CN113170255B - 对于双耳扩音器指向性的补偿 - Google Patents

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Abstract

扩音器的指向性描述由扬声器生成的声音如何随着角度和频率变化。低频声音趋于相对全向，而高频声音趋于更有方向性。因为收听者的两个耳朵在不同的空间位置上，所以扬声器的与方向相关的性能可以在两个耳朵之间生成不想要的音量差异或频谱内容差异。例如，与另一个耳朵相比，高频声音在一个耳朵中可以表现为被消音。多扬声器声音系统可以采用双耳指向性补偿，所述双耳指向性补偿可以补偿每个扬声器的性能的方向性变化，并且可以减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量或频谱内容的差异。双耳指向性补偿可以可选地与空间音频处理(诸如串音消除)包括在一起，或者可以可选地与扩音器均衡化包括在一起。

Description

对于双耳扩音器指向性的补偿
相关申请和优先权要求
本申请涉及2018年10月18日提交的、标题为“Compensating for BinauralLoudspeaker Directivity”的美国专利申请No.16/164,367，并且要求该申请的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及音频系统和方法。
背景技术
扩音器的从数学上描述其方向相关的性能的物理性质被称为指向性(directivity)。
扬声器的指向性描述声压级(例如，音量级)如何相对于远离扬声器的传播角度变化。传播角度可以沿着扬声器的中心轴(例如，与扬声器的箱体正交的方向)被定义为零。传播角度可以在三个维度上远离中心轴增大，使得指向性可以典型地在水平方向上和在垂直方向上表达。通常，特定方向上的指向性可以用分贝(dB)表达，分贝(dB)由沿着该特定方向的音量除以沿着扬声器的中心轴的音量的比率形成。
扬声器的指向性随着频率强烈地变化。低频声音趋于以随着角度的相对较小的变化从扬声器传播。高频声音趋向于指向性更强。
附图说明
图1示出根据一些实施例的用于生成经双耳指向性补偿的声音的系统的例子的顶视图。
图2示出根据一些实施例的配置，在该配置中，处理器可以在空间音频处理内执行双耳指向性补偿。
图3示出根据一些实施例的配置，在该配置中，处理器可以进一步在空间音频处理的下游执行扩音器均衡化，并且在扩音器均衡化内执行双耳指向性补偿。
图4示出根据一些实施例的配置，在该配置中，处理器可以进一步在空间音频处理的下游进一步执行扩音器均衡化，并且在扩音器均衡化的下游执行双耳指向性补偿。
图5示出根据一些实施例的用于生成经双耳指向性补偿的声音的方法的例子的流程图。
对应的附图标记在几个视图中指示对应的部分。附图中的元件不一定按比例绘制。附图中所示的配置仅仅是例子，不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
多扬声器声音系统可以采用双耳指向性补偿来补偿多扬声器系统中的每个扬声器的性能的方向性变化。该系统可以在用于产生被发送给扬声器的信号的处理内嵌入双耳指向性补偿。
为了理解双耳指向性补偿，有益的是先理解扬声器指向性的性质。
指向性是扬声器的固有性质。扬声器的指向性从数学上对于一个范围的收听点，将声压级的下降描述为远离扬声器的中心轴的水平角(方位角)和垂直角(仰角)的函数、频率的函数。扬声器的指向性是通常用分贝(dB)表达并且通常被规范化到0dB的标量值，该值随着频率、水平角和垂直角而变化。
因为存在与指向性的每个值相关联的三个独立的变量，所以有几种方式来显示指向性数据。在一个例子中，指向性被描绘为一系列曲线，每个曲线对应于单个角度(要么是水平的，要么是垂直的)，其中(通常规范化的)声压级在垂直轴上，频率在水平轴上。在另一个例子中，指向性被描绘为等响度曲线的一系列轮廓，其中角度在垂直轴上，频率在水平轴上。在又一个例子中，指向性被描绘为极图上的一系列曲线，每个曲线对应于频率，圆形坐标对应于角度(水平角或垂直角)，声压级的值随着远离绘图的中心的半径增大而增大。
扬声器设计者通常可以将单个的扬声器设计为满足涉及指向性的特定目标准则。例如，用于家庭环境的扩音器可以被设计为在相对较大的角度范围上具有相对平坦的指向性，使得当收听者在扬声器的声场(soundstage)内移动时听不到显著的音量变化。作为另一个例子，对于被设计为在相对较长的距离上投射声音的扬声器，扬声器可以被设计为具有故意狭窄的指向性，以更高效地将声能集中到相对较小的收听区域中。
测量特定品牌和型号的扬声器的指向性是简单的、但令人厌烦的。测量指向性涉及在扬声器的声场中、按特定的角度间隔进行单独的声压级测量。一旦测量出了指向性，就可以经由查找表或其他合适的机制存储并根据需要取回结果。
虽然扬声器指向性的性质是众所周知的，并且通常在扩音器的设计阶段解决，但是由扬声器指向性引起的问题并不是众所周知的。具体地说，扬声器指向性可以在收听者的左耳和右耳之间引起音量失衡或频谱内容失衡不是众所周知的。
对于双耳环境中的收听者(例如，两耳沉浸于公共的声场中)，扬声器指向性可以在收听者的耳朵之间生成失衡。例如，因为收听者的左耳和右耳位于不同的收听点处，所以收听者的左耳可以体验到扬声器指向性的一个值，而收听者的右耳可以体验到扬声器指向性的不同的值。对于收听者，这可以在一个耳朵中听起来像高频的消声，但在另一个耳朵中却不是。当收听者相对靠近扬声器、相对于扬声器的中心轴位于相对较高的方位角或仰角处、和/或正在收听指向性高的扬声器时，像这样的伪像可能是非常明显的。
对于特定扬声器的声场中的特定的左耳位置和右耳位置，非限制性数值例子如下。
对于相对较低的(例如，低音)频率，诸如250Hz，扬声器指向性可以随着传播角度相对较小地变化。结果，对于相对较低的频率，诸如250Hz，左耳处的声压级与右耳处的声压级可以是大致相同的。
