CN117882394A - 通过使用线性化和/或带宽扩展产生第一控制信号和第二控制信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于产生用于第一转换器(521)的第一控制信号(411)和用于第二转换器(522a，522b)的第二控制信号(412)的装置，包括以下特征：输入接口(100)，用于为第一音频声道提供第一音频信号(111)和为第二音频声道提供第二音频信号；信号组合器(200)，用于从第一音频信号(111)和第二音频信号(112)确定包括第一音频信号(111)和第二音频信号(112)的近似差的组合信号(211)；信号操纵器(300)，用于操纵组合信号以获得第二控制信号(412)；以及输出接口(400)，用于基于第一音频信号(111)输出或储存第一控制信号(411)或用于输出或储存第二控制信号(412)，其中信号操纵器(300)被配置为延迟(302)组合信号(211)、或以频率选择方式来放大或衰减(303)组合信号(211)，以抵消第二转换器(522a，522b)的频率上的非线性转换器特性，或其中该装置被配置为将第一音频信号或组合信号的至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，以获得包括高于20kHz的频率范围的第一控制信号(411)。

Description

通过使用线性化和/或带宽扩展产生第一控制信号和第二控 制信号的装置和方法

技术领域

本发明关于电声学，特别关于用于产生和再现音频信号的方案。

背景技术

传统上，通常会使用一组麦克风来收录声音场景，每个麦克风输出一个麦克风信号，例如，可以使用25个麦克风来收录管弦乐队的音频场景；然后，声音工程师将25个麦克风输出信号混合成标准格式，例如立体声格式、5.1格式、7.1格式、7.2格式或任何其他相应格式。在立体声格式的情况下，例如，声音工程师或自动混音程序会生成两个立体声声道。在5.1格式的情况下，混合产生五个声道和一个重低音声道。类似地，在7.2格式的情况下，可例如混合产生七个声道和两个重低音声道。如果要在再现环境中渲染音频场景，则将混合结果应用于电动扬声器。在立体声再现场景中，有两个扬声器，第一个扬声器接收第一立体声声道，第二个扬声器接收第二立体声声道，例如，在7.2再现格式中，预定位置有7个扬声器，还有2个重低音喇叭，其可以相对任意放置。七个声道应用于对应的扬声器，并且重低音声道应用于对应的重低音喇叭。

当使用单个麦克风装置来采集音频信号，并使用单个扬声器装置来再现音频信号时，通常会失去声源的真实性质。欧洲专利号EP 2692154 B1描述一种用于采集和再现音频场景的装置，其中不仅采集并再现平移，还可采集旋转，此外还采集并再现振动。因此，声音场景不仅由单个采集的信号或单个混合的信号进行再现，而且还是由两个采集的信号或两个混合的信号进行再现，其是一方面同时进行收录，另一方面同时进行再现。与标准录音方式相比，这种配置可确保音频场景的不同发射特性被记录，并且在再现环境中被再现。

为此，如上述欧洲专利中所示，一组麦克风放置在声音场景和(想象的)收听者空间之间，以采集具有高方向性或高质量特征的“常规”或平移信号。

此外，第二组麦克风放置在声音场景的上方或侧面，以收录质量较低或方向性较低的信号，所述信号旨在表示声源的旋转，而不是平移。

在再现方面，相应的扬声器被放置在典型的标准位置，每个扬声器都有一个全向配置来再现旋转信号，以及一个定向配置来再现“常规”平移声音信号。此外，每个标准位置都有一个重低音，或者在任意位置只有一个重低音。

欧洲专利号EP 2692144 B1公开一种扬声器，用于一方面再现平移音频信号，另一方面再现旋转音频信号。因此，扬声器一方面具有以全向方式发射的配置，另一方面具有以定向方式发射的配置。

欧洲专利号EP 2692151 B1公开一种驻极体麦克风，其可用于收录全向或定向信号。

欧洲专利号EP 3061262 B1公开一种耳机和一种用于制造耳机的方法，其可以产生平移声场和旋转声场。

即将获准的欧洲专利申请案EP 3061266 A0公开一种耳机和一种用于生产耳机的方法，其被配置为通过使用第一转换器产生“常规”平移声音信号，并通过使用配置在垂直于第一转换器处的第二转换器产生旋转声场。

除了平移声场之外，还记录和再现旋转声场可明显改善并因此获得几乎传达现场音乐会印象的高质量音频信号，即使音频信号是由扬声器或头戴式耳机或耳机来进行再现的。

这样就实现了几乎无法区分声音是由扬声器发出还是由乐器或人声发出的原始声音场景的声音体验，这是通过考虑声音不仅以平移