CN110024419B - 增益相位均衡(gpeq)滤波器和调谐方法 - Google Patents

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Abstract

用于移动消费者设备上的不对称听觉传输音频再现的GPEQ滤波器和调谐方法。GPEQ滤波器包括：不对称FIR滤波器组，被配置为在低频交越Fc以上将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为在听者位置处再现的音频扬声器的目标响应；以及对称MR滤波器组部件，被配置为在低频交越以上高通滤波并且均衡至少两个音频扬声器的幅度响应。在一些实施例中FIR滤波器组被配置为归一化音频声道的群延迟，并且在一些实施例中MR滤波器组包括被配置为校正至少两个音频扬声器的幅度响应中的任何残余不对称性的不对称IIR滤波器组部件。可以使用经相位平衡或相位补偿的IIR滤波器区段来完成相位保持。

Description

增益相位均衡(GPEQ)滤波器和调谐方法
技术领域
本发明涉及听觉传输音频(transaural audio)再现，更具体地涉及用于笔记本电脑、平板电脑以及其它小型或便携式音频设备、扬声器系统上的不对称听觉传输音频再现或用于耳机上的不对称双耳再现的增益相位均衡(GPEQ)滤波器和调谐方法。
背景技术
在声音记录和音频再现中，均衡(“EQ”)是通常用于使用线性滤波器更改各个音频声道的频率响应以调整频率分量之间的平衡的处理。线性滤波器提升或削减具体频带的能量。EQ可以用于通过移除扬声器的交越(cross-over)频率Fc以下的低频内容来提供扬声器保护，以及提供整体音调控制。
均衡器是用于实现EQ的装备。图形均衡器允许声音技术员或现场应用工程师使用针对每个带的垂直滑块在多个中心频率处提升或削减振幅。参数均衡器(“PEQ”)允许声音技术员或现场应用工程师控制每个带的振幅、中心频率和带宽。相比于图形均衡器，参数均衡器能够对声音进行更精确的调整，但需要更多的调谐专业知识。在示例性设计中，每个PEQ带对应于不同的二阶IIR(无限脉冲响应)滤波器区段(section)。用户在适用时手动调整针对每个带的滤波器类型、振幅、中心频率和带宽，然后将其转换成针对二阶IIR滤波器区段的系数。可以级联各种滤波器类型的多个带，以形成整体EQ响应。在Robert Bristow-Johnson的Audio EQ Cookbook中讨论了这种滤波器设计方法的示例，网上发布于www.musicdsp.org/files/Audio-EQ-Cookbook.txt。
立体声音频是一种创建多方向可听视角的错觉的声音再现方法。这是通过以创建从由扬声器的放置限制的各种方向听到的声音的印象的这种方式配置两个音频扬声器、使用两个独立的音频声道来实现的。多声道或“环绕”音频增加了附加的声道和扬声器，以便完全包围听者(移除可以听到声音的界限)，但是这种系统不实用或不便携。双耳音频是一种声音再现方法，其使用专门被设计用于听者耳朵处的再现的两个声道为听者创建完整的3-D环绕声感觉。双耳和立体声音频常常被混淆。立体声扬声器回放不考虑听者的自然耳朵间距或其它形态，并且因为立体声扬声器串扰干扰双耳再现，所以要么需要耳机、要么需要串扰消除(CTC)滤波器来预先调节音频声道以产生用于经由听者位置处的音频扬声器再现的听觉传输音频信号，听觉传输音频考虑了这些因素。已经在多个发明中描述并改进了其处理。早期的这种示例是Atal和Schroeder的US3236949“Apparent Sound SourceTranslator”。如将贯穿这个专利所讨论的那样，EQ以及具体而言PEQ可以应用于立体声、双耳和听觉传输音频信号，但是需要注意确保它不与听觉传输或双耳音频信号所考虑的形态和听者因素相互作用。
在许多音频系统中，扬声器配置是或者被假设是相对于听者位置对称的。扬声器的幅度响应中的对称(例如，所有扬声器是相同的)以及群延迟和相位响应的对称(例如，所有扬声器与听者位置等距地定位。)在这些系统中，PEQ被对称地应用于所有声道。
在某些音频系统中，诸如笔记本电脑、平板电脑、某些耳机和其它小型或便携式音频设备或扬声器系统，扬声器配置在幅度响应和/或群延迟和相位响应方面是不对称的。例如，在笔记本电脑中，物理上不同的扬声器可以位于各种位置以适应其它包装约束。在这些系统中，EQ或PEQ必须被不对称地应用于声道，以补偿幅度不对称以及执行EQ。群延迟补偿可以用于补偿不对称定位。
问题在于不对称PEQ中传统使用的二阶IIR滤波器区段不保持音频信号的相对相位。对于传统的立体声音频，这可能影响“立体声成像”，但对于低成本的移动设备，它通常是可以接受的。然而，对于双耳音频信号、特别是听觉传输音频信号，相位保持的损失是毁灭性的。CTC滤波器要减去的信号的幅度和定时丢失。其结果实际上可能是串扰的提升。
标准CTC滤波器假设在听者位置处对称再现。已经提出了一些方案将不对称校正结合到CTC滤波器本身当中。参见例如US8050433。这种方案的缺点是它没有解决不对称的幅度响应并且如果它解决了也会将空间音频设计耦合到设备的主观均衡(两件事通常在设计过程的不同时间被独立处理，并且通常由不同的团队甚至是公司处理)。即使耦合是可接受的，不对称均衡也会产生不容易用典型的串扰消除设计的简单延迟来补偿的依赖频率的相位响应。
本领域对于听觉传输音频的当前状态是要进行选择。要么应用常规的PEQ并且丢失音频的3D空间性质，要么不应用EQ。由于跨耳音频继续渗透到不对称音频设备的市场，因此这不是一个可接受的条件。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容不旨在识别所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
本文描述的GPEQ滤波器的实施例提供模块化解决方案(独立于CTC滤波器)以及对滤波器进行调谐以预先调节相应音频声道中携带的听觉传输音频信号从而移除用于在听者位置处进行听觉传输再现的音频扬声器的不对称性(幅度和/或群延迟/相位响应)同时保持PEQ功能的方法。GPEQ滤波器为精确的不对称幅度校正提供必要的高频灵敏度。GPEQ滤波器实现(例如，低阶或滤波器抽头数)和调谐(例如，很大程度上自动化的处理)起来相对便宜。
GPEQ滤波器的实施例包括不对称FIR滤波器组和IIR滤波器组。不对称FIR滤波器组被配置为将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化到在听者位置处再现的音频扬声器的低频交越Fc以上的目标响应。目标响应可以包括至少两个音频扬声器的平均幅度响应。不对称FIR滤波器组可以被配置为包括延迟，该延迟可能是非整数的，以归一化听者位置处的至少两个音频扬声器的群延迟和相位响应。IIR滤波器组包括对称IIR滤波器组部件，其被配置为在低频交越Fc以上高通滤波并且均衡至少两个音频扬声器的幅度响应。IIR滤波器组还可以包括不对称IIR滤波器组部件，其被配置为校正在低频交越Fc附近的至少两个音频扬声器的幅度响应中的残余不对称性(例如，等于Fc处的幅度响应)，同时保持至少两个听觉传输音频信号的相对相位。可以使用经过相位平衡或相位补偿的IIR滤波器区段来完成相位保持。FIR和IIR滤波器是线性时不变滤波器，因此实现次序无关紧要。