对于中间范围的频率，诸如1000Hz，扬声器指向性可以表现出比低音频率大的变化。结果，在两个耳朵位置之间，可能存在一些声压级的变化。例如，对于中间范围的频率，诸如1000Hz，左耳处来自扬声器的音量可以比右耳处的音量响3dB、或另一合适的值。
对于相对较高的(例如，高音)频率，诸如4000Hz，扬声器指向性可以随着传播角度显著地变化。结果，在两个耳朵位置之间，可以存在一些显著的声压级变化。例如，对于相对较高的频率，诸如4000Hz，左耳处来自扬声器的音量可以比右耳处的音量响9dB、或另一合适的值。
对于收听者，收听者的两个耳朵之间的扬声器指向性变化可以生成伪像，诸如与收听者的左耳相比，高频在收听者的右耳处表现为被消音。以上讨论的频率值和音量级仅仅是非限制性数值例子。其他频率值和音量级也可以被使用。
因为以前的努力未能实现引起收听者的耳朵之间的失衡的扬声器指向性问题，所以以前的努力也未能实现可以补偿这样的失衡的解决方案。这样的解决方案可以通过双耳指向性补偿来实现，下面更详细地说明双耳指向性补偿。
双耳指向性补偿可以在使用多个扬声器的声音系统中操作，在该声音系统中，收听者在双耳环境中收听(例如，没有耳机，两个耳朵沉浸在共同的声场中)。双耳指向性补偿可以被用于其中现有的扬声器(例如，不一定是针对特定应用从头开始设计的扬声器)被安装在相对于彼此固定的(例如，时不变的)方位上的系统。例如，双耳指向性补偿可以被用于膝上型计算机中的扬声器，这些扬声器通常被定位在计算机壳体的左边缘和右边缘附近，并且一般是不可重新定位的。双耳指向性补偿也可以被用于其他合适的多扬声器系统。下面讨论的双耳指向性补偿对于其中具有左耳和右耳的单个收听者双耳收听多扬声器系统的系统是最有效的。
图1示出根据一些实施例的用于生成经双耳指向性补偿的声音的系统100的例子的顶视图。系统100的非限制性例子可以包括立体声蓝牙扬声器、网络扬声器、膝上型设备、移动设备和其他系统。图1的配置仅仅是这样的系统100的一个例子；其他配置也可以被使用。
多个扬声器102(在图1中被示为包括四个扬声器102A-D，但是可选地包括两个或更多个扬声器)可以朝向一区域或空间引导声音。每个扬声器102可以具有把由扬声器102输出的相对音量级描述为方位角(例如，相对于可以垂直于扬声器正面或箱体的中心轴的水平角度)、仰角(例如，相对于中心轴的垂直角度)和频率的函数的特有的指向性。扬声器102的指向性可以在多个扬声器102的收听者106的左耳和右耳104A-B之间操作地生成音量失衡或频谱内容失衡。在一些例子中，所述多个扬声器102可以仅包括左扬声器102A和右扬声器102B，这些扬声器通常可以被定位在收听者106的左边和右边，诸如在膝上型计算机中那样。
处理器108可以耦合到所述多个扬声器102。在一些例子中，处理器108可以将数字数据供应给所述多个扬声器102。在其他例子中，处理器108可以将模拟信号(诸如时变电压或电流)供应给所述多个扬声器102。
处理器108可以接收输入多声道音频信号110。输入多声道音频信号110可以为如下形式：包括与多个音频声道相对应的数字数据的数据流、各自包括与单个音频声道相对应的数字数据的多个数据流、与多个音频声道相对应的多个模拟时变电压或电流、或可以用于驱动所述多个扬声器102的数字信号和/或模拟信号的任何组合。在一些例子中，对于所述多个扬声器102仅包括左扬声器102A和右扬声器102B，输入多声道音频信号110可以包括与左输入音频信号和右输入音频信号相对应的数据。
处理器108可以对输入多声道音频信号110执行处理以形成输出多声道音频信号112。输出多声道音频信号112也可以为可用于驱动所述多个扬声器102的数字信号和/或模拟信号的任何组合的形式。在一些例子中，对于所述多个扬声器102仅包括左扬声器102A和右扬声器102B，输出多声道音频信号112可以包括与左输出音频信号和右输出音频信号相对应的数据。所述处理(下面关于图2-4详细地说明)可以包括补偿所述多个扬声器102中的每个扬声器102的性能的方向性变化的双耳指向性补偿。
处理器108可以将输出多声道音频信号引导到所述多个扬声器102。所述多个扬声器102可以生成与输出多声道音频信号112相对应的声音。在一些例子中，双耳指向性补偿可以操作地减小或消除收听者106的左耳和右耳104A-B之间的音量失衡或频谱内容失衡。
双耳指向性补偿(下面讨论)可以取决于收听者106的左耳和右耳104A-B的位置。在一些例子中，系统100可以可选地包括头部跟踪器114，头部跟踪器114可以主动地跟踪左耳位置和右耳位置，并且将测得的左耳位置和右耳位置116提供给处理器108。例如，在收听者106在声场中四处移动并且依赖于现实的音频信息玩游戏的视频游戏环境中，头部跟踪器114可以帮助确保处理器108具有关于左耳位置和右耳位置的可靠值。在其他例子中，处理器108可以使用估计的且时变的左耳位置和右耳位置。例如，膝上型计算机中的处理器108可以假定收听者的头部位于膝上型计算机的左扬声器和右扬声器102A-B之间的中间，与膝上型计算机屏幕大致正交，并且收听者的左耳和右耳104A-B相隔人头的平均宽度。这些仅仅是例子，其他例子也可以适用。
在一些例子中，所述处理可以进一步包括空间音频处理，该处理可以也取决于收听者106的左耳和右耳104A-B的位置。空间音频处理可以使所述多个扬声器102将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者106的左耳104A相对应的左耳位置，并且使所述多个扬声器102将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者106的右耳104B相对应的右耳位置。在一些例子中，空间音频处理可以包括将特定于位置的性质赋予特定的声音，诸如从墙壁或其他物体的反射、或特定声音在收听者106的声场中的特定位置处的放置。视频游戏可以使用空间音频处理来增强玩家的现实感，使得音频中的特定于位置的效果可以给对应视频中示出的动作增加现实感。对于所述多个扬声器102仅包括左扬声器102A和右扬声器102B的特殊情况，空间音频处理可以包括串音消除，这是更一般的多扬声器空间音频处理的特殊情况。
