CN113615213A - 装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种包括电路的装置，该电路被配置为：确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；并且5基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
Description
技术领域
本公开总体上涉及用于操作空间音频技术的装置和方法。
背景技术
当前用于生成空间声场的系统，如同波场合成，通常需要相对大量的声学设备，这些声学设备主要以一组扬声器的形式可用。用于推导此类系统的等式是基于尽可能精确地再现声场的愿望而资助的。
例如，已知的系统是所谓的5.1或7.1系统，该系统由5个或7个扬声器和一个或两个额外的次低音炮组成，这些次低音炮被设计成以更高的能量再现声音的低频范围。然而，对于这样的系统，已知它们在生成所需声场的在感知上具有良好平衡的音色的能力方面可能受到限制，使得听众必须被放置在相对中心的区域中。
例如，在扬声器放置在不同高度的汽车环境中，诸如放置在汽车底部的低音扬声器和放置在仪表板上的高音扬声器，所产生的波场(例如单极声源)可以取决于其相对于扬声器的位置而不平衡。例如，如果单极声源放置在较高的位置，则高频可能占优势，而如果声源放置在较低的位置，则低频可能占优势，并且频率的平衡可能仅在单极声源的预定位置实现。
此外，已知的其他系统试图以与真实声源将存在的方式相同地物理地重现声场，诸如上面已经介绍的所谓波场合成。这里，声场的再现是基于惠更斯原理，并且声场是用许多扬声器近似的。这样的方法可以涉及相对高的计算复杂性，并且因此，可以提供近似，诸如单极合成，然而，这可能导致生成的波场中的不准确。
发明内容
尽管存在用于单极合成的技术，但通常期望提供一种装置和方法，用于生成所需声场的感知上良好平衡的音色
根据第一方面，本公开提供了一种包括电路的装置，其中，该电路被配置为确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；并且基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
根据第二方面，本公开提供了一种方法，包括：确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；并且基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
在从属权利要求、以下描述和附图中阐述了其它方面。
附图说明
参照附图通过示例的方式说明实施例，其中：
图1描绘了根据本公开的实施例的生成虚拟声源的扬声器系统；
图2是根据本公开的实施例的包括不同扩展因子的坐标系图；
图3是根据本公开的实施例的包括不同扩展因子的极坐标系图；
图4示出了由本公开解决的状况；
图5描绘了根据本公开的实施例的用于控制音频系统的电子设备；
图6描绘了根据本公开的实施例的用于生成虚拟声源的方法；以及
图7提供了基于数字化单极合成算法的3D音频渲染的实施例。
具体实施方式
在给出参考图5的实施例的详细描述之前，进行一些一般性说明。
如开头所述，已知技术在生成所需声场的在感知上具有良好平衡的音色的能力方面可能受到限制，并且因此，一些实施例涉及改善单极合成应用中听众对音色的感知。
因此，一些实施例涉及一种装置包括电路，该电路被配置为生成信号以确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；并且基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
被配置为控制扬声器装置(或适于控制扬声器装置的装置)的该电路可以包括：电子设备、处理器、计算机、电子放大器(诸如单边放大器、双边放大器、反相放大器、非反相放大器、伺服放大器、线性放大器、非线性放大器、宽带放大器、射频放大器、音频放大器、阻容耦合放大器(RC)、电感电容耦合放大器(LC)、变压器耦合放大器、直接耦合放大器等)中的任何一个。该装置还可以是或包括执行3D或空间音频渲染操作的3D或空间音频渲染系统，诸如环境立体声和声场合成系统、环绕声系统等。此外，该装置可以是独立的，或者它可以集成在另一装置/设备中。
例如，3D音频渲染操作基于波场合成，其中，波场合成技术可用于生成声场，该声场给出音频点源位于预定空间内的印象。
这种印象可以通过使用单极合成方法来实现，该单极合成方法驱动扬声器阵列以生成虚拟声源的印象。
根据一些实施例，3D音频渲染操作基于单极合成。
在专利申请美国2016/0037282 A1中更详细地描述了在一些实施例中使用的该技术的理论背景，该申请通过引用结合于此。
