CN113841420B - 用于扬声器系统中的室内校准的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于使用内置传声器在扬声器系统中进行室内校准的方法和系统。该方法包括计算在内置传声器处从至少一个扬声器接收到的声音信号的脉冲响应，以及基于所计算的脉冲响应来执行室内校准。

Description

用于扬声器系统中的室内校准的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于扬声器系统中的室内校准的方法和系统，并且具体地涉及一种用于使用扬声器系统内部的内置传声器进行室内校准的方法和系统。

背景技术

在过去的几十年里，公认的是在房间中的收听区域处用一个或多个全向传声器测量到的稳态脉冲响应可告诉我们扬声器系统听起来将如何。与在产品开发期间的测量相比，在用户的房间中将变得非常不同。因此，需要进行现场测量，并且相应地输入信号的均衡和延迟将改变，使得测量到的响应匹配目标曲线，并且因此可修复扬声器和房间环境的缺陷。这是所谓的室内校准。然而，在收听区域处测量响应通常意味着需要一个或多个外部扬声器以及在扬声器产品外部的一些接线，这使用户不方便。

在过去的几年里，条形音箱系统被广泛用作家庭影院。为了给收听者提供更真实的环绕体验，一些条形音箱设计优化了扬声器的方向性，例如，可在条形音箱的两侧上使用两个侧面发射高音扬声器。它加强了侧面方向性而同时限制相对于收听区域的向前方向性，因此到达这个区域的声音主要是来自两个侧墙的声音反射。收听者可发现侧墙上的虚拟声源并且因此感觉声场扩大。然而，如果条形音箱不在房间的对称轴上，则条形音箱与两个侧墙之间的距离不相同。因此，左声音反射和右声音反射变得不平衡，如图1所示。

为了平衡左声音反射和右声音反射，考虑室内校准方法。在传统的室内校准方法中，在收听区域中通常应存在具有来自条形音箱系统的长接线的至少一个外部扬声器，因为该至少一个外部扬声器可测量收听区域中的期望位置处的声音并将其传输回到系统。因此，用户可发现声学性能在该房间中的收听区域中怎么样。然而，外部传声器和长接线有时会使用户感觉不方便并且他们可能会在校准一次之后就把它扔掉。

因此，需要开发一种可供用户方便且高效地执行现场测量并且相应地执行室内校准以便获得更好的声音体验的改进的室内校准方法和系统。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种用于扬声器系统中的室内校准的方法。所述方法包括：计算在内置传声器处从至少一个扬声器接收到的信号的脉冲响应；以及基于所计算的脉冲响应来执行所述室内校准。

优选地，所述内置传声器定位在所述扬声器系统中的条形音箱的表面上，或者所述内置传声器定位在所述扬声器系统中的所述至少一个扬声器中的一者内部。

优选地，计算在所述内置传声器处从至少一个扬声器接收到的信号的所述脉冲响应包括：由所述至少一个扬声器中的一者播放前向扫描信号；由所述内置传声器记录来自所述至少一个扬声器中的所述一者的声音信号；以及用由所述内置传声器记录的所述声音信号对所述前向扫描信号的逆向信号进行卷积。

优选地，计算在所述内置传声器处从所述至少一个扬声器中的一者接收到的所述信号的所述脉冲响应包括：由声学回声消除(AEC)模块计算在所述内置传声器处从所述至少一个扬声器中的一者接收到的所述信号的所述脉冲响应。

优选地，所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，并且所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应。

优选地，所述方法还包括分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准在收听者区域处的所述左扬声器与所述右扬声器之间的延迟。

优选地，所述方法还包括分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左增益和所述右扬声器的右增益。

优选地，所述方法还包括分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左均衡和所述右扬声器的右均衡。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于扬声器系统中的室内校准的系统。所述系统包括内置传声器，所述内置传声器被配置为记录来自至少一个扬声器的声音信号；以及处理器。所述处理器被配置为：计算在内置传声器处接收到的所述声音信号的脉冲响应；并且基于所计算的脉冲响应来执行所述室内校准。

根据本公开的另一方面，提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有计算机可执行指令，以用于执行上述方法。

有利地，本公开的前述方面中所公开的室内校准的方法和系统可实现一种可供用户方便且高效地执行现场测量并且相应地执行室内校准以便获得更好的声音体验的改进的室内校准方法和系统。