图2-4示出根据一些实施例的图1的处理器108可以如何执行双耳指向性补偿的三个例子。这些仅仅是例子；处理器108可以替代地使用其他合适的处理来执行双耳指向性补偿。
图2示出根据一些实施例的配置，在该配置中，处理器108可以在空间音频处理202内执行双耳指向性补偿204。
在一些例子(诸如所述多个扬声器102仅包括左扬声器102A和右扬声器102B的那些例子)中，处理器108可以执行空间音频处理202以包括消除左扬声器102A和收听者106的右耳104B之间的以及右扬声器102B和收听者106的左耳104A之间的串音。
在一些例子中，处理器108可以通过执行以下操作来消除串音，这些操作可以可选地按任何合适的次序执行。首先，处理器108可以提供与左扬声器102A在左耳位置处的指向性相对应的第一指向性值。第二，处理器108可以提供与左扬声器102A在右耳位置处的指向性相对应的第二指向性值。第三，处理器108可以提供与右扬声器102B在左耳位置处的指向性相对应的第三指向性。第四，处理器108可以提供与右扬声器102B在右耳位置处的指向性相对应的第四指向性值。第五，处理器108可以提供表征收听者106的左耳104A在左耳位置处如何接收来自左扬声器102A的声音的第一头部相关传递函数。(诸如，头部相关传递函数包括关于远离扬声器传播的效果(包括指向性效果)以及关于在收听者的耳朵处接收的效果(包括耳朵的解剖效果)。)第六，处理器108可以提供表征收听者106的右耳104B在右耳位置处如何接收来自左扬声器102A的声音的第二头部相关传递函数。第七，处理器108可以提供表征收听者106的左耳104A在左耳位置处如何接收来自右扬声器102B的声音的第三头部相关传递函数。第八，处理器108可以提供表征收听者106的右耳104B在右耳位置处如何接收来自右扬声器102B的声音的第四头部相关传递函数。第九，处理器108可以将修改的第二头部相关传递函数形成为第二头部相关传递函数乘以第三指向性值、除以第四指向性值。第十，处理器108可以将修改的第三头部相关传递函数形成为第二头部相关传递函数乘以第一指向性值、除以第二指向性值。第十一，处理器108可以将补偿矩阵形成为包括第一头部相关传递函数、修改的第二头部相关传递函数、修改的第三头部相关传递函数和第四头部相关传递函数的矩阵的逆。第十二，处理器108可以形成包括左输入音频信号和右输入音频信号的变换的输入矩阵。第十三，处理器108可以形成被计算为补偿矩阵和输入矩阵的乘积的输出矩阵，该输出矩阵包括左输出音频信号和右输出音频信号的变换。一旦计算了输出音频信号，处理器108就可以将输出音频信号引导到扬声器102，扬声器102生成与输出音频信号相对应的声音。扬声器102生成的声音可以包括对于双耳指向性的补偿。这样的补偿帮助减小伪像，诸如由扬声器指向性的性质引起的收听者的耳朵之间的音量失衡或频谱失衡。
附录示出了处理器108用来消除串音和补偿双耳指向性的矩阵代数的例子。
在一些例子中，处理器108可以进一步在空间音频处理202和双耳指向性补偿204的下游执行扩音器均衡化206。
图3和图4示出根据一些实施例的两个配置，在这两个配置中，处理器108可以在空间音频处理的下游执行双耳指向性补偿。在图3中，处理器108可以进一步在空间音频处理302的下游执行扩音器均衡化304，并且在扩音器均衡化304内执行双耳指向性补偿306。在图4中，处理器108可以进一步在空间音频处理402的下游执行扩音器均衡化404，并且在扩音均衡化的下游执行双耳指向性补偿406。图3和图4的配置仅仅是例子；其他配置也可以被使用。
在一些例子中，对于处理器108可以在空间音频处理302、402的下游执行双耳指向性补偿306、406，并且对于所述多个扬声器102仅包括左扬声器102A和右扬声器102B，处理器108可以执行空间音频处理302、402以包括消除左扬声器102A和收听者106的右耳104B之间的以及右扬声器102B和收听者106的左耳104A之间的串音。
在这些例子中的一些例子中，对于处理器108可以在空间音频处理302、402的下游执行双耳指向性补偿306、406，并且对于所述多个扬声器102仅包括左扬声器102A和右扬声器102B，处理器108可以通过执行以下操作来消除串音，这些操作可以可选地按任何合适的次序执行。首先，处理器108可以提供表征收听者106的左耳104A在左耳位置处如何接收来自左扬声器102A的声音的第一头部相关传递函数。第二，处理器108可以提供表征收听者106的右耳104B在右耳位置处如何接收来自左扬声器102A的声音的第二头部相关传递函数。第三，处理器108可以提供表征收听者106的左耳104A在左耳位置处如何接收来自右扬声器102B的声音的第三头部相关传递函数。第四，处理器108可以提供表征收听者106的右耳104B在右耳位置处如何接收来自右扬声器102B的声音的第四头部相关传递函数。第五，处理器108可以将补偿矩阵形成为包括第一头部相关传递函数、第二头部相关传递函数、第三头部相关传递函数和第四头部相关传递函数的矩阵的逆。第六，处理器108可以形成包括左输入音频信号和右输入音频信号的变换的输入矩阵。第七，处理器108可以形成被计算为补偿矩阵和输入矩阵的乘积的输出矩阵，该输出矩阵包括左输出音频信号和右输出音频信号的变换。一旦计算了输出音频信号，处理器108就可以将输出音频信号引导到扬声器102，扬声器102生成与输出音频信号相对应的声音。扬声器102生成的声音可以包括对于双耳指向性的补偿。这样的补偿帮助减小伪像，诸如由扬声器指向性的性质引起的收听者的耳朵之间的音量失衡或频谱失衡。