在美国2016/0037282 A1的实施例中实现的技术在概念上类似于波场合成，该波场合成使用受限数量的声学外壳来生成定义的声场。然而，实施例的生成原理的基本基础是具体的，因为合成不试图精确地建模声场，而是基于最小二乘方法。
根据实施例，虚拟声源与(至少一个)单独扬声器的规格相关联，诸如方向性模式、频率范围等。方向性可以通过叠加多个单极子来实现，并且方向性可以描述扬声器频率响应的变化，其中，频率和/或频率响应可以取决于扬声器的角度。
该装置的电路可以包括：处理器(或多个处理器)、存储器(RAM、ROM等)、存储器和/或存储器、接口等。电路可以包括输入装置(鼠标、键盘、相机等)、输出装置(显示器(例如液晶、(有机)发光二极管等))、扬声器等、(无线)接口等，或者可以与之连接，这对于电子设备(计算机、智能手机等)通常已知。此外，该电路可以包括用于感测静止图像或视频图像数据(图像传感器、相机传感器、视频传感器等)的传感器，或者可与该传感器连接，用于感测环境参数(例如，雷达、湿度、光、温度)等。
与扬声器相关的扩展因子的确定可以包括确定扬声器装置的至少一个扬声器的特性，类似于确定扬声器的类型，即次低音炮、低音炮、中低音炮、高音炮等。该确定可以包括确定扬声器特定的系数/规格，诸如如下提到的方向性模式、膜的类型、共振频率等。该确定可以包括确定扬声器相对于其它扬声器、相对于虚拟声源、相对于听众等的位置。该确定可以包括关于扬声器的角度信息，诸如单独扬声器的方位、单独扬声器的发出角度等。
扬声器相关的扩展因子可以用于调制由生成或有助于生成虚拟声源的扬声器发出的声音信号或波。因此，信号的参数可以根据传播通过房间或空间的声音信号或波的位置而改变。例如，声音信号或波的增益可以根据到虚拟声源的距离而增加/减少，或者可以基于能够影响声音信号或波的传播特性的障碍物或其他物体来调整增益。通过调制声音信号或波，可以实现声场的均匀分布。
扬声器相关的扩展因子可以包括扬声器装置的单独扬声器的确定属性，具体而言，单独扬声器相对于用户的相对位置，单独扬声器的增益，其中，增益还可以包括扬声器的方向性信息。扬声器相关的扩展因子可以包括单独扬声器的延迟，其中，延迟可以是相对于单独扬声器发出声音的另一个时间点(例如，接收信号，或另一个扬声器发出声音的时间点)的时间点。延迟可以基于单独扬声器相对于彼此、相对于虚拟声源、相对于听众等的位置信息。
扬声器装置可以是至少两个的多个单独的扬声器，其中，单独的扬声器可以任意地(例如，也随机地或以预定的方式)分布在一个房间、几个房间、房间外面、房子外面、车辆内部、耳机中、条形音箱中、电视机中、收音机中、音响系统(诸如立体声系统、环绕系统、环境立体声系统、3D音频渲染系统、声场生成系统等)中。
扬声器装置的至少一个单独扬声器的规格可以是频率范围和/或方向性模式，诸如发出声波强度的角度相关性。角度相关性可以是球面角、立体角、空间角等的相关性。方向性图案可以包括：全向图案、方向性图案、超方向性图案、双向性的图案、八字形图案、心下图案、心型图案、单向图案、超心型图案、超心型指向图案等。
一般而言，扬声器装置的至少一个单独扬声器的规格可以基于模拟、制造商的实施选择、用户输入的、取自表格、手册等。
对扬声器装置的各扬声器的输出(即，发出的声音)的控制可以包括生成控制信号，该控制信号可以被输出以传输到扬声器装置，并且该控制可以基于有线技术，诸如光纤技术、电子技术等，它可以基于无线技术，诸如蓝牙、Wi-Fi、无线LAN(局域网)、红外线等。此外，控制可以由扬声器(或多个扬声器)执行，其中，扬声器(每个)可以包括如本文所述的装置(或多个扬声器的子集可以包括该装置)。该信号可使扬声器装置的至少一个单独扬声器发出声音。该声音可以在扬声器接收到信号之后，在预定的时间点，或者在一定的延迟之后立即发出。在该上下文中，预定时间点可以是信号的一部分或至少一个单独扬声器的固有编程的一部分。而且，时间点的指示可以包括在信号中。
至少一个虚拟声源的生成可以基于声场合成技术。虚拟声源可以是例如声场，该声场给出声源位于预定空间和/或预定位置的印象。例如，虚拟声源的使用可以允许生成空间受限的音频信号。特别地，生成虚拟声源可以被认为是在三维空间中生成虚拟扬声器的一种形式，该三维空间包括在听众后面、上面或下面。
例如，为了向听众生成声音位于听众后面(右/左)的效果，虚拟声源可以放置在听众后面(右/左)或任何其他合适的位置。
在一些实施例中，扬声器相关的扩展因子取决于虚拟声源到扬声器装置的至少一个单独扬声器的距离，如上所述。由此，可以根据虚拟声源的距离来调整扩展因子。
例如，如果虚拟声源到生成虚拟声源的至少一个单独扬声器的该距离太高/太低，则可能期望具有高/低的方向性，以便不损失/具有太多的声音信号或波贡献给虚拟声源。