GPEQ滤波器的实施例可以包括：N抽头FIR滤波器组，其中利用用于特定音频设备的系数对M<＝N个抽头进行不对称地配置；以及IIR滤波器组，其包括X个IIR滤波器区段，其中利用用于音频设备的系数对Y个区段进行对称地配置，并且利用用于音频设备的系数对Z个区段进行不对称地配置，其中Y+Z<＝X。以这种方式，实现GPEQ滤波器的体系架构和硬件对于音频设备类是通用的。所有变化的都是加载到用于特定设备的GPEQ滤波器中的系数。
用于在听者位置处进行听觉传输音频渲染的音频设备的实施例包括：空间音频处理器，被配置为在相应的音频声道中生成多个双耳音频信号；串扰消除(CTC)滤波器，被配置为预先调节双耳音频信号以取消声学串扰并在相应的音频声道中输出多个听觉传输音频信号；增益相位均衡(GPEQ)滤波器，被配置为预先调节至少两个听觉传输音频信号，以执行扬声器保护和PEQ并且移除由于音频扬声器引起的任何不对称；以及多个音频扬声器，被配置为在听者位置处渲染多个听觉传输音频信号。
调谐GPEQ滤波器的方法的实施例包括：确定音频扬声器的低频交越Fc，调谐不对称FIR滤波器组以在低频交越Fc以上将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为目标响应，配置延迟以归一化至少两个听觉传输音频信号在听者位置处的到达时间(TOA)或“群延迟”，手动执行参数化均衡(PEQ)处理以配置对称IIR滤波器组件在低频交越Fc以上高通滤波并且均衡至少两个音频扬声器的幅度响应，可选地手动执行不对称PEQ处理以配置不对称IIR滤波器组件校正Fc附近的残余不对称性，同时保持相对相位并存储不对称FIR滤波器组和IIR滤波器组部件的系数。
应当注意的是，取决于特定实施例，替代性实施例是可能的，并且本文所讨论的步骤和元素可以被改变、添加或删除。在不脱离本发明的范围的情况下，这些替代性实施例包括可被使用的替代性步骤和替代性元素，以及可以做出的结构改变。
附图说明
现在参考附图，其中相同的标号自始至终表示对应的部分：
图1a、1b和1c分别是对称音频设备、不对称音频设备和具有增益相位均衡的不对称音频设备的图；
图2是包括GPEQ滤波器的不对称音频设备的实施例的框图，该GPEQ滤波器用于预先调节相应音频声道中的听觉传输音频信号以移除扬声器不对称性；
图3a和3b是在假设音频扬声器具有对称的幅度响应和定位的情况下听者位置处的声学串扰和用于在听者位置产生用于听觉传输再现的听觉传输音频信号的串扰消除处理的图；
图4是GPEQ滤波器的实施例的框图，该GPEQ滤波器包括不对称FIR滤波器组和被配置为移除音频扬声器的低频交越Fc以上的不对称性的延迟，被配置为在低频交越Fc附近移除残余不对称性的可选的不对称IIR滤波器组，以及被配置为在低频交越FC以上高通滤波并均衡音频扬声器的幅度响应的对称IIR滤波器组；
图5a至5h是原始扬声器响应，不对称FIR、不对称IIR和对称IIR滤波器响应和修正扬声器响应以及总体GPEQ滤波器响应的曲线图；
图6和7是用于调谐GPEQ以进行不对称听觉传输音频再现的方法的实施例的框图和流程图；
图8是用于不对称FIR滤波器组的自动调谐的实施例的流程图；
图9是用于不对称FIR滤波器组的手动调谐的实施例的流程图；
图10a-10c描绘了经相位平衡的不对称IIR滤波器的实施例；以及
图11a-11b描绘了经相位补偿的不对称IIR滤波器的实施例。
具体实施方式
在以下对用于不对称听觉传输音频再现的GPEQ滤波器和调谐方法的实施例的描述中，参考附图。这些附图通过图示的方式示出了可以如何实施GPEQ滤波器和调谐方法的实施例的具体示例。应该理解的是，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构改变。
本发明的目的是提供模块化解决方案(独立于CTC滤波器)和调整滤波器以移除不对称性(幅度和/或群延迟/相位响应)同时保持PEQ功能的方法。滤波器应当提供必要的高频灵敏度，以实现精确的不对称幅度校正。模块化滤波器应当实现(例如，滤波器抽头数或阶数低)和调谐(例如，高度自动化的处理)起来相对便宜。
一种方案是用二阶的经相位平衡的IIR滤波器代替二阶IIR滤波器区段(PeterEastty，“Balanced Phase Equalization；IIR Filters with Independent FrequencyResponse and Identical Phase Response”AES Convention，2012年10月)。这些经相位平衡的IIR滤波器确实保持了听觉传输音频信号的相对相位，因此可以在听者位置处准确地再现听觉传输音频信号。可以实现群延迟补偿以移除位置不对称性。但是，使用不对称PEQ来移除幅度不对称性将具有若干缺点。与EQ不同，手动调谐IIR滤波器区段以精确地移除不对称性将需要许多小时的繁琐劳动。IIR滤波器不容易提供高频分辨率以移除复杂的不对称性。将需要高阶的(昂贵的)IIR滤波器来近似这种性能。实现和调谐不对称相位平衡IIR滤波器的成本排除了这种方案。
另一种方案是用不对称FIR(有限脉冲响应)滤波器组完全代替PEQ中使用的IIR滤波器，以便既提供扬声器保护和EQ，又移除幅度和群延迟/相位响应不对称性。FIR滤波器组的调谐可以是完全自动的。但是，执行所有这些功能所需的FIR滤波器的长度(抽头数)是令人望而却步的。对于诸如笔记本电脑、平板电脑、电话或耳机之类的小型设备或移动设备来说，这种FIR滤波器的实现将太昂贵。此外，失去了对音调特征进行手动控制的能力。
根据本发明，实现和调谐起来都相对便宜、提供精确地移除不对称性的必要能力并且保持标准PEQ的模块化解决方案基于被称为增益相位均衡(GPEQ)滤波器的混合滤波器体系架构。GPEQ滤波器跟在CTC滤波器之后以预先调节相应音频声道中的听觉传输音频信号，从而移除可归因于音频扬声器的不对称性。
GPEQ滤波器包括不对称FIR滤波器组和IIR滤波器组这两者。FIR滤波器组被配置为将至少两个音频扬声器(例如，L和R或多声道)的幅度响应归一化为在听者位置处再现的音频扬声器的低频交越Fc以上的目标响应。如果需要，音频扬声器的群延迟经由离散延迟被归一化或被结合到FIR滤波器组中。IIR滤波器组包括对称IIR滤波器组部件，对称IIR滤波器组部件被配置为在低频交越Fc以上高通滤波并均衡至少两个音频扬声器的幅度响应。这个部件对目标响应执行PEQ。IIR滤波器组还可以包括不对称IIR滤波器组部件，不对称IIR滤波器组部件被配置为在低频交越Fc附近校正至少两个音频扬声器的幅度响应中的任何残余不对称性，同时保持至少两个听觉传输音频信号的相对相位。相位保持可以使用经相位平衡或相位补偿的IIR滤波器区段来完成。FIR和IIR滤波器是线性时不变滤波器，因此实现次序无关紧要。可以自动调谐FIR滤波器组，而手动调谐对称和不对称IIR滤波器区段。滤波器按照FIR滤波器、不对称IIR和最后对称IIR的次序进行调谐，以执行PEQ。