在查阅以下附图和详细描述后，系统、方法、特征和优点对本领域的技术人员来说将是显而易见的或将变得显而易见。所有此类附加的系统、方法、特征和优点意图被包括在本说明书内、在本发明的范围内。

附图说明

参考以下附图和描述可更好地理解本申请的特征、特性和优点。附图中的部件不一定按比例，而是着重示出本发明的原理。此外，在附图中，相同的附图标记贯穿不同的视图指代对应的部分。

图1示出了展示如果条形音箱与两个侧墙之间的距离不相同则左声音反射和右声音反射变得不平衡的情况的示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施方案的包括室内校准系统的扬声器系统。

图3示出了根据本公开的一个实施方案的展示测量模型的示意图。

图4示出了根据本公开的一个实施方案的从右扬声器到传声器的脉冲响应的一个示例。

图5示出了根据本公开的一个实施方案的从左扬声器到传声器的脉冲响应的一个示例。

图6示出了根据本公开的另一个实施方案的信号流程图。

具体实施方式

应理解，以下对实现方式的示例的描述仅是出于说明目的而给出的，并且不应被视为限制性的。将示例划分在附图所示的功能块、模块或单元中不应被解释为指示这些功能块、模块或单元必须被实现为物理分隔的单元。所示或所描述的功能块、模块或单元可被实现为单独的单元、电路、芯片、功能、模块或电路元件。一个或多个功能块或单元还可在常见的电路、芯片、电路元件或单元中实现。

图2示出了包括室内校准系统的扬声器系统的简单框图。如图2所示，扬声器系统1包括预处理系统11、室内校准系统12以及后处理系统13。预处理系统11被配置为对输入信号(诸如蓝牙音乐)进行预处理，诸如调节音效、音乐的均衡、限幅器、音量控制等。室内校准系统12包括内置传声器121以及可由处理器实现的校准模块122。后处理系统13从室内校准系统12接收经校准的音频信号并执行后处理，然后将音频呈现给用户。后处理系统13可包括例如一个或多个放大器和一个或多个扬声器。在室内校准系统12中，内置传声器121用来从至少一个扬声器(例如，左扬声器和右扬声器)接收信号。校准模块122计算在内置传声器处从至少一个扬声器接收到的信号的脉冲响应，其中内置传声器可设置在扬声器系统的内部。然后，校准模块122基于计算的脉冲响应来执行室内校准。

图3示出了根据本公开的一个实施方案的展示测量模型的示意图。假设收听者坐在条形音箱的前面并且在其中垂线附近，这就是常见情况，因为条形音箱通常放置在TV下方并且用户通常以合适的距离面向TV和条形音箱两者。如图3所示，内置传声器定位于条形音箱的表面上，并且用来预测收听区域中的收听位置处的声学性能。图3示出了内置传声器定位于条形音箱的表面上并且例如在条形音箱的中心处。然而，内置传声器可定位于条形音箱的表面的任何位置上。在图3中，例如，虚线、实线和点划线分别表示对收听者的声音反射、对内置传声器的直接声音和对内置传声器的声音反射。

参考图3，将进一步示出使用扬声器系统内部的内置传声器的室内校准方法。例如，根据本公开的一个实施方案，室内校准系统12计算由在条形音箱上的内置传声器从一个扬声器接收到的音频信号(诸如来自右侧发射扬声器的音频信号)的脉冲响应。然后，可基于条形音箱上的内置传声器的计算脉冲响应来执行室内校准。

例如，右扬声器发出前向扫描信号x，条形音箱上的内置传声器记录信号y_mic，并且收听者接收到信号y_lis，该信号是基于用户的位置的预先估计的值。它们满足以下等式：

y_mic＝x*h_mic，y_lis＝x*h_lis (1)

其中h_mic和h_lis分别是从扬声器到内置传声器的信号的脉冲响应和从扬声器到收听者的信号的脉冲响应。然后，可通过用y_mic对逆向扫描信号x_inv进行卷积来获得从扬声器到内置传声器的信号的脉冲响应h_mic，

h_mic＝x_inv*y_mic (2)