在一些实施例中，电路还被配置为根据(虚拟声源到扬声器装置的至少一个单独扬声器的)距离，来确定至少一个单独扬声器生成声音以生成虚拟声源的时间点。这可能指的是延迟，如上所述。因此，由此生成对虚拟声源有贡献的各个扬声器的发射声波，使得它们在相同的时间点到达虚拟声源的期望位置。
例如，如果虚拟声源是由两个或更多个扬声器生成的，则希望由两个或更多个扬声器发出的信号在放置虚拟声源的预定位置重叠。因此，通过引入例如声音信号或波的发出延迟，可以同步扬声器的声音信号、并且可以避免或抑制干扰(诸如拍频、梳状滤波效应等)。
在一些实施例中，扬声器相关的扩展因子根据线性或非线性函数确定。在一些实施例中，非线性函数可以一维地取决于距离，或者多维地取决于为单独扬声器确定的向量。
向量可以包括坐标，其指示单独扬声器的位置。非线性函数还可以取决于时间、包括至少一个位置信息和时间的多维向量等。非线性函数可以允许扩展因子的简单和/或快速计算。
使用非线性函数可以比使用线性函数生成更好的声场。例如，在声场生成于例如其中家具的非均匀分布可能屏蔽或避免良好的声音传播的房间中的情况下，非线性函数可以包括在扬声器相关的扩展因子中以解决这样的问题。
非线性函数可以是心型函数、指令函数、S状函数等。在一些实施例中，非线性函数可以与方向性模式(例如上面描述的方向性模式)相关。因此，可以基于扬声器的(频率发出)类型来选择非线性函数，例如高音扬声器、低音扬声器、中扬声器、次低音炮等。在一些实施例中，可以通过坐标变换将非线性函数转换成方向性模式，以便模拟和可视化单独扬声器的结果声音。
在一些实施例中，虚拟声源由来自各个扬声器的贡献生成，该贡献是输入音频信号的放大并延迟版本。
贡献可以是由单独扬声器发出的声波、声脉冲等。
输入音频信号可以是被传送到单独扬声器的信号，或者在一些实施例中是在预定位置处的期望音频信号等等。
在一些实施例中，电路还被配置为调整扬声器装置的单独扬声器的增益。取决于调整后的增益，单独扬声器可以或多或少地对虚拟声源的生成做出贡献，因此增益的调整例如可以导致改善听众的声音印象。
增益可以是如上所述的性质。增益也可以是调制声场振幅、仅调制由单独扬声器发出的声音的某些频率(诸如高音频率、低音频率、中频等)的振幅或强度的因子。
在一些实施例中，增益由扩展因子修改，即，可以取决于扩展因子或在扩展因子改变时(动态地)自适应。
在一些实施例中，增益的调整取决于听众和虚拟声源之间的距离。
例如，在一些实施例中，如果听众离虚拟声源更远(更近)，则增益可以更高(更低)。另一方面，在一些实施例中，如果听众离虚拟声音更近(更远)，则增益可以更高(更低)。
在后一种情况下，如果两个声源(例如，单独扬声器或虚拟声源或单独扬声器和虚拟声源)，特别地对于两种不同类型的扬声器(例如，次低音炮和高音扬声器)、其中一个比另一个更靠近听众的情况，则可以增加靠近听众的一个声源的增益，以便生成听众的愉快声音印象。
在一些实施例中，确定包括确定扬声器装置的至少一个单独扬声器相对于听众位置的位置，如上所述。在一些实施例中，听众的位置可以是与至少一个单独扬声器的相对距离，也可以是基于向量的三维位置。该位置可以包括相对于扬声器装置的其他扬声器和/或相对于听众的角度。根据所确定的位置，可以调整参数，例如增益、延迟等，以便生成虚拟声源。
在一些实施例中，扬声器相关的扩展因子基于公式：
其中，
γn，l是扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子；
rn，l是扬声器装置的至少一个扬声器与生成的虚拟声源之间的距离；
rn，min是离虚拟声源最近的扬声器装置的扬声器与虚拟声源之间的距离；
rn，max是离虚拟声源最远的扬声器装置的扬声器与虚拟声源之间的距离；
σn，l是扬声器相关的扩展系数。
该公式可参照图1、图2、以及图3解释如下。
图1示出了系统100，系统100包括：虚拟声源2、用户3以及扬声器装置，该装置包括扬声器4、5、6、7。
箭头32、34、35、36、37、42、52、62、72表示向量，其中，箭头的参考符号指示相应向量的开始和结束，使得示例性向量XY(X和Y选自参考符号池2、3、4、5、6、7)，从具有参考符号X的元素开始，并且到具有参考符号Y的元素结束。例如，箭头32示出了从用户3开始并在虚拟声源2结束的向量；箭头35示出了从用户3开始并在扬声器5结束的向量；箭头62示出了从扬声器6开始并在虚拟声源2结束的向量，等等。
虚拟声源2被描绘为展开的对象。然而，这仅用于说明目的，并且在本实施例中，假定虚拟声源是点源。因此，向量32、42、52、62、72被认为结束于同一点，尽管这些向量被描绘为结束于不同点。
此外，为了说明目的，示出了元素2至7的二维布置。然而，该实施例不限于二维布置。一般说来，应该考虑三维的布置。
此外，为了说明目的，仅描绘了一个虚拟声源。然而，本公开不限于一个虚拟声源。其它实施例可以指大于一个的任何数目的虚拟声源。
因此，在本实施例中，假设多个虚拟声源。
