号生成所述多个扬声器信号。
15.根据权利要求14所述的装置，
其中，所述装置还包括一个或多个频谱整形器(131、132、133、134)，所述一个或多个频谱整形器(131、132、133、134)用于修改所述多个带分割的音频信号中的一个或多个的频谱包络以获得一个或多个频谱整形的音频信号，
其中，所述滤波器(140)用于取决于所述一个或多个频谱整形的音频信号生成所述多个扬声器信号。
16.一种用于从两个或更多个音频源信号生成多个扬声器信号的方法，其中所述两个或更多个音频源信号中的每个应当在两个或更多个声音区中的一个或多个中再现，以及其中所述两个或更多个音频源信号中的至少一个不应当在所述两个或更多个声音区中的至少一个中再现，其中，所述方法包括：
修改两个或更多个初始音频信号中的每个以获得两个或更多个预处理的音频信号，以及
取决于所述两个或更多个预处理的音频信号生成所述多个扬声器信号，
其中所述两个或更多个音频源信号被用作所述两个或更多个初始音频信号，或其中通过修改所述音频源信号来为所述两个或更多个音频源信号中的每个音频源信号生成所述两个或更多个初始音频信号中的初始音频信号，
其中，取决于所述两个或更多个初始音频信号中的另一初始音频信号的信号功率或强度来修改所述两个或更多个初始音频信号中的每个初始音频信号，以及
其中，取决于应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号以及取决于不应当在所述两个或更多个声音区中的哪个中再现所述两个或更多个音频源信号来生成所述多个扬声器信号。
17.一种包括计算机可读指令的计算机可读介质，当所述计算机可读指令被计算机或信号处理器执行时实现如权利要求16所述的方法。
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