基于从扬声器到内置传声器的信号的脉冲响应h_mic，可预测在收听区域处分别来自左扬声器和右扬声器的左脉冲响应和右脉冲响应之间的延迟并进行校准。

为了更清楚地说明，图4和图5示出了h_mic的两个示例，其中图4示出了从右扬声器到内置传声器的脉冲响应的一个示例，并且图5示出了从左麦扬声器到内置传声器的脉冲响应的另一个示例。如图4至图5所示，h_mic的第一峰值指示直接声音，而第二峰值指示来自侧面障碍物的第一声音反射。在大多数情况下，例如，侧面障碍物包括侧墙。第一峰值与第二峰值之间的延迟样本指示从条形音箱到侧墙的距离。为了平衡左扬声器和右扬声器，可通过以下等式来计算左脉冲响应与右脉冲响应之间的延迟差延迟_LR，

延迟_LR＝(N_{L_p2}-N_{L_p1})-(N_{R_p2}-N_{R_p1}) (3)

其中N_L-p1、N_L-p2、N_R-p1和N_R-p2分别是左声道脉冲响应和右声道脉冲响应的第一峰值和第二峰值的指标。

如果传声器被定位在左扬声器和右扬声器的中心点处，则N_L-p1和N_R-p1应几乎相同，那么等式(3)变成以下等式(4)。

延迟_LR＝N_{L_p2}-N_{R_p2} (4)

因此，可预测在收听区域处的左扬声器与右扬声器之间的延迟，即，延迟_{LR_lis}，并且基于延迟_LR进行校准。

延迟_{LR_lis}＝α·延迟_LR (5)

其中α是取决于侧面发射扬声器的方向角的调谐参数，并且可在1至3的范围内。

然后，可基于在收听区域处的左扬声器与右扬声器之间的延迟延迟_{LR_lis}来分别校准在收听区域处的左扬声器的左延迟和右扬声器的右延迟。

如果延迟_{LR_lis}为正，那么通过下式来校准延迟_{L_lis}和延迟_{R_lis}：

延迟_{L_lis}＝0并且延迟_{R_lis}＝延迟_{LR_lis}， (6)

否则，通过下式来校准延迟_{L_lis}和延迟_{R_lis}：

延迟_{R_lis}＝0并且延迟_{L_lis}＝-延迟_{LR_lis}， (7)

其中，延迟_{L_lis}指示在收听区域处的左扬声器的延迟，并且延迟_{R_lis}指示在收听区域处的右扬声器的延迟。

此外，基于从扬声器到内置传声器的信号的脉冲响应h_mic，可预测左扬声器和右扬声器的左声道和右声道的声级并进行校准。

例如，可根据在内置传声器处从左扬声器接收到的左脉冲响应h_{mic_左}来校准左扬声器的左声级，并且可根据在内置传声器处从右扬声器接收到的右脉冲响应h_{mic_右}来校准右扬声器的右声级。如上所述，可分别参考等式(1)和(2)来计算h_{mic_左}和h_{mic_右}。例如，

y_{mic_左}＝x*h_{mic_左}，y_lis＝x*h_lis (8)

y_{mic_右}＝x*h_{mic_右}，y_lis＝x*h_lis (9)

h_{mic_左}＝x_inv*y_{mic_左} (10)

h_{mic_右}＝x_inv*y_{mic_右} (11)

然后，可基于在内置传声器处接收到的信号的计算左脉冲响应h_{mic_左}和在内置传声器处接收到的信号的计算左脉冲响应h_{mic_右}来计算左扬声器的左声级声级_L和右扬声器的右声级声级_R。

例如，

以及 (13)

其中M是h_{mic_目标}的长度，h_{mic_目标}是在内置传声器处接收到的音频信号的预期目标脉冲响应，并且其中声级_目标指示基于目标脉冲响应的计算声级，声级_L指示左扬声器的计算左声级，并且声级_R指示右扬声器的计算右声级。

然后，可校准左扬声器的增益增益_L和右扬声器的增益增益_R。例如，

增益_L＝声级_目标–声级_L，以及 (15)

增益_R＝声级_目标–声级_R (16)

另外，可根据在内置传声器处从左扬声器接收到的左脉冲响应h_{mic_左}来校准左扬声器的左均衡均衡_L，并且可根据在内置传声器处从右扬声器接收到的右脉冲响应h_{mic_右}来校准右扬声器的右声级均衡均衡_L。

例如，目标频率响应FR_目标、左频率响应FR_L、和右频率响应FR_R可由下式给出：

FR_目标＝|FFT(h_{mic_目标})|， (17)

FR_L＝|FFT(h_{miC_左})| (18)