扬声器的数量不限于四个。它还可以是2、3或任何大于4的数字。
为了解释该公式，变量以及如何检索它们的示例将在下面进行描述。
首先，例如，通过确定相关联的向量X2的范数来确定每个虚拟声源n和每个相应扬声器1之间的距离(在笛卡尔坐标中)，其中，在这种情况下X是{4,5,6,7}的元素，得到距离r：
其中，索引n指多个虚拟声源中的虚拟声源(2)；l指扬声器装置的扬声器(4至7)；m指虚拟声源2的向量；X指扬声器装置的扬声器4至7的向量；索引x、y和z分别指三维空间中向量的x坐标、y坐标和z坐标。
例如，r2,5可以指虚拟声源2和扬声器5之间的距离；m2,x可以指虚拟声源2的x坐标；X5,y可以指扬声器5的y坐标，等等。
第二，根据等式确定每个扬声器相对于虚拟声源的增益G：
然而，本公开不限于以这种方式确定增益，并且确定增益的任何其他方式都是可能的。例如，增益的值可以是无维字符或具有其他维。例如，取决于扬声器4至7的扬声器类型，也可以使用与相同系统中的其他扬声器4至7相比的另一种确定增益的方式。
第三，根据等式确定每个扬声器4至7相对于虚拟声源2的延迟D：
其中，c0指声音速度，并且Ts指采样周期。然而，本公开不限于以这种方式确定延迟，并且确定延迟的任何其他方式都是可能的。例如，延迟可以不是舍入值，延迟可以是时间、空间等维度。例如，取决于扬声器4至7的扬声器类型，也可以使用与相同系统中的其他扬声器4至7相比的另一种确定延迟的方式。
对于每个扬声器4至7、以及对于每个声源2可以迭代地执行这些前三个步骤。然而，它们可以仅针对一个扬声器，例如扬声器4，以及一个虚拟声源；例如虚拟声源2，或者针对扬声器4至7的子集、以及声源2的子集来执行。这些前三个步骤也可以以另一顺序执行，例如交换第二和第三步骤，而不限制在这方面的本公开。
第四步骤可以包括针对每个虚拟声源2，来确定虚拟声源2(例如n＝2)与扬声器装置的扬声器4至7之间的最小距离rn,min和最大距离rn,max。
第五步可以是计算与上述公式所述的扩展因子类似的扩展因子
其中，σn是虚拟声源的扩展系数n。在一些实施例中，扩展系数可以具有为正值的性质。
第六步可以是适用于γn，l：的条件，该条件包括：
如果γn，l＞0，则Gn，l＝γn，l*Gn，l；否则Gn，l＝0(6)。
第五和第六步骤可以针对每个扬声器4至7、或单独扬声器4、或扬声器4至7的扬声器子集迭代地执行。
对于扩展系数σn＝1，结果是在最近的扬声器rn,min和最远的rn,max之间的扩展因子γn，l从γn，min＝1线性减小到γn，max＝0。在σn→∞的极端情况下，较大的扩展系数收敛到恒等式(γn，l＝1)，而在σn＝0的极端情况下，较小的扩展系数增加了方向性(γn，l→-∞)。在后一种情况下，只有离源最近的扬声器发出声音(γn，min＝1，γn，l≠min→-∞，Gn，l≠min＝0)。
图2是包括不同类型的扩展因子γn，l(纵坐标)作为归一化距离(横坐标)的函数的坐标系200的图，其中，rmin对应于零的距离，并且rmax对应于1的距离。
该函数包括：识别函数201、线性递减函数202、在扩展系数为0.5的情况下的指示函数203、以及心型函数204。该函数不限于在此上下文中显示的函数。还可以导出和实现用于扩展因子的任何其他函数，诸如全向函数、方向函数、超方向函数、双向函数、八位数函数、心下函数、心型函数、单向函数、超心型函数、超心型指向函数等。
函数可以转换成图3所示的极坐标。
图3示出了包括不同类型的扩展因子(半径)作为归一化角的函数的极坐标系200'的图，其中，rmin对应于零度角，而rmax对应于180度角。
图3还包括将距离r(对应于图2的距离)转换成从零度到180度的极角和示出从零dB(分贝)到30dB的增益电平的半径的第一刻度。
通过将坐标系200的值[0；1]线性地分配给值[0°；180°]，来将坐标系200的纵坐标坐标变换，从而导出极坐标系200'。因此，图3的函数可以被解释为图2的函数的另一个说明，图3具有标识201'、线性递减(σn＝1)202'、指示函数203'(σn＝0.5)、以及分配给第二刻度202的心形函数204'。可以从线性系统转换为极性系统的任何其他函数也可以用于该上下文中，诸如全向函数、方向函数、超方向函数、双向函数、八字形函数、心下函数、心型函数、单向函数、超心型函数、超心型指向函数等。
在这方面不限制本公开的情况下，为了参数化，扩展系数可以被限制在[0；1]的范围内(在其他实施例中，可以使用任何其他间隔)。
此外，可以引入参数方向性增益或DirGain，该参数方向性增益可以与扩展系数相乘，以便获得实数域的任意数。
此外，可以引入参数anglel。anglel可以取决于扬声器4至7的扬声器的类型、位置、姿势等。anglel可以由根据本公开的实施例的装置通过测量扬声器4相关的属性来确定，或者可以从数据库(诸如存储在扬声器4内的电路中的数据库)中获取，或者从互联网等获取。