图5示出根据一些实施例的用于生成经双耳指向性补偿的声音的方法500的例子的流程图。方法500可以由图1的系统100执行，或者由任何其他合适的多扬声器系统执行。方法500仅仅是用于生成经双耳指向性补偿的声音的一种方法；其他合适的方法也可以被使用。
在操作502，所述系统的处理器可以接收输入多声道音频信号。
在操作504，所述系统的处理器可以对输入多声道音频信号执行处理以形成输出多声道音频信号。所述处理可以包括补偿多个扬声器中的每个扬声器的性能的方向性变化的双耳指向性补偿。
在操作506，所述系统的处理器可以将输出多声道音频信号引导到所述多个扬声器。
在操作508，所述系统可以利用所述多个扬声器生成与输出多声道音频信号相对应的声音。
在一些例子中，所述多个扬声器中的每个扬声器可以具有把扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的指向性。在一些例子中，扬声器的指向性可以在所述多个扬声器的收听者的左耳和右耳之间操作地生成音量失衡或频谱内容失衡。在一些例子中，双耳指向性补偿可以操作地减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡。
在一些例子中，在操作504，所述处理可以进一步包括空间音频处理，该处理可以使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置。
根据本文档，除了本文中描述的那些变化之外的其他变化将是显而易见的。例如，根据实施例，本文中描述的任何方法和算法的某些动作、事件或功能都可以按不同的顺序执行，可以被添加、被合并或一起被省去(使得并不是所描述的所有动作或事件都是实施所述方法和算法必需的)。而且，在某些实施例中，动作或事件可以被同时执行，诸如通过多线程处理、中断处理、或多个处理器或处理器核，或者在其他并行架构上，而不是顺序地执行。另外，不同的任务或处理可以由可以一起运行的不同的机器和计算系统执行。
与本文中公开的实施例有关地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、计算机软件或这二者的组合。为了清楚地例示说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性组件、方框、模块和处理动作已经在上面就它们的功能性进行了概括性的描述。这样的功能性是被实现为硬件、还是软件取决于特定应用和施加于整个系统上的设计约束。所描述的功能性可以针对每个特定的应用以变化的方式实现，但是这样的实现决策不应被解释为引起偏离本文档的范围。
与本文中公开的实施例有关地描述的各种说明性逻辑块和模块可以由机器实现或执行，所述机器诸如是通用处理器、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)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件，或它们的被设计为执行本文中描述的功能的任何组合。通用处理器和处理设备可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是控制器、微控制器、或状态机，或它们的组合等。处理器还可以被实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或任何其他的这种配置的组合。
本文中描述的系统和方法的实施例在许多类型的通用或专用计算系统环境或配置内操作。一般来说，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、电器内的计算引擎、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电器，等等。
这样的计算设备通常可见于具有至少一些最少的计算能力的设备，包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、手持计算设备、膝上型或移动计算机、通信设备(诸如蜂窝电话和PDA)、多处理器系统、基于多处理器的系统、机顶盒、可编程消费者电子产品、网络PC、迷你计算机、大型计算机、音频或视频媒体播放器等。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门的微处理器，诸如数字信号处理器(DSP)、超长指令字(VLIW)、或其他微控制器，或者可以是具有一个或多个处理核的常规的中央处理单元(CPU)，包括多核CPU中的基于专门的图形处理单元(GPU)的核。
与本文中公开的实施例有关地描述的方法、处理或算法的处理动作可以直接用硬件、由处理器执行的软件模块、或这二者的任何组合来实施。所述软件模块可以被包含在计算设备可访问的计算机可读介质中。所述计算机可读介质包括可移除或不可移除的易失性介质和非易失性介质这二者，或者它们的某个组合。所述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的指令、数据结构、程序模块或其他数据。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)、紧凑盘(CD)、软盘、磁带驱动器、硬盘驱动器、光学驱动器、固态存储设备、RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、闪存或其他存储器技术，磁盒、磁带、磁盘储存器、或其他磁性存储设备，或可以用于存储期望的信息并且可以被一个或多个计算设备访问的任何其他的设备。
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、可移除盘、CDROM、或任何其他形式的非暂时性计算机可读存储介质、或本领域中已知的物理计算机储存器中。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和将信息写到存储介质。作为替代，存储介质可以与处理器构成整体。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。可替代地，处理器和存储介质可以作为分立的组件驻留在用户终端中。
如本文档中使用的短语“非暂时性”意指“持久的或长寿命的”。短语“非暂时性计算机可读介质”包括任何和所有的计算机可读介质，唯一例外是暂时性的传播信号。作为示例而非限制，这包括非暂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的指令、数据结构、程序模块等的信息的保持也可以通过使用对一个或多个调制数据信号、电磁波(诸如载波)进行编码的各种通信介质、或其他传输机制或通信协议来实现，并且包括任何有线或无线信息递送机制。一般来说，这些通信介质是指这样的信号：该信号使其一个或多个特性以将信息或指令编码在该信号中的方式被设置或改变。例如，通信介质包括有线介质(诸如承载一个或多个调制数据信号的有线网络或直接连线连接)和无线介质(诸如声学、射频(RF)、红外、激光，以及用于发送、接收、或既发送又接收一个或多个调制数据信号或电磁波的其他的无线介质)。以上中的任何一个的组合也应包括在通信介质的范围内。
此外，体现本文中描述的编码和解码系统和方法的各种实施例中的一些或全部实施例的软件、程序、计算机程序产品中的一个或任何组合或其部分可以被存储、接收、发送、或从计算机或机器可读介质或存储设备和通信介质以计算机可执行指令或其他数据结构的形式读取。
本文中描述的系统和方法的实施例可以在正由计算设备执行的计算机可执行指令(诸如程序模块)的一般上下文下做进一步描述。一般说，程序模块包括执行特定任务或者实现特定的抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件、数据结构等。本文中描述的实施例也可以在分布式计算环境(其中任务由一个或多个远程处理设备执行)中实施，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施。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程计算机存储介质(包括介质存储设备)这二者中。
本文中使用的条件语言，诸如“能够”、“可以”、“可能”、“例如”等，除非另有具体陈述，或者在所用的上下文内另有理解，否则一般意图传达某些实施例包括、而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言一般不意图暗示特征、元件和/或状态是一个或多个实施例无论如何都需要的，或者一个或多个实施例一定包括用于在有或没有创作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是被包括在任何特定的实施例中、还是将在任何特定的实施例中被执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的，并且被包容性地、以开放式的方式使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作等。此外，术语“或”是以其包容性的意义(而非其排他性的意义)使用的，使得当被用于例如连接元件列表时，术语“或”意指该列表中的元件中的一个、一些或全部。
虽然以上详述的描述已经示出、描述和指出了应用于各种实施例的新颖特征，但是将理解在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出例示说明的设备或算法的形式和细节上的各种省略、替换和改变。如将认识到的，本文中描述的发明的某些实施例可以在不提供本文中阐述的所有特征和益处的形式内实施，因为一些特征可以与其他特征单独地使用或实施。
而且，尽管主题是用特定于结构特征和方法动作的语言描述的，但是要理解所附权利要求中限定的主题不一定限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。
附录
存在可以用于双耳地均衡化扩音器指向性的三个一般性过程。首先，可以测量扩音器的指向性。第二，可以创建对于每个耳朵的指向性的传递函数。第三，可以如下形成补偿矩阵T：
量T是同侧传递函数，该传递函数表征收听者的左耳在左耳位置处如何接收来自左扬声器的声音，并且因为对称性，还表征收听者的右耳在右耳位置处接收来自右扬声器的声音。
量TC是对侧传递函数，该传递函数表征收听者的左耳在左耳位置处如何接收来自右扬声器的声音，并且因为对称性，还表征收听者的右耳在右耳位置处如何接收来自左扬声器的声音。
量D被设置为等于量(Ti 2-Tc 2)。
在立体声回放系统使用两个扬声器、但是这两个扬声器相对于收听者呈不对称布置的情况下，可以通过修改头部相关传递函数来考虑不对称性。头部相关传递函数包括一个范围的可听频率上的耳间时间差和耳间强度差。为了考虑扬声器的不对称布置，可以将(不对称的)头部相关传递函数划分为纯头部相关传递函数和由扬声器指向性引起的耳间强度差。
如果所述系统已经包含预先测得的/合成的头部相关传递函数，则可以如下通过将来自指向性的幅值比乘以对侧头部相关传递函数相乘来嵌入双耳指向性差：
量
量
量
量是左扬声器到左耳的指向性的测量值或计算值。
量是左扬声器到右耳的指向性的测量值或计算值。
量是右扬声器到右耳的指向性的测量值或计算值。
量是右扬声器到左耳的指向性的测量值或计算值。
以这种方式合并指向性值存在优点。例如，整个系统设计可以比每次通过对新的设备测量头部相关传递函数来重新设计空间处理简单得多。如果头部相关传递函数是基于多个对象或某个个体的测量数据，则对于现有元件的新配置重新进行头部相关传递函数测量可能是令人厌烦的。另外，可以通过更新对侧头部相关传递函数值、通过包括双耳指向性差来容易地修改合成的头部相关传递函数。另外，整个计算成本可以通过将双耳指向性补偿合并到空间处理或设备均衡化中来降低。
例子
为了进一步例示说明本文中公开的设备和相关方法，下面提供例子的非限制性列表。以下非限制性例子中的每个可以是独立的，或者可以与其他例子中的任何一个或多个按任何置换或组合结合。
在例子1中，一种用于生成经双耳指向性补偿的声音的系统可以包括：多个扬声器；耦合到所述多个扬声器的处理器，所述处理器被配置为：接收输入多声道音频信号；对输入多声道音频信号执行处理以形成输出多声道音频信号，所述处理包括用于补偿所述多个扬声器中的每个扬声器的性能的方向变化的双耳指向性补偿；以及将输出多声道音频信号引导到所述多个扬声器；其中，所述多个扬声器被配置为生成与输出多声道音频信号相对应的声音。
在例子2中，例子1的系统可以可选地被进一步配置为使得所述多个扬声器中的每个扬声器具有把由扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的指向性；扬声器的指向性操作地生成所述多个扬声器的收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡；并且所述双耳指向性补偿被配置为操作地减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡。
在例子3中，例子1-2中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得所述处理进一步包括空间音频处理，所述空间音频处理：使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置。
在例子4中，例子1-3中的任何一个的系统可以可选地进一步包括头部跟踪器，所述头部跟踪器被配置为主动地跟踪左耳位置和右耳位置。
在例子5中，例子1-4中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为使用估计的且时变的左耳位置和右耳位置。
在例子6中，例子1-5中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得所述多个扬声器仅包括左扬声器和右扬声器；输入多声道音频信号包括与左输入音频信号和右输入音频信号相对应的数据；输出多声道音频信号包括与左输出音频信号和右输出音频信号相对应的数据。
在例子7中，系统1-6中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为在空间音频处理内执行双耳指向性补偿。
在例子8中，例子1-7中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为执行空间音频处理以包括消除左扬声器和收听者的右耳之间的以及右扬声器和收听者的左耳之间的串音。
在例子9中，例子1-8中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为通过以下方式来消除串音：提供与左扬声器在左耳位置处的指向性相对应的第一指向性值；提供与左扬声器在右耳位置处的指向性相对应的第二指向性值；提供与右扬声器在左耳位置处的指向性相对应的第三指向性值；提供与右扬声器在右耳位置处的指向性相对应的第四指向性值；提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何从左扬声器接收声音的第一头部相关传递函数；提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何从左扬声器接收声音的第二头部相关传递函数；提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何从右扬声器接收声音的第三头部相关传递函数；提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何从右扬声器接收声音的第四头部相关传递函数；将修改的第二头部相关传递函数形成为第二头部相关传递函数乘以第三指向性值、除以第四指向性值；将修改的第三头部相关传递函数形成为第二头部相关传递函数乘以第一指向性值、除以第二指向性值；将补偿矩阵形成为包括第一头部相关传递函数、修改的第二头部相关传递函数、修改的第三头部相关传递函数和第四头部相关传递函数的矩阵的逆；形成包括左输入音频信号和右输入音频信号的变换的输入矩阵；并且形成被计算为补偿矩阵和输入矩阵的乘积的输出矩阵，该输出矩阵包括左输出音频信号和右输出音频信号的变换。
在例子10中，例子1-9中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为进一步在空间音频处理和双耳指向性补偿的下游执行扩音器均衡化。
在例子11中，例子1-10中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为进一步在空间音频处理的下游执行双耳指向性补偿。
在例子12中，例子1-11中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为执行空间音频处理以包括消除左扬声器和收听者的右耳之间的以及右扬声器和收听者的左耳之间的串音。
在例子13中，例子1-12中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为通过以下方式来消除串音：提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何从左扬声器接收声音的第一头部相关传递函数；提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何从左扬声器接收声音的第二头部相关传递函数；提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何从右扬声器接收声音的第三头部相关传递函数；提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何从右扬声器接收声音的第四头部相关传递函数；将补偿矩阵形成为包括第一头部相关传递函数、第二头部相关传递函数、第三头部相关传递函数和第四头部相关传递函数的矩阵的逆；形成包括左输入音频信号和右输入音频信号的变换的输入矩阵；形成被计算为补偿矩阵和输入矩阵的乘积的输出矩阵，该输出矩阵包括左输出音频信号和右输出音频信号的变换。
在例子14中，例子1-13中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理器被配置为进一步在空间音频处理的下游执行扩音器均衡化，并且在扩音器均衡化内执行双耳指向性补偿。
在例子15中，一种用于生成双耳指向性补偿声音的方法可以包括：在处理器处接收输入多声道音频信号；利用所述处理器对输入多声道音频信号执行处理以形成输出多声道音频信号，所述处理包括用于补偿多个扬声器中的每个扬声器的性能的方向变化的双耳指向性补偿；将输出多声道音频信号引导到所述多个扬声器；并且利用所述多个扬声器生成与输出多声道音频信号相对应的声音。
在例子16中，例子15的方法可以可选地被进一步配置为使得所述多个扬声器中的每个扬声器具有把由扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的指向性；所述扬声器的指向性操作地生成所述多个扬声器的收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡；并且所述双耳指向性补偿被配置为操作地减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡。
在例子17中，例子15-16中的任何一个的方法可以可选地被进一步配置为使得处理进一步包括空间音频处理，所述空间音频处理：使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置。
在例子18中，一种用于生成双耳指向性补偿声音的系统可以包括：左扬声器，具有把由左扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的左指向性；右扬声器，具有把由右扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的右指向性，其中，所述左指向性和所述右指向性操作地生成左扬声器和右扬声器的收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡；耦合到左扬声器和右扬声器的处理器，该处理器被配置为：接收输入多声道音频信号；对输入多声道音频信号执行处理以形成输出多声道音频信号，所述处理包括空间音频处理，所述空间音频处理操作地使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且操作地使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置，所述处理进一步包括双耳指向性补偿以操作地减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡；以及将输出多声道音频信号引导到左扬声器和右扬声器；其中，左扬声器和右扬声器被配置为生成与输出多声道音频信号相对应的声音。
在例子19中，例子18的系统可以可选地被进一步配置为使得处理进一步包括空间音频处理，所述空间音频处理使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置；所述处理器被配置为在空间音频处理内执行双耳指向性补偿；并且所述处理器被配置为进一步在空间音频处理和双耳指向性补偿的下游执行扩音器均衡化。
在例子20中，例子18-19中的任何一个的系统可以可选地被进一步配置为使得处理进一步包括空间音频处理，所述空间音频处理使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置；所述处理器被配置为在空间音频处理的下游执行双耳指向性补偿；并且所述处理器被配置为进一步在空间音频处理的下游执行扩音器均衡化，并且在扩音器均衡化内执行双耳指向性补偿。

Claims (5)

1.一种用于生成经双耳指向性补偿的声音的系统，该系统包括：
多个扬声器；
耦合到所述多个扬声器的处理器，该处理器被配置为：
接收输入多声道音频信号；
对输入多声道音频信号执行处理以形成输出多声道音频信号，所述处理包括用于补偿所述多个扬声器中的每个扬声器的性能的方向性变化的双耳指向性补偿；以及
将输出多声道音频信号引导到所述多个扬声器；
其中，所述多个扬声器被配置为生成与输出多声道音频信号相对应的声音；
其中，所述多个扬声器中的每个扬声器具有把由扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的指向性；
扬声器的指向性操作地生成所述多个扬声器的收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡；并且
所述双耳指向性补偿被配置为操作地减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡，
其中，所述处理进一步包括空间音频处理，所述空间音频处理：
使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且
使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置，
其中，所述多个扬声器仅包括左扬声器和右扬声器；
所述输入多声道音频信号包括与左输入音频信号和右输入音频信号相对应的数据；并且
所述输出多声道音频信号包括与左输出音频信号和右输出音频信号相对应的数据，
其中，所述处理器被配置为在所述空间音频处理内执行所述双耳指向性补偿，
其中，所述处理器被配置为执行所述空间音频处理以包括消除左扬声器和收听者的右耳之间的以及右扬声器和收听者的左耳之间的串音，
其中，所述处理器被配置为通过以下来消除串音：
提供与左扬声器在左耳位置处的指向性相对应的第一指向性值；
提供与左扬声器在右耳位置处的指向性相对应的第二指向性值；
提供与右扬声器在左耳位置处的指向性相对应的第三指向性值；
提供与右扬声器在右耳位置处的指向性相对应的第四指向性值；
提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何接收来自左扬声器的声音的第一头部相关传递函数；
提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何接收来自左扬声器的声音的第二头部相关传递函数；
提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何接收来自右扬声器的声音的第三头部相关传递函数；
提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何接收来自右扬声器的声音的第四头部相关传递函数；
将修改的第二头部相关传递函数形成为第二头部相关传递函数乘以第二指向性值、除以第一指向性值；
将修改的第三头部相关传递函数形成为第三头部相关传递函数乘以第三指向性值、除以第四指向性值；
将补偿矩阵形成为包括第一头部相关传递函数、修改的第二头部相关传递函数、修改的第三头部相关传递函数和第四头部相关传递函数的矩阵的逆；
形成包括左输入音频信号和右输入音频信号的变换的输入矩阵；以及
形成被计算为所述补偿矩阵和所述输入矩阵的乘积的输出矩阵，所述输出矩阵包括左输出音频信号和右输出音频信号的变换。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置为主动地跟踪左耳位置和右耳位置的头部跟踪器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为使用估计的且时变的左耳位置和右耳位置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为进一步在所述空间音频处理和所述双耳指向性补偿的下游执行扩音器均衡化。
5.一种用于生成经双耳指向性补偿的声音的方法，该方法包括：
在处理器处接收输入多声道音频信号；
利用所述处理器对输入多声道音频信号执行处理以形成输出多声道音频信号，所述处理包括用于补偿多个扬声器中的每个扬声器的性能的方向变化的双耳指向性补偿；
将输出多声道音频信号引导到所述多个扬声器；以及
利用所述多个扬声器生成与输出多声道音频信号相对应的声音，
其中，所述多个扬声器中的每个扬声器具有把由扬声器输出的相对音量级描述为方位角、仰角和频率的函数的特有的指向性；
扬声器的指向性操作地生成所述多个扬声器的收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡；并且
所述双耳指向性补偿被配置为操作地减小或消除收听者的左耳和右耳之间的音量失衡或频谱内容失衡，
其中，所述处理进一步包括空间音频处理，所述空间音频处理：
使所述多个扬声器将与指定的左音频声道相对应的声音递送到与收听者的左耳相对应的左耳位置，并且
使所述多个扬声器将与指定的右音频声道相对应的声音递送到与收听者的右耳相对应的右耳位置，
其中，所述多个扬声器仅包括左扬声器和右扬声器；
所述输入多声道音频信号包括与左输入音频信号和右输入音频信号相对应的数据；并且
所述输出多声道音频信号包括与左输出音频信号和右输出音频信号相对应的数据，
其中，所述处理在所述空间音频处理内执行所述双耳指向性补偿，
其中，所述处理执行所述空间音频处理以包括消除左扬声器和收听者的右耳之间的以及右扬声器和收听者的左耳之间的串音，
其中，所述处理包括通过以下来消除串音：
提供与左扬声器在左耳位置处的指向性相对应的第一指向性值；
提供与左扬声器在右耳位置处的指向性相对应的第二指向性值；
提供与右扬声器在左耳位置处的指向性相对应的第三指向性值；
提供与右扬声器在右耳位置处的指向性相对应的第四指向性值；
提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何接收来自左扬声器的声音的第一头部相关传递函数；
提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何接收来自左扬声器的声音的第二头部相关传递函数；
提供表征收听者的左耳在左耳位置处如何接收来自右扬声器的声音的第三头部相关传递函数；
提供表征收听者的右耳在右耳位置处如何接收来自右扬声器的声音的第四头部相关传递函数；
将修改的第二头部相关传递函数形成为第二头部相关传递函数乘以第二指向性值、除以第一指向性值；
将修改的第三头部相关传递函数形成为第三头部相关传递函数乘以第三指向性值、除以第四指向性值；
将补偿矩阵形成为包括第一头部相关传递函数、修改的第二头部相关传递函数、修改的第三头部相关传递函数和第四头部相关传递函数的矩阵的逆；
形成包括左输入音频信号和右输入音频信号的变换的输入矩阵；以及
形成被计算为所述补偿矩阵和所述输入矩阵的乘积的输出矩阵，所述输出矩阵包括左输出音频信号和右输出音频信号的变换。
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