GPEQ滤波器提供独立于CTC滤波器的模块化解决方案，其促进了对称CTC滤波器的使用。GPEQ滤波器的混合性质使其实现和调谐起来都便宜。FIR滤波器组具有相对较少的抽头，因为它限于处理低频交越Fc以上的音频内容，并且在某些实施例中，将幅度响应归一化为平均幅度响应。FIR滤波器提供良好的高频不对称性校正并且可以被自动调谐。IIR滤波器组是低阶的，因为它们仅限于执行标准PEQ并且仅移除Fc附近的少量(如果有的话)残余不对称性。这种类型的手动调整是可管理的。
现在参考图1a，所有空间音频技术(例如，立体声、双耳、听觉传输(L/R或多声道))都要求音频设备100表现出相对于听者位置102的放置和音频扬声器104的幅度响应这两者的对称性。具有如图1b中所示的相对于听者位置112不对称地定位的不同音频扬声器108和110(具有不同幅度响应)的移动消费者设备106(例如，电话、平板电脑、笔记本电脑、便携式游戏)很少实现这些要求。如前面所讨论的，如果应用传统的不对称PEQ，那么这种不对称性会对在听者位置处再现的听觉传输音频的3-D空间性质产生破坏性影响。如图1c中所示，在CTC滤波器下游使用GPEQ滤波器来预先调节具有不对称扬声器116和118的移动消费设备114的相应音频声道中的听觉传输音频信号移除了幅度和群延迟/相位响应不对称性，以产生一对明显对称的扬声器120和118，从而在听者位置122处再现听觉传输音频。
现在参考图2，音频设备200的实施例包括至少两个音频扬声器202，其相对于预期听者位置表现出不对称的幅度响应和不对称的位置。空间音频处理器204被配置为接收和处理音频206(存储/流/等)以在相应的音频声道中生成双耳音频信号208。串扰消除(CTC)滤波器210被配置为在假设扬声器的幅度响应和位置是对称的情况下预先调节双耳音频信号以在相应音频声道中生成至少两个听觉传输音频信号212。GPEQ滤波器214被配置为预先调节听觉传输音频信号212以生成经校正的听觉传输音频信号216，用于在听者位置处针对不对称扬声器校正的听觉传输再现。GPEQ滤波器必须在CTC之后，因为CTC会将来自每个声道的抗串扰引入其它声道。如果GPEQ在CTC前面，那么均衡和延迟的不对称部分将被部分地引入错误信号。信号216被馈送到将数字信号转换成模拟信号220以驱动音频扬声器202的数字音频转换器/放大器218。
本技术的受让人DTS公司已在笔记本电脑、平板电脑和其它小型设备或便携式设备上部署了双耳/听觉传输技术，诸如Headphone：
Figure GDA0002942263150000091
GPEQ滤波器将与这些和其它双耳/听觉传输技术集成。
现在参考图3a和3b，采用串扰消除处理300来抵抗声学串扰302的影响，从而在每只耳朵处(在声学上)恢复双耳左耳信号304和双耳右耳信号306(电气)。当双耳左耳信号S1循着到听者的左耳308的期望路径和到听者的右耳310的串扰路径并且双耳右耳信号S2循着到听者的右耳310的期望路径和到听者的左耳308的串扰路径时，发生声学串扰。CTC滤波器312实现引入抗串扰的增益/延迟加权混合矩阵314。混合矩阵314通过形成各种延迟或滤波的左耳和右耳信号的加权组合来预先调节左耳和右耳信号304和306，以形成听觉传输音频信号S1至SN。矩阵被配置为使得在通过声学串扰条件302呈现信号S1至SN时，在每个耳朵处恢复左耳信号和右耳信号。例如，S1由左耳信号304的一定量减去右耳信号306的延迟量构成，并且S2由右耳信号306的一定量减去左耳信号304的延迟量构成。这是允许消除发生的原因。
传统上加权混合矩阵314是通过假设在听者位置处再现左耳和右耳信号的对称的音频扬声器316和318对而构造的。扬声器316和318表现出相同的幅度响应并且与听者的左耳和右耳等距。对于双声道音频，存在一对对称的扬声器316和318。对于多声道音频，存在多对对称的扬声器316/318、320/322等。不同的对可以具有不同的扬声器和到听者位置的距离，但是在对内是对称的。
对称性约束规定了GPEQ解决方案的模块化解决方案。出于多种原因，这是优选的。首先，对称性条件简化了混合矩阵和CTC滤波器。第二，因为通过混合多个输入声道形成听觉传输信号，因此将GPEQ的不对称性(仅由每个输出声道的听觉传输系统响应确定)集成到串扰设计中将会不必要地复杂化并且可能需要独立地处理多条路径，这增加了成本。因此，更好的是实现高效/简化的CTC设计并使用GPEQ来确保高效的CTC体验假设的对称条件。
现在参考图4，用于预先调节用于在左和右扬声器上再现的双声道听觉传输音频402的GPEQ滤波器400的实施例包括(以任何次序，因为所有滤波器是线性时不变滤波器)不对称FIR滤波器组404和IIR滤波器组406。
不对称FIR滤波器组404包括左和右FIR滤波器408和410，左和右FIR滤波器408和410分别不对称地被配置为在低频交越Fc以上将左和右音频扬声器的幅度响应归一化为在听者位置处再现的音频扬声器的目标响应。扬声器的交越频率被定义为扬声器的频率响应规范的通带的起点，或者简单地被定义为低于其扬声器响应将超出通带规范的点(诸如从其参考输出电平+/-3dB)。通过GPEQ设计选择的Fc可以例如是扬声器的最小或平均交越频率。目标响应可以包括至少两个音频扬声器的平均幅度响应。目标响应还可以包括一般均衡整形(诸如高频调平或平坦化)，但是推荐将其类似地约束为高于所选择的Fc。
FIR滤波器的抽头数(长度)至少最初是由经校正的幅度响应与目标响应的相似性的规范确定的。可以基于音频设备的硬件能力来减少抽头数。GPEQ滤波器的关键方面是不对称FIR滤波器组的长度。为了支持消费者移动设备上的音频的实时处理和再现，滤波器长度应尽可能短。滤波器长度以多种方式减小。首先，FIR滤波器的功能适当地限于仅移除不对称性，而不执行扬声器保护和EQ。第二，FIR滤波器仅移除低频交越Fc以上的不对称性。低频处理对于FIR滤波器的长度具有不成比例的影响。在Fc以下将FIR的幅度响应钳位在0dB减小了滤波器长度。第三，将幅度响应驱动至包括左和右扬声器的平均幅度响应(并由其主导)的目标响应比将幅度响应驱动至更传统的“平坦”目标响应更容易。结果，较短的FIR滤波器可以满足相似性规范。
不对称FIR滤波器组可以被配置为包括延迟412和414，以归一化左和右音频扬声器在听者位置处的相位响应以及群延迟。延迟等于基本延迟加上最大到达时间(TOA)延迟(即，到最远扬声器的TOA延迟)减去对应扬声器的TOA延迟。最远扬声器的延迟只是基本延迟。最近扬声器的延迟是基本延迟加上到最远与最近扬声器的TOA的差异。延迟可以被实现为与FIR滤波器分开或结合在FIR滤波器中的离散延迟。听觉传输音频信号均被表示为按采样周期采样的音频样本序列。延迟可以被实现为非整数个采样周期。
IIR滤波器组406包括对称IIR滤波器组部件416，其被配置为在低频交越Fc以上高通滤波并且均衡至少两个音频扬声器的幅度响应。基本上，对左和右声道都已经被归一化成的目标响应执行标准的手动PEQ处理。对称IIR滤波器组部件包括例如多个二阶IIR参数化滤波器区段，每个区段被调谐以提升或削减不同的频谱带。GPEQ滤波器的关键方面是IIR滤波器组的总阶数。因为这个部件仅限于执行扬声器保护和EQ的传统功能，而不进行不对称性校正，所以滤波器区段的总数和整体滤波器阶数是有限的并且能够在消费者移动设备上实时地处理和再现音频。