因此，可以基于公式引入扬声器相关的扩展系数：
σn，l＝σn*DirGain*anglel (7)。
扬声器相关的扩展系数可以代替公式(5)中的扩展系数σn，导致公式(1)：
一些实施例涉及一种方法，该方法包括确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；以及基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源，如上所述。
该方法可以在如上所述的装置上执行，或者由任何其他装置、设备、处理器、电路等执行。
扬声器相关的扩展因子可以取决于虚拟声源到扬声器装置的至少一个单独扬声器的距离，如本文所讨论的，其中，基于虚拟声源到扬声器装置的至少一个单独扬声器的所确定的距离，确定至少一个单独扬声器生成声音以生成虚拟声源的时间点，如本文所讨论的。
扬声器相关的扩展因子还可以根据非线性函数来确定，如本文所讨论的，该非线性函数可以取决于扬声器装置的单独扬声器到虚拟声源的距离，如本文所讨论的。
该方法还可以包括，虚拟声源由来自各个扬声器的贡献生成，该贡献是输入音频信号的放大并延迟版本，如本文所述。
如本文所述，该方法还可以包括：调整扬声器装置的单独扬声器的增益，其中，增益可以通过扩展因子来修改，其中，增益的调整还可以取决于听众和虚拟声源之间的距离，如本文所述。具体地说，其中，扬声器装置中最接近听众的扬声器的增益可以高于各扬声器的增益，如本文所述。
如本文所讨论，该方法还可以包括确定扬声器装置的至少一个单独扬声器相对于听众位置的位置。
该方法还可以包括基于这里讨论的公式(1)确定扬声器相关的扩展因子。
本文所讨论的扩展因子的引入可以解决以下状况，这将参考图4进行讨论。图4示出了包括两个扬声器311和312的系统310。对于该示例，扬声器311和312被假定位于汽车中。扬声器311和312可以具有不同的频率范围，即，在该示例中，扬声器311是高音扬声器，而扬声器312是低音扬声器。
扬声器311和312生成三个虚拟声源313、314和315。
扬声器311(312)的频率范围在示图316(317)中示出。示图316(317)的横坐标表示扬声器311(312)的频率，纵坐标表示扬声器311(312)的增益。
虚拟声源313(314，315)的频率范围在示图318(319，320)中描绘。示图318(319，320)的横坐标表示虚拟声源313(314，315)的频率，纵坐标表示虚拟声源313(314，315)的增益。
从扬声器311和312与虚拟声源313到315之间的所示箭头的厚度可以看出，在生成虚拟声源313(315)方面，与扬声器312(311)相比，扬声器311(312)的影响占主导地位，而扬声器311和312对生成虚拟声音314的贡献相等。
通常，这可以导致对于虚拟声源313可以预先主要感知扬声器311的频率的结果，如可以从示图318中获得的那样。这也可以应用于虚拟声源315的扬声器312的音色的主要感知，如可以从示图320中获得的。示图319示出对于虚拟声源314可以平等地感知扬声器311和312两者的频率。
然而，如本文所述，应用根据本公开的扩展因子可以导致对于由多个扬声器生成的多个虚拟声源中的每个虚拟声源，对多个扬声器发出的音色的感知可以(几乎)相等。
在一些实施例中，本文所述的方法也被实现为计算机程序，当在计算机和/或处理器上执行时，使计算机和/或处理器执行该方法。在一些实施例中，还提供了一种非暂时性计算机可读记录介质，该记录介质中存储有计算机程序产品，当由诸如上述处理器的处理器执行时，该计算机程序产品使得执行本文所述的方法。
下面，参考图5讨论装置的实施例，图5描绘了实现为音频系统400(或可选地作为电子设备401)的装置的框图。
音频系统400包括电子设备401，该电子设备401连接到麦克风装置410、扬声器装置411、用户界面412、以及传感器413。电子设备401是本实施例中的3D声音渲染系统。
电子设备401具有作为处理器的CPU 402、数据存储器403、以及数据存储器404(这里是RAM)。
数据存储器404被布置成临时存储或高速缓存数据和/或计算机指令以供处理器402处理。
数据存储器403用于存储从例如麦克风装置410获得的记录传感器数据。
电子设备401被配置为执行用于3D音频渲染操作的软件，该3D音频渲染操作虚拟地将声源放置在房间内的任何地方，包括听众(诸如图1的听众3)后面、上面或下面。
电子设备401具有WLAN接口405、蓝牙接口406和以太网接口407。这些接口405、406、407充当用于与外部设备进行数据通信的I/O接口。
例如，智能手机可以借助于蓝牙接口406和/或WLAN接口405连接到3D声音渲染系统。具有以太网、WLAN或蓝牙连接的附加扬声器、麦克风和摄像机可以经由这些无线/有线接口405、406和407耦接到电子设备401。