FR_R＝|FFT(h_{mic_右})| (19)

其中FFT是快速傅里叶变换并且|*|是绝对运算符。

然后，例如，可通过下式来校准左扬声器和右扬声器的均衡：

均衡_L＝FR_目标-FR_L (20)

均衡_R＝FR_目标-FR_R (21)

图6示出了根据本公开的另一个实施方案的信号流程图。如图6所示，系统可包括至少一个智能扬声器，在该至少一个智能扬声器的内部构建了至少一个内置传声器以用于声学回声消除(AEC)以便进行自调谐。这意味着，至少一个内置传声器可被构建在左扬声器和/或右扬声器的内部。AEC被设计为消除扬声器系统中的扬声器与传声器之间的声学反馈。例如，当至少一个扬声器(例如，左扬声器和右扬声器)播放音乐时，内置传声器记录来自其本身的音乐，因为它在扬声器的内部，并且内置传声器还记录来自收听者的语音。AEC模块可分析记录的信号和参考音乐信号，然后从混合的信号中提取语音，然后将语音信号输入到自动语音识别(ASR)。参考音乐信号是从标准音频链输入的，该标准音频链通常用来对输入信号(诸如蓝牙音乐)进行预处理，诸如调节音效、音乐的均衡、限幅器、音量控制等。因此，在包括AEC模块的该扬声器系统中，可以在播放音乐的同时校准扬声器系统，而不是先播放前向扫描信号。

如可在图6中看出，AEC信号链的一些部分被重复使用，从而在房间中输出扬声器系统的脉冲响应。例如，AEC估计从左扬声器或从右扬声器到内置传声器的声音信号的脉冲响应，因此系统可消除对脉冲响应进行卷积的参考信号并且获得干净的语音。这个脉冲响应可被视作对左扬声器和右扬声器的脉冲响应的现场测量。如图6所示，可预设扬声器的目标脉冲响应曲线，然后将其与现场测量的脉冲响应进行比较。一旦测量的频率响应与目标频率响应之间存在一些差异，校准就对扬声器重放有效。

不同于在收听区域处的外部传声器测量，内置传声器因声学近场理论和高频范围中的扬声器的更强方向性而仅可准确地测量中低频响应。因此，仅用内置传声器校准声音信号的中低频响应。

例如，可由AEC模块计算从左扬声器到扬声器内部的内置传声器的信号的左脉冲响应h_{mic_左}和从右扬声器到扬声器内部的内置传声器的信号的右脉冲响应h_{mic_右}。

然后，可根据在内置传声器处从左扬声器接收到的左脉冲响应h_{mic_左}来校准左扬声器的左均衡均衡_L，并且可根据在内置传声器处从右扬声器接收到的右脉冲响应h_{mic_右}来校准右扬声器的右声级均衡均衡_L。

例如，目标频率响应FR_目标、左频率响应FR_L和右频率响应FR_R可由下式给出：

FR_目标＝|FFT(h_{mic_目标})|， (22)

FR_L＝|FFT(h_{mic_左})| (23)

FR_R＝|FFT(h_{mic_右})| (24)

其中FFT是快速傅里叶变换并且|*|是绝对运算符。

然后，例如，可通过下式来校准左扬声器和右扬声器的均衡：

均衡_L＝FR_目标–FR_L (25)

均衡_R＝FR_目标–FR_R (26)

本公开的前述实施方案中的方法和系统可实现一种可供用户方便且高效地执行现场测量并且相应地执行室内校准以便获得更好的声音体验的改进的室内校准方法和系统。

本领域技术人员将理解，结合图1至图6描述的一个或多个模块、过程或子过程可由硬件和/或软件执行。如果过程由软件执行或者模块由软件实现，则软件可驻留在合适的电子处理部件或系统中的软件存储器(未示出)中，并且可由处理器执行。存储器中的软件可包括用于实现逻辑功能(也就是，可以数字形式(诸如数字电路或源代码)或以模拟形式(诸如模拟电路或者模拟源，诸如模拟电信号)实现的“逻辑”)的指令，并且可选择性地体现在任何计算机可读介质中，以便由指令执行系统、设备或装置使用或者与其结合使用。计算机可读介质可选择性地为例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，诸如RAM、ROM和EPROM等。