IIR滤波器组406还可以包括不对称IIR滤波器组部件418，其被配置为校正低频交越Fc附近的左和右音频扬声器的幅度响应中的残余不对称性，同时保持至少两个听觉传输音频信号的相对相位。例如，不对称IIR滤波器组可以迫使左和右幅度响应在Fc处相等，这会影响Fc附近的幅度响应。在许多音频设备中，可能不需要这个部件。在需要它的那些设备中，其应用仅限于校正在Fc附近的幅度响应中的非常少的“凸起”或“凹陷”，IIR滤波器区段对此非常适合。与移除Fc以上的所有不对称性相比，手动调谐一些“凸起”或“凹陷”是可管理的。
不对称IIR滤波器的相位保持对于在听者位置处再现听觉传输音频是至关重要的。通过将不对称IIR滤波器的使用限于最多几个区段并通过使用经相位平衡或相位补偿的IIR滤波器区段(后者如图4中所示)，可以部分地确保相位保持。
经相位平衡的IIR滤波器是由Peter Eastty的“Balanced Phase Equalization；IIR Filters with Independent Frequency Response and Identical Phase Response”(AES会议，2012年10月)描述的那些滤波器，该文通过引用并入于此。每个区段包括第一和第二EQ滤波器以及平衡滤波器。第一EQ滤波器具有幅度响应的一半以产生第一相位响应。第二EQ滤波器具有幅度响应的相同的一半以产生第二相位响应，其中零点围绕单位圆往复运动，该第二相位响应在均衡其中一个听觉传输音频信号时抵消由于系统零点引起的第一相位响应的一部分。平衡滤波器具有全通幅度响应以及第三相位响应，第三相位响应等于第一和第二相位响应的组合，以抵消由于系统极点引起的第一相位响应的一部分，从而保持所有其它听觉传输音频信号的相对相位。Eastty的经相位平衡的IIR滤波器提供完美的相位保持，但是以每个区段需要三个分开的滤波器为代价。
开发了经相位补偿的IIR滤波器，以便以每个区段两个滤波器的降低成本提供足够的相位保持。每个区段仅包括具有幅度响应和用于均衡其中一个听觉传输音频信号的第一修正相位响应的EQ滤波器420，以及具有全通幅度响应和相位平衡所有其它听觉传输音频信号的相位响应的平衡滤波器422。EQ滤波器和平衡滤波器具有相同的阶数。通过使系统零点往复运动到单位圆之外，创建所设计的EQ的非最小相位等同物，以实现第一修正相位响应。理论上，平衡滤波器的相位响应等于修正相位响应。在实践中，相位响应必须足够接近，使得相位保持中的任何误差都小于被确定为对听觉传输相位关系有害的阈值。
GPEQ滤波器400的实施例可以包括N抽头FIR滤波器组404以及包括X个IIR滤波器区段的IIR滤波器组406，N抽头FIR滤波器组404的M<＝N个抽头利用用于特定音频设备的系数被不对称地配置，X个IIR滤波器区段中的Y个区段利用用于音频设备的系数被对称地配置，并且Z个区段利用用于音频设备的系数被不对称地配置，其中Y+Z<＝X。以这种方式，实现GPEQ滤波器的体系架构和硬件对于音频设备类是通用的。笔记本电脑、平板电脑、电话或耳机中的每一个都用相同的GPEW滤波器硬件实现。所有变化的都是加载到用于特定设备的GPEQ滤波器中的系数。
现在参考图5a至5h，图示了针对L和R音频声道的原始扬声器幅度响应，不对称FIR、不对称IIR和对称IIR的滤波器响应和修正扬声器响应以及总体GPEQ滤波器响应的示例性曲线图。为清楚起见，仅示出了针对左声道S1的滤波器响应。图5a描绘了针对左(S1)和右(S2)音频声道的不对称的幅度响应500和502以及平均幅度响应504。在这个示例中，低频交越Fc定义在-3dB点处。
图5b描绘了FIR滤波器响应506，其被配置为在Fc以上将S1的幅度响应500归一化为平均幅度响应504。在Fc以下，滤波器响应506被钳位到0dB。S2的FIR滤波器响应将是不同的、“不对称的”，以在Fc以上将那个幅度响应驱动到平均值并且在Fc以下也钳位到0dB。实际上，FIR滤波器不处理Fc以下的音频内容。图5c描绘了分别归一化的S1和S2幅度响应508和510，其在Fc以上已经被驱动至平均幅度响应504并且在Fc以下不受影响。
图5d描绘了不对称IIR EQ 512，其被配置为移除低频交越Fc附近的S1的残余不对称性。在这个示例中，不对称部件包括：IIR区段514，用于“削减”Fc处的能量；以及IIR区段516，用于“提升”Fc以上的能量以移除残余不对称性。针对S2的IIR滤波器区段将是不同的、“不对称的”，以校正任何残余不对称性并将S2驱动至平均值。图5e分别描绘了归一化的S1和S2幅度响应518和520，幅度响应518和520在Fc以上已经被驱动至平均幅度响应504并且在Fc以下不受影响，并且移除了任何残余不对称性。
图5f描绘了针对S1(和S2)的对称IIR EQ 522，其通过对Fc以上的平均幅度响应(目标响应)进行Fc以上的高通滤波和EQ来执行扬声器保护。图5g描绘了在Fc以上均衡的幅度响应524和526以及在Fc以下高通滤波的响应。
图5h描绘了GPEQ滤波器的响应528。该响应包括来自对称IIR EQ的HPF区段530、用于将S1归一化为平均幅度响应的Fc以上的不对称区段532以及用于移除Fc附近的残余不对称性的“凸起”534和“凹陷”536。
现在参考图6和7，调谐系统600和用于调谐的方法700的实施例生成GPEQ滤波器的系数，GPEQ滤波器预先调节听觉传输音频信号以消除扬声器不对称性，以及为音频设备602提供扬声器保护和EQ。GPEQ滤波器604适当地反映了每个音频声道具有N个FIR滤波器抽头和X个2阶IIR滤波器区段的通用体系架构。自动滤波器设计模块(由计算机实现)606使用麦克风608以自动调谐模式操作，从而调谐不对称FIR滤波器组并生成滤波器系数610，并且使用人612以手动调谐模式操作，从而调谐不对称FIR滤波器组、不对称IIR滤波器组或对称滤波器组并且为特定音频设备生成滤波器系数610以渲染GPE滤波器604的实例化614。
用于音频设备602的调谐方法700的实施例包括确定音频设备是否表现出关于听者位置不对称的扬声器幅度响应或扬声器位置的步骤(702)，通常从机械设计或基本频率响应测量或涉及每个和两个扬声器的听力测试中显而易见。要注意的是，通用GPEQ滤波器和调谐方法可以用于任何音频设备，无论是对称的还是不对称的。如果音频设备是对称的，那么执行手动参数化EQ(PEQ)调谐处理(步骤704)，并且自动滤波器设计模块生成一个或多个对称IIR滤波器区段的系数以渲染GPEQ滤波器(步骤706)。手动参数EQ处理涉及声音设计者/工程师在设备上播放典型的音频内容或测试信号，并将整体频率响应调整为适合该设备的客观标准或主观品味。可替代地，可以自动地或半自动地“平坦化”对目标曲线的频率响应。关键只是所有方面都是对称的，并且相同的均衡滤波器应用于所有声道。
如果音频设备是不对称的，那么确定设备的音频扬声器的低频交越Fc(步骤708)。可以基于音频扬声器的规范、受控的测试或听者感知来做出这个确定。选择总体Fc以表示在GPEQ设计中使用的所有声道的Fc。Fc可以是两个或更多个扬声器的最小值或平均值。Fc通常被定义为扬声器带宽的有效低端，低于该有效低端时，响应被认为弱或易于失真。Fc可以通过检查平滑声道的平均通带或平均水平的dB的相对滚降或通过算法来确定。