例如，麦克风装置410可以由分布在听众周围的一个或多个麦克风组成。
用户界面412连接到处理器402。用户界面412充当人机界面并允许管理员和音频系统400之间的对话。
传感器413连接到处理器402。传感器413包括：温度传感器和摄像机。传感器413被配置为获得一个或多个听众的存在和位置以及听众的头部位置与方向。摄像机可以分布在预定的空间上，或者可以使用单个相机来获得图像。
音频系统400通过麦克风阵列410从扬声器装置411的扬声器和至少一个虚拟声源(例如，图1的虚拟声源2，)接收音频数据，以便监测所生成的虚拟声源(例如，图1的虚拟声源2)，并且如果需要，调节扬声器装置411以影响所生成的虚拟声源。
图6描绘了根据本公开的实施例的用于生成虚拟声源的方法500的实施例的流程图，其中，方法500由图5的音频系统400执行。
首先，在501中，确定扬声器的位置。这可以通过具有图像生成系统的对象识别技术、使用诸如SLAM(即时定位和映射)的映射技术、由传感器测量扬声器的位置(例如通过基于雷达的方法)、通过经由用户界面获取指示扬声器位置的用户输入来执行，而不在这方面限制本公开。
然后，在502中，例如通过读取扬声器内部数据库，通过经由用户界面获取指示扬声器类型的用户输入等来确定扬声器的类型。
在503中，确定如上所述的角度参数，如anglel。关于角度参数的信息隐含在扬声器的类型中提供，或者从类似于501中的数据库的数据库中获取，或者经由用户界面(诸如在502或503)获取。
在504中，确定扩展系数，该系数取决于本实施例中扬声器的类型，因此由扬声器的类型隐式定义。可选地，它们通过用户输入等从数据库中获取，如上所述。
在505中，通过使用如在501中描述的用于确定扬声器位置的技术之一来确定听众的位置，或者听众可以经由用户界面输入他在哪个位置。
在506中，确定虚拟声源的位置。应当注意，虚拟声源可能不会在此时的点生成。因此，该步骤可以理解为确定虚拟声源将在未来时间点处的位置。然而，在本公开不限制于这些情况中的任何一种情况下，虚拟声源的位置可以根据听众的位置(例如在听众面部前面两米处)、扬声器的位置(例如扬声器几何形状的平衡点)、包括这两个位置的参数、或者通过经由用户界面的输入来确定。
在507中，如本文所述，根据公式(5)确定扬声器相关的扩展因子，而不限制本公开在这方面的内容。
在508中，通过将所有确定的参数应用于计算机程序来生成虚拟声源，因为该程序可以例如在电子设备401中执行。
在一些实施例中，基于数字化单极合成算法来实现3D音频渲染，该算法将在下面参考图7进行讨论。
将目标声场建模为放置在限定目标位置的至少一个目标单极子。在一个实施例中，目标声场被建模为一个单个目标单极子。在其他实施例中，目标声场被建模为放置在各自定义的目标位置处的多个目标单极子。例如，每个目标单极子可以表示噪声消除源，该噪声消除源包括在位于空间内特定位置的多个噪声消除源的集合中。目标单极子的位置可能正在移动。例如，目标单极子可以适应要衰减的噪声源的移动。如果使用多个目标单极子来表示目标声场，则如下所述的基于一组定义的合成单极子来合成目标单极子的声音的方法可以独立地应用于每个目标单极子，并且对于每个目标单极子获得的合成单极子的贡献可以相加以重建目标声场。
源信号x(n)被馈送到由
标记的延迟单元和放大单元ap，其中p＝1，…，N，p是用于合成目标单极子信号的各个合成单极子的索引。根据本实施例的延迟和放大单元可以应用参考US 2016/0037282 A1的等式(117)，来计算用于合成目标单极子信号的所得信号yp(n)＝sp(n)。所得信号sp(n)被功率放大并馈送到扬声器Sp。
在本实施例中，因此以源信号x的延迟和放大的分量的形式执行合成。
根据本实施例，用于索引p的合成单极子的延迟np对应于目标单极子r0和发生器rP之间的欧几里得距离r＝Rp0＝|rp-r0|的声音传播时间。
此外，根据本实施例，放大系数
与距离r＝Rp0成反比。
在该系统的替代实施例中，可以使用根据参考US 2016/0037282 A1的等式(118)的修改的放大因子。
应当认识到，实施例描述了具有方法步骤的示例性排序的方法500。然而，方法步骤的具体顺序仅用于说明目的，不应被解释为绑定。例如，图6的实施例中的502到508的顺序可以任意地交换。
请注意，将电子设备401划分为单元401至407只是为了说明目的，并且本公开不限于特定单元中的任何特定功能划分。例如，电子设备401可以由相应的编程处理器、现场可编程门阵列(FPGA)等来实现。
在本说明书中描述的和在所附权利要求中要求的所有单元和实体，如果没有另作说明，可以实现为集成电路逻辑，例如在芯片上，并且如果没有另作说明，可以通过软件实现由这些单元和实体提供的功能。