关于本文所描述的过程、系统、方法、启发法等，应理解，虽然此类过程的步骤等已被描述为按照特定的顺序发生，但是可在按照除本文所述次序外的次序执行所述步骤的情况下实践此类过程。还应理解，可同时执行某些步骤，可添加其他步骤或者可省略本文所述的某些步骤。换句话说，本文对过程的描述是为了说明某些实施方案而提供的，而绝不应当被解释为限制权利要求。

为了阐明待决权利要求的使用并且特此向公众提供通知，除非申请人明确相反地主张，否则短语“<A>、<B>、……和<N>中的至少一者”或“<A>、<B>、……<N>中的至少一者或其组合”由申请人在最广泛的意义上限定，从而代替在上文或在下文中的任何其他暗示的定义，以意指从包括A、B、……和N的组中选择的一个或多个元素，也就是，元素A、B、……或N中的一者或多者的任何组合，包括单独的任一个元素或结合也可包括未列出的附加元素的组合的其他元素中的一者或多者。

虽然已经描述了本公开的各种实施方案，但对本领域普通技术人员显而易见的是，在本公开的范围内的更多实施方案和实现方式是可能的。因此，除了根据所附权利要求书及其等效物外，本公开不受限制。

Claims (15)

1.一种用于扬声器系统中的室内校准的方法，包括：

计算在内置传声器处从至少一个扬声器接收到的声音信号的脉冲响应；以及

基于所计算的脉冲响应来执行所述室内校准；

其中所述内置传声器定位在所述扬声器系统中的条形音箱的表面上；

其中计算在所述内置传声器处从至少一个扬声器接收到的所述声音信号的所述脉冲响应包括：

由所述至少一个扬声器中的一者播放前向扫描信号；

由所述内置传声器记录来自所述至少一个扬声器中的所述一者的声音信号；以及

将所述内置传声器记录的所述声音信号与所述前向扫描信号的逆信号进行卷积。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述内置传声器定位在所述扬声器系统中的所述至少一个扬声器中的一者内部。

3.如权利要求2所述的方法，其中计算在所述内置传声器处从所述至少一个扬声器中的一者接收到的所述声音信号的所述脉冲响应包括：

由声学回声消除(AEC)模块计算在所述内置传声器处从所述至少一个扬声器中的一者接收到的所述声音信号的所述脉冲响应。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应，所述方法还包括：

分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准在收听者区域处的所述左扬声器与所述右扬声器之间的延迟。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应，所述方法还包括：

分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左增益和所述右扬声器的右增益。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应，所述方法还包括：

分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左均衡和所述右扬声器的右均衡。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应，所述方法还包括：

分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左均衡和所述右扬声器的右均衡。

8.一种用于扬声器系统中的室内校准的系统，包括：

内置传声器，所述内置传声器被配置为记录来自至少一个扬声器的声音信号；以及

处理器，所述处理器被配置为计算在内置传声器处接收到的所述声音信号的脉冲响应；以及

基于所计算的脉冲响应来执行所述室内校准；

其中所述内置传声器定位在所述扬声器系统中的条形音箱的表面上；

其中所述处理器还被配置为：

由所述至少一个扬声器中的一者播放前向扫描信号；

由所述内置传声器记录来自所述至少一个扬声器中的所述一者的所述声音信号；并且

将所述内置传声器记录的所述声音信号与所述前向扫描信号的逆信号进行卷积。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述内置传声器定位在所述扬声器系统中的所述至少一个扬声器中的一者内部。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述系统还包括声学回声消除(AEC)模块，所述AEC模块被配置为计算在所述内置传声器处从所述至少一个扬声器中的一者接收到的所述声音信号的脉冲响应。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应；并且

其中所述处理器还被配置为分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准在收听者区域处的所述左扬声器与所述右扬声器之间的延迟。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应；并且

其中所述处理器还被配置为分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左增益和所述右扬声器的右增益。

13.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应；并且

其中所述处理器还被配置为分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左均衡和所述右扬声器的右均衡。

14.如权利要求10所述的系统，其中所述至少一个扬声器包括左扬声器和右扬声器，所述脉冲响应包括左脉冲响应和右脉冲响应，所述处理器还被配置为：

分别基于所计算的左脉冲响应和所计算的右脉冲响应来校准所述左扬声器的左均衡和所述右扬声器的右均衡。

15.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有计算机可执行指令，以用于执行根据权利要求1至7中的一项所述的方法。