下一步是自动(步骤710)和/或手动(步骤712)调谐不对称FIR滤波器组，以在低频交越Fc以上将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为目标响应。自动化解决方案涉及测量的响应到目标响应的直接转化。手动操作涉及熟练的操作员或声音设计者不对称地均衡系统。在一些情况下，可能希望在自动化结果之上进行手动调整。在这里讨论的所有情况下，所得到的不对称均衡响应被简化为具有对称相位的不对称FIR滤波器组。这通常通过将响应转换成具有相同阶数或群延迟的线性相位均衡滤波器来实现。目标响应可以包括音频扬声器的平均幅度响应(并且由其主导)。重要的是，在对任一扬声器的总体响应的一般EQ之前，调谐不对称FIR滤波器组以将两个音频声道驱动至目标响应。自动滤波器设计模块为每个声道的FIR滤波器生成抽头数和系数。
下一步是确定设备的音频扬声器是否相对于听者位置不对称地定位(步骤714)。如果是，那么该处理引入补偿延迟(步骤716)以归一化至少两个听觉传输音频信号在听者位置处的到达时间(TOA)或“群延迟”。通过将相对延迟偏移添加到线性相位FIR滤波器的其它对称群延迟，可以将延迟实现为离散分量或者将其集成为FIR滤波器的一部分。例如，如果基本线性相位滤波器具有N个样本的延迟，并且一个声道需要M个样本的延迟。那么那一侧的线性相位滤波器可以被设计为具有N+M个样本而另一个滤波器仅具有N个样本。滤波器可以适当地加窗，以保持每个FIR滤波器有相同数量的抽头。
下一步是确定在交越Fc附近扬声器的经校正的幅度响应中是否存在任何需要附加校正(718)并且未通过手动FIR调谐校正的残余不对称性(712)。可以手动或经由计算机通过将经校正的幅度响应与平均幅度响应进行比较来做出这个确定，以识别任何“凸起”或“凹陷”及其对应的频带。如果存在，那么执行手动相位保持参数化EQ(PEQ)调谐处理(步骤720)，并且自动滤波器设计模块生成针对每个声道的一个或多个不对称IIR滤波器区段的系数，以移除残余不对称性。在步骤706处输出所有FIR系数和IIR系数，以渲染用于特定音频设备的GPEQ滤波器。
现在参考图8，针对不对称FIR滤波器组的自动调谐800的实施例包括如下步骤：测量每个扬声器的响应(步骤802)、确定音频扬声器对听者位置的幅度响应和相对延迟(步骤804)，以及根据测得的幅度响应计算平均幅度响应(步骤806)。自动滤波器设计模块计算最小相位FIR滤波器响应，该最小相位FIR滤波器响应在低频交越Fc以上将每个幅度响应转化为平均幅度响应(目标响应)，并在低频交越Fc以下将幅度响应钳位到0dB(步骤808)。模块对脉冲响应进行加窗，并将每个最小相位滤波器响应转换成具有等效幅度和等于基本延迟加上最大到达时间(TOA)延迟减去由扬声器再现的听觉传输音频信号的实际TOA延迟的延迟的线性相位FIR滤波器(步骤810)。在转换成线性相位之前，通过将所有最小相位滤波器零填充到相同长度“L”来确定基本延迟。这可以基于用于任何声道的转化标准或者通过所需长度的某种折衷而被选择为最大所需长度。由于线性相位滤波器都将是基于最小相位滤波器的对称脉冲响应，因此最终长度“N”也将是相同的并且具有相同的基本延迟(N-1)/2≈L。
步骤802的频率响应测量可以经由脉冲响应的对数扫掠测量(LSS)来收集，其将直接响应与谐波失真分开。可以对反射进行开窗以获得仅扬声器换能器和外壳的伪消声响应。可选地，可以从同一模型的多个物理位置和/或多个单元收集测量结果，以验证或平均成较少耦合到特定样本单元或收听位置的聚合响应。
步骤806的平均幅度响应可以根据来自每次测量的频率响应的幅度来构建。频域/临界频带平滑可以用于降低对具有高“Q”因子的特征或者不代表听者体验的特征的反应性。可选地，可以根据不同位置或硬件样本的测量结果的合成来创建平均幅度响应。
现在参考图9，不对称FIR滤波器组的手动调谐900的实施例包括手动调谐不对称IIR滤波器以均衡每个扬声器幅度响应的步骤(步骤902)，从而基本上执行不对称PEQ，其中声音设计者/调谐工程师尝试增加扬声器通过其评估确定的主要在截止频率Fc以上的相似性。自动滤波器设计模块通过找到所使用的所有频带的组合脉冲响应来计算每个音频声道的聚合脉冲响应(步骤904)，对这个聚合脉冲响应进行加窗以便为每个音频声道创建单个最小相位FIR滤波器(步骤906)并且将每个FIR滤波器转换成具有等于基本延迟加上最大TOA延迟减去由扬声器再现的听觉传输音频信号的TOA延迟的延迟的线性相位FIR滤波器(步骤908)。在手动调谐的情况下，这些延迟可以直接测量，或者可以由声音设计者/调谐工程师直接估计和调整，以实现扬声器的期望时间对准。
现在参考图10a-10c，相位保持的不对称IIR滤波器区段1000的手动调谐的实施例包括如下步骤：执行不对称PEQ以识别要被调谐(提升或削减)的频谱带(IIR滤波器区段)以及每个区段的幅度和相位响应；以及为每个频谱带设计经相位平衡的IIR区段以实现指定的提升或削减。经相位平衡的IIR滤波器的每个区段包括：具有幅度响应的一半Meq1 1004的第一EQ滤波器1002(Meq＝2*Meq1)以产生第一相位响应Peq1 1006；具有幅度响应的相同的一半Meq1 1010的第二EQ滤波器1008以产生第二相位响应Peq1 1012，其中零点绕单位圆往复运动，该第二相位响应在均衡其中一个听觉传输音频信号时抵消由于系统零点引起的第一相位响应的一部分，同时均衡其中一个音频信号；以及具有全通幅度响应Map 1016和第三相位响应Pap＝Peq1+Peq2 1018的平衡滤波器1014，第三相位响应等于第一和第二相位响应的组合，以抵消由于系统极点引起的第一相位响应的一部分，从而保持所有其它听觉传输音频信号的相对相位。相位平衡IIR滤波器的优点在于它提供了完美的相位保持，但是以每个音频声道三个滤波器为代价。
现在参考图11a-11b，用于手动调谐相位保持的不对称IIR滤波器区段1100的实施例包括如下步骤：执行不对称PEQ以识别要调谐(提升或削减)的频谱带(IIR滤波器区段)以及每个区段的幅度和相位响应；以及为每个频谱带设计补偿相位的IIR区段以实现指定的提升或削减。
每个区段仅包括：具有幅度响应Meq 1104和第一修正相位响应Peq 1106以均衡听觉传输音频信号之一的EQ滤波器1102，以及具有全通幅度响应Map 1110和相位响应
Figure GDA0002942263150000191
1102以相位平衡所有其它听觉传输音频信号的平衡滤波器1108。EQ滤波器和平衡滤波器的阶数相同。第一修正相位响应Peq 1106通过使系统零点往复运动到单位圆之外创建所设计的EQ的非最小相位等同物来实现。理想地，相位响应1102等于第一修正相位响应1106，但实际上仅需足够接近以使误差小于由声音设计者或调谐工程师确定为对听觉传输相位关系有害的阈值。补偿相位的IIR不考虑由零点引起的相位，因此不是完美平衡的。但是，对于包括PEQ、高架和低架的一类均衡滤波器以及这些类型的均衡任务所共有的电平和设置，所述方法实现了比不能通过类似阶数的全通滤波器轻松地平衡的未经处理(未平衡)或未经修改的PEQ区段明显更好的相位匹配。这种方案的优点是每个声道只有两个滤波器。
以下是设计用于PEQ滤波器的经补偿相位的IIR区段的方法。本领域技术人员可以看到该方法如何可以针对诸如搁架滤波器等之类的其它EQ形状重复。首先，PEQ滤波器(通常由中心频率Fc、采样率Fs、增益G和质量或带宽Q描述)使用标准方法设计。这种滤波器通常是二阶区段或“双二阶”，其表现出最小相位响应。这个相位响应在中心频率附近具有复杂的形状，并且难以用类似阶数的全通滤波器平衡。通过求解归一化分子系数的根、绕单位圆往复并将它们重新卷积成分子系数的新集合(其表现出相同的增益但是过度相位)来产生过度相位(excess-phase)等同物。这个修正的滤波器是EQ1(1102)。接下来，为补偿全通创建原型滤波器。有多种方法可以找到与EQ1具有相似相位的全通滤波器，但一种示例性方法是简单地使用与EQ1相同的PEQ设计方法，但增益为0dB。由于它具有与PEQ相同的所有其它参数和临界频率，因此产生具有与EQ1相同的极点位置的最小相位全通滤波器。使用相同的处理使零点在单位圆之外往复运动，从而产生最终的补偿全通滤波器(1108)。两个滤波器的相位响应足够相似，它们不会破坏听觉传输音频信号。但是，可以通过操纵极点和零点相对于单位圆的半径直到观察到期望的心理声学效果来手动拨动最终的相位响应。
当应用此类滤波器时，修正的PEQ被应用于正在均衡的原始声道，并且全通滤波器被应用于需要与均衡的声道进行相位对准的所有其它声道。
与本文所述的那些不同的许多其它变型将从本文档显而易见。例如，取决于实施例，本文所述的任何方法和算法的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序来执行，可以被添加、合并或完全去掉(诸如，不是所有描述的动作或事件对方法和算法的实践都是必须的)。而且，在某些实施例中，动作或事件可以同时执行，诸如通过多线程处理、中断处理或者多个处理器或处理器核心或者在其它并行体系架构上，而不是连续地。此外，不同的任务或过程可以由能够一起发挥作用的不同机器和计算系统来执行。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、方法和算法处理和序列可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性部件、块、模块和处理操作已经在上面就其功能性一般地进行了描述。这种功能被实现为硬件还是软件取决于强加到整个系统上的特定应用和设计限制。所描述的功能可以对每个特定的应用以不同的方式来实现，但是这种实现决策不应当被解释为造成从本文档的范围的偏离。
联系本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块和模块可以由机器实现或执行，诸如通用处理器、处理设备、具有一个或多个处理设备的计算设备、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件，或者被设计为执行本文描述的功能的其任意组合。通用处理器和处理设备可以是微处理器，但在替代性方案中，处理器可以是控制器、微控制器或状态机、其组合，等等。处理器也可以被实现为计算设备，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP核心结合，或者任何其它此类配置。
本文描述的GPEQ滤波器和调谐方法的实施例可在多种类型的通用或专用计算系统环境或配置中操作。一般而言，计算环境可以包括任何类型的计算机系统，包括但不限于基于一个或多个微处理器的计算机系统、大型计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、个人组织器、设备控制器、家电中的计算引擎、移动电话、台式计算机、移动计算机、平板计算机、智能电话以及具有嵌入式计算机的家电，等等。
这种计算设备通常可以在具有至少某个最小计算能力的设备中找到，包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持式计算设备、笔记本或移动计算机、诸如手机和PDA之类的通信设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、音频或视频媒体播放器，等等。在一些实施例中，计算设备将包括一个或多个处理器。每个处理器可以是专用微处理器，诸如数字信号处理器(DSP)、非常长指令字(VLIW)或其它微控制器，或者可以是具有一个或多个处理核心的常规中央处理单元(CPU)，包括多核CPU中的基于专用图形处理单元(GPU)的核心。
联系本文公开的实施例描述的方法、过程或算法的处理动作可以直接体现在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或者在这两者的任意组合中。软件模块可以包含在能够由计算设备访问的计算机可读介质中。计算机可读介质既包括易失性又包括非易失性介质，或者是可移动的、或者是不可移动的，或者是其某种组合。计算机可读介质用于存储信息，诸如计算机可读或计算机可执行指令、数据结构、程序模块或其它数据。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。
计算机存储介质包括但不限于计算机或机器可读介质或存储设备，诸如蓝光盘(BD)、数字多功能盘(DVD)、压缩盘(CD)、软盘，带驱动器、硬驱、光驱、固态存储器设备、RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、闪存或其它存储器技术、磁盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可以用于存储期望的信息并可被一个或多个计算设备访问的任何其它设备。
软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或任何其它形式的非临时性计算机可读存储介质(一个或多个)或本领域中已知的物理计算机储存器。示例性存储介质可以耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息，并将信息写入到其中。在替代性方案中，存储介质可以构成处理器。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以驻留在用户终端中。作为替代，处理器和存储介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
如在本文档中所使用的，短语“非临时性”是指“持久或长寿的”。短语“非临时性计算机可读介质”包括任何和所有计算机可读介质，仅仅除了临时性传播信号以外。作为示例而非限制，这包括非临时性计算机可读介质，诸如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。
短语“音频信号”是表示物理声音的信号。
诸如计算机可读或计算机可执行指令、数据结构、程序模块等等信息的保持也可以通过使用各种通信介质来完成，以编码一个或多个调制的数据信号、电磁波(诸如载波)或其它传输机制或通信协议，并且包括任何有线或无线信息输送机制。一般而言，这些通信介质指其一个或多个特征以在信号中编码信息或指令的这种方式被设置或改变的信号。例如，通信介质包括有线介质(诸如有线网络或携带一个或多个调制的数据信号的直接连线连接)以及无线介质(诸如声学、射频(RF)、红外线、激光以及用于发送、接收或收发一个或多个调制的数据信号或电磁波的其它无线介质)。以上所述的任意组合也应当包括在通信介质的范围内。
另外，体现本文描述的用于不对称听觉传输音频再现的GPEQ滤波器和调谐方法的各种实施例中的一个或所有实施例的软件、程序、计算机程序产品的一个或任何组合或者其部分可以以计算机可执行指令或其它数据结构的形式从计算机或机器可读介质或存储设备以及通信介质的任何期望的组合存储、接收、发送或读取。
本文描述的用于不对称听觉传输音频再现的GPEQ滤波器和调谐方法的实施例可以在由计算设备执行的计算机可执行指令(诸如程序模块)的一般上下文中进一步描述。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构，等等。本文描述的实施例还可以在其中任务由一个或多个远程处理设备执行的分布式计算环境中，或者在通过一个或多个通信网络链接的一个或多个设备的云内实践。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括介质存储设备的本地和远程计算机存储介质中。更进一步，上述指令可以部分或全部地被实现为硬件逻辑电路，其可以或可以不包括处理器。
除非另有说明或者如所使用的上下文中被理解的，否则本文所使用的条件性语言，诸如“能够”、“可能”、“可以”、“例如”等，一般意在传达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件语言一般不意在暗示特征、元件和/或状态总是一个或多个实施例所需的或者一个或多个实施例必需包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态包括在或者要在任何特定实施例中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的并且以开放的方式被包容性地使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作，等等。而且，术语“或者”是在其包含的意义上(而不是在其排他的意义上)使用的，使得在用于，例如，连接元件的列表时，术语“或”是指列表中的一个、一些或所有元素。
虽然以上详细描述已经示出、描述并指出了被应用到各种实施例的新颖特征，但是应当理解，在不背离本公开内容的精神的情况下，可以进行所示出的设备或算法的形式和细节的各种省略、替换和变化。如将认识到的，本文描述的本发明的某些实施例可以在不提供本文阐述的所述特征和优点的形式中体现，因为一些特征可以与其它特征分开使用或实践。
而且，虽然本主题已经在特定于结构特征和方法动作的语言中进行了描述，但是应当理解的是，在所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作是作为实现权利要求书的示例形式被公开的。

Claims (23)

1.一种增益相位均衡GPEQ滤波器，用于预先调节相应音频声道中携带的至少两个听觉传输音频信号以便通过具有相同数量的至少两个音频扬声器的音频设备在听者位置处进行听觉传输再现，其中音频扬声器表现出不对称的幅度响应，所述GPEQ滤波器包括：
不对称FIR滤波器组，被配置为将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为在听者位置处再现的音频扬声器的在低频交越Fc以上的目标响应；以及
包括对称IIR滤波器组部件的IIR滤波器组，对称IIR滤波器组部件被配置为在维持听觉传输音频信号的相对相位关系的同时在低频交越Fc以上高通滤波和均衡所述至少两个音频扬声器的被归一化的幅度响应，
其中，IIR滤波器组还包括不对称IIR滤波器组部件，不对称IIR滤波器组部件被配置为在保持所述至少两个听觉传输音频信号的相对相位的同时校正在低频交越Fc附近所述至少两个音频扬声器的幅度响应中的残余不对称性。
2.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，所述目标响应包括所述至少两个音频扬声器的平均幅度响应。
3.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，所述至少两个音频扬声器相对于所述听者位置不对称地定位以表现不对称的相位响应，所述不对称FIR滤波器组被配置为包括用于归一化所述至少两个音频扬声器在听者位置处的群延迟和相位响应的延迟。
4.如权利要求3所述的GPEQ滤波器，其中，所述听觉传输音频信号各自被表示为按采样周期采样的音频样本序列，其中，所述延迟是非整数个采样周期。
5.如权利要求3所述的GPEQ滤波器，其中，不对称FIR滤波器被配置为仅归一化所述至少两个音频扬声器的幅度响应和群延迟，并且所述对称IIR滤波器组部件被配置为仅高通滤波和均衡至少两个音频扬声器的幅度响应。
6.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，所述至少两个音频扬声器相对于所述听者位置不对称地定位，所述IIR滤波器组还包括具有全通幅度响应的仅延迟元件，以归一化所述至少两个音频扬声器在听者位置处的群延迟和相位响应。
7.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，不对称IIR滤波器组部件被配置为使得在低频交越Fc处所述至少两个音频扬声器的幅度响应相等。
8.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，不对称IIR滤波器组部件包括经相位平衡的IIR滤波器，经相位平衡的IIR滤波器的每个区段包括：
第一EQ滤波器和第二EQ滤波器，第一EQ滤波器具有所述幅度响应的一半以产生第一相位响应，第二EQ滤波器具有零点绕单位圆往复运动的所述幅度响应的相同的一半以产生第二相位响应，该第二相位响应在均衡所述听觉传输音频信号之一的同时抵消由于系统零点导致的第一相位响应的部分；以及
平衡滤波器，具有全通幅度响应和第三相位响应，第三相位响应等于第一和第二相位响应的组合以抵消由于系统极点导致的第一相位响应的部分，从而保持所有其它听觉传输音频信号的相对相位。
9.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，不对称IIR滤波器组部件包括经相位补偿的IIR滤波器，在经相位补偿的IIR滤波器中每个区段仅包括EQ滤波器和平衡滤波器，EQ滤波器具有所述幅度响应和第一修正相位响应以均衡听觉传输音频信号之一，平衡滤波器具有全通幅度响应和第二修正相位响应以相位平衡所有其它听觉传输音频信号，其中EQ滤波器和平衡滤波器的第一修正相位响应和第二修正相位响应分别是按照设计的和按照设计但使用0dB增益的EQ的过度相位等同物。
10.如权利要求9所述的GPEQ滤波器，其中，EQ滤波器和平衡滤波器具有相同的滤波器阶数。
11.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，
其中，所述不对称FIR滤波器组是N抽头FIR滤波器组，其中M<＝N个抽头利用针对所述音频设备的系数被不对称地配置；以及
所述IIR滤波器组是包括X个IIR滤波器区段的IIR滤波器组，其中Y个区段利用针对所述音频设备的系数被对称地配置，并且Z个区段利用针对所述音频设备的系数被不对称地配置，其中Y+Z<＝X。
12.如权利要求1所述的GPEQ滤波器，其中，所述不对称FIR滤波器组是线性相位FIR滤波器组。
13.一种增益相位均衡GPEQ滤波器，用于预先调节相应音频声道中携带的左和右听觉传输音频信号以便通过音频设备在听者位置处进行听觉传输再现，所述音频设备具有对听者位置表现出不对称的幅度响应和不对称的到达时间TOA的左和右音频扬声器，所述GPEQ滤波器包括：
不对称FIR滤波器组，被配置为仅将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为在音频扬声器的低频交越Fc以上包括左和右音频扬声器的平均幅度响应的目标响应，并且归一化左和右听觉传输音频信号在听者位置处的TOA；以及
IIR滤波器组，包括对称IIR滤波器组部件和不对称IIR滤波器组部件，对称IIR滤波器组部件被配置为仅在低频交越Fc以上高通滤波和均衡左和右音频扬声器的被归一化的幅度响应，不对称IIR滤波器组部件被配置为在保持左和右听觉传输音频信号的相对相位的同时仅校正低频交越Fc附近的左和右音频扬声器的幅度响应中的残余不对称性。
14.如权利要求13所述的GPEQ滤波器，其中，不对称IIR滤波器组部件包括经相位补偿的IIR滤波器，在经相位补偿的IIR滤波器中每个区段仅包括EQ滤波器和平衡滤波器，EQ滤波器具有所述幅度响应和第一修正相位响应以均衡听觉传输音频信号之一，平衡滤波器具有全通幅度响应和相位响应以相位平衡所有其它听觉传输音频信号。
15.一种用于在听者位置处进行听觉传输音频渲染的音频设备，包括：
处理器，被配置为在相应音频声道中生成多个双耳音频信号；
串扰消除滤波器，被配置为处理双耳音频信号并在相应音频声道中输出多个听觉传输音频信号；
多个音频扬声器，被配置为在听者位置处渲染所述多个听觉传输音频信号，所述多个音频扬声器表现出低频交越Fc和不对称的幅度响应；以及
增益相位均衡GPEQ滤波器，用于预先调节至少两个听觉传输音频信号，所述GPEQ滤波器包括：
不对称FIR滤波器组，被配置为在低频交越Fc以上将至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为包括在听者位置处再现的所述至少两个音频扬声器的平均幅度响应的目标响应；以及
包括对称IIR滤波器组部件的IIR滤波器组，对称IIR滤波器组部件被配置为在维持听觉传输音频信号的相对相位关系的同时在低频交越Fc以上高通滤波和均衡所述至少两个音频扬声器的被归一化的幅度响应，
其中，IIR滤波器组还包括不对称IIR滤波器组部件，该不对称IIR滤波器组部件被配置为在保持所述至少两个听觉传输音频信号的相对相位的同时校正低频交越Fc附近的所述至少两个音频扬声器的幅度响应中的残余不对称性。
16.如权利要求15所述的音频设备，其中，所述多个音频扬声器相对于听者位置不对称地定位，所述不对称FIR滤波器组被配置为包括用于归一化所述至少两个听觉传输音频信号在听者位置处的到达时间TOA的延迟。
17.一种调谐增益相位均衡GPEQ滤波器的方法，所述GPEQ用于预先调节相应音频声道中携带的至少两个听觉传输音频信号以便通过具有相同数量的至少两个音频扬声器的音频设备在听者位置处进行听觉传输再现，音频扬声器表现出不对称的幅度响应或不对称的到达时间TOA，所述方法包括：
确定音频扬声器的低频交越Fc；
调谐不对称FIR滤波器组，以在低频交越Fc以上将所述至少两个音频扬声器的幅度响应归一化为目标响应；
配置延迟，以归一化所述至少两个听觉传输音频信号在听者位置处的TOA；
手动执行参数均衡处理，以将对称IIR滤波器组部件配置为在低频交越Fc以上高通滤波和均衡所述至少两个音频扬声器的被归一化的幅度响应；
存储不对称FIR滤波器组和对称IIR滤波器组部件的系数；以及
手动调整幅度响应以配置不对称IIR滤波器组部件，以在保持所述至少两个听觉传输音频信号的相对相位的同时校正低频交越Fc附近的所述至少两个听觉传输音频信号的幅度响应中的残余不对称性。
18.如权利要求17所述的方法，其中，调谐不对称FIR滤波器组的步骤包括：
测量每个扬声器的响应；
确定音频扬声器对听者位置的幅度响应和相对延迟；
从测得的幅度响应计算平均幅度响应；
计算FIR滤波器，FIR滤波器在低频交越Fc以上将每个幅度响应转化为平均幅度响应并在低频交越Fc以下将幅度响应钳位到0dB；以及
将每个FIR滤波器的滤波器响应加窗和转换成线性相位FIR滤波器，该线性相位FIR滤波器具有等于基本延迟加上最大TOA延迟减去由扬声器再现的听觉传输音频信号的TOA延迟的延迟。
19.如权利要求17所述的方法，其中，调谐不对称FIR滤波器组的步骤包括：
手动调谐不对称IIR滤波器，以均衡每个扬声器幅度响应；
计算用于均衡每个扬声器幅度响应的所有滤波器的聚合脉冲响应；
对聚合脉冲响应进行加窗，以便为每个扬声器创建FIR滤波器；以及
将每个扬声器的FIR滤波器转换成线性相位滤波器，该线性相位滤波器具有等于基本延迟加上最大TOA延迟减去由扬声器再现的听觉传输音频信号的TOA延迟的延迟。
20.如权利要求17所述的方法，其中，不对称IIR滤波器组部件包括：经相位补偿的IIR滤波器，在经相位补偿的IIR滤波器中每个区段仅包括EQ滤波器和平衡滤波器，EQ滤波器具有所述幅度响应和第一修正相位响应以均衡听觉传输音频信号之一，EQ滤波器具有全通幅度响应和相位响应以相位平衡所有其它听觉传输音频信号，其中所述EQ滤波器和所述平衡滤波器具有相同的阶数。
21.如权利要求20所述的方法，其中，通过使系统零点往复运动到单位圆之外来创建EQ滤波器的非最小相位等同物，实现EQ滤波器的修正相位响应。
22.如权利要求20所述的方法，其中，通过设计具有0dB增益但中心频率与所述EQ滤波器相同的PEQ滤波器使得其极点与第一EQ滤波器的极点对准并且使系统零点往复运动到单位圆之外使得EQ滤波器和平衡滤波器具有可忽略差异的相对相位响应，创建平衡滤波器。
23.如权利要求17所述的方法，还包括
提供N抽头FIR滤波器组作为所述不对称FIR滤波器组，其中M<＝N个抽头利用针对所述音频设备的系数被不对称地配置；以及
提供包括X个IIR滤波器区段的IIR滤波器组作为所述IIR滤波器组，其中Y个区段利用针对所述音频设备的系数被对称地配置，并且Z个区段利用针对所述音频设备的系数被不对称地配置，其中Y+Z<＝X。
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