就上述公开的实施例而言，至少部分地使用软件控制的数据处理装置来实现，应当理解，提供这种软件控制和传输的计算机程序，作为本公开的方面，设想了用于提供这种计算机程序的存储器或其他介质。
注意，本技术也可以如下所述配置。
(1)一种装置，包括电路，该电路被配置为：
确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；并且
基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
(2)根据(1)的装置，其中，扬声器相关的扩展因子取决于虚拟声源到扬声器装置中的至少一个单独扬声器的距离。
(3)根据(1)或(2)中任一项的装置，其中，电路还被配置为：根据距离来确定至少一个单独扬声器生成声音以生成虚拟声源的时间点。
(4)根据(1)至(3)中任一项的装置，其中，根据非线性函数来确定扬声器相关的扩展因子。
(5)根据(1)至(4)中任一项的装置，其中，非线性函数取决于扬声器装置的单独扬声器到虚拟声源的距离。
(6)根据(1)至(5)中任一项的装置，其中，虚拟声源由来自各个扬声器的贡献生成，该贡献是输入音频信号的放大并延迟的版本。
(7)根据(1)至(6)中任一项的装置，其中，电路还被配置为调整扬声器装置的单独扬声器的增益，其中，该增益通过扩展因子来修改。
(8)根据(1)至(7)中任一项的装置，其中，增益的调整取决于听众和虚拟声源之间的距离。
(9)根据(1)至(8)中任一项的装置，其中，扬声器装置中最接近听众的扬声器的增益高于其他扬声器的增益。
(10)根据(1)至(9)中任一项的装置，其中，扬声器相关的扩展因子基于公式：
γn，l是扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子；
rn，l是扬声器装置的至少一个扬声器与生成的虚拟声源之间的距离；
rn，min是离虚拟声源最近的扬声器装置的扬声器与虚拟声源之间的距离；
rn，max是离虚拟声源最远的扬声器装置的扬声器与虚拟声源之间的距离；
σn，l是扬声器相关的扩展系数。
(11)一种方法，包括：
确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中扬声器相关的扩展因子取决于至少一个单独扬声器的规格；并且
基于至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子来控制扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
(12)根据(11)的方法，其中，扬声器相关的扩展因子取决于虚拟声源到扬声器装置的至少一个单独扬声器的距离。
(13)根据(11)或(12)中任一项的方法，该方法还包括：根据距离来确定至少一个单独扬声器生成声音以生成虚拟声源的时间点。
(14)根据(11)至(13)中任一项的方法，其中，扬声器相关的扩展因子包括非线性函数。
(15)根据(11)至(14)中任一项的方法，其中，非线性函数取决于扬声器装置的单独扬声器到虚拟声源的距离。
(16)根据(11)至(15)中任一项的方法，其中，虚拟声源由来自各个扬声器的贡献生成，该贡献是输入音频信号的放大并延迟的版本。
(17)根据(11)至(16)中任一项的方法，该方法还包括调整扬声器装置的单独扬声器的增益，其中，该增益由扩展因子修改。
(18)根据(11)至(17)中任一项的方法，其中，增益的调整取决于听众和虚拟声源之间的距离。
(19)根据(11)至(18)中任一项的方法，其中，扬声器装置中最接近听众的扬声器的增益高于其他扬声器的增益。
(20)根据(11)至(19)中任一项的方法，其中，扬声器相关的扩展因子基于公式：
γn，l是扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子；
rn，l是扬声器装置的至少一个扬声器到生成的虚拟声源的距离；
rn，min是扬声器装置的离虚拟声源最近的扬声器与虚拟声源之间的距离；
rn，max是扬声器装置的离虚拟声源最远的扬声器与虚拟声源之间的距离；
σn，l是扬声器相关的扩展系数。
(21)一种计算机程序，包括当在计算机上执行时使计算机执行根据(11)至(20)中任一项的方法的程序代码。
(22)一种非暂时性计算机可读记录介质，该介质存储计算机程序产品，该程序产品在由处理器执行时使执行根据(11)至(20)中任一项的方法。
Claims (20)
1.一种包括电路的装置，所述电路被配置为：
确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，所述扬声器相关的扩展因子取决于所述至少一个单独扬声器的规格；并且
基于所述至少一个单独扬声器的所述扬声器相关的扩展因子来控制所述扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扬声器相关的扩展因子取决于所述虚拟声源到所述扬声器装置的所述至少一个单独扬声器的距离。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电路还被配置为：根据所述距离来确定所述至少一个单独扬声器生成声音以生成所述虚拟声源的时间点。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扬声器相关的扩展因子根据非线性函数来确定。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述非线性函数取决于所述扬声器装置的一单独扬声器到所述虚拟声源的距离。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述虚拟声源由来自各个扬声器的贡献生成，所述贡献是输入音频信号的放大并延迟的版本。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路还被配置为调整所述扬声器装置的一单独扬声器的增益，其中，所述增益由所述扩展因子修改。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述增益的调整取决于听众与所述虚拟声源之间的距离。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述扬声器装置中最接近所述听众的扬声器的增益高于其他扬声器的增益。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扬声器相关的扩展因子基于公式：
γn，l是所述扬声器装置的所述至少一个单独扬声器的所述扬声器相关的扩展因子；
rn，l是所述扬声器装置的至少一个扬声器与所生成的虚拟声源之间的距离；
rn，min是所述扬声器装置的离所述虚拟声源最近的扬声器与所述虚拟声源之间的距离；
rn，max是所述扬声器装置的离所述虚拟声源最远的扬声器与所述虚拟声源之间的距离；
σn，l是扬声器相关的扩展系数。
11.一种方法，包括：
确定扬声器装置的至少一个单独扬声器的扬声器相关的扩展因子，其中，所述扬声器相关的扩展因子取决于所述至少一个单独扬声器的规格；并且
基于所述至少一个单独扬声器的所述扬声器相关的扩展因子来控制所述扬声器装置的各扬声器的输出，以生成至少一个虚拟声源。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述扬声器相关的扩展因子取决于所述虚拟声源到所述扬声器装置的所述至少一个单独扬声器的距离。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：根据所述距离来确定所述至少一个单独扬声器生成声音以生成所述虚拟声源的时间点。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述扬声器相关的扩展因子根据非线性函数来确定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述非线性函数取决于所述扬声器装置的一单独扬声器到所述虚拟声源的距离。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述虚拟声源由来自各个扬声器的贡献生成，所述贡献是输入音频信号的放大并延迟的版本。
17.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：调整所述扬声器装置的一单独扬声器的增益，其中，所述增益由所述扩展因子修改。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述增益的调整取决于听众与所述虚拟声源之间的距离。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述扬声器装置中最接近所述听众的扬声器的增益高于其他扬声器的增益。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述扬声器相关的扩展因子基于公式：
γn，l是所述扬声器装置的所述至少一个单独扬声器的所述扬声器相关的扩展因子；
rn，l是所述扬声器装置的至少一个扬声器与所生成的虚拟声源之间的距离；
rn，min是所述扬声器装置的离所述虚拟声源最近的扬声器与所述虚拟声源之间的距离；
rn，max是所述扬声器装置的离所述虚拟声源最远的扬声器与所述虚拟声源之间的距离；
σn，l是扬声器相关的扩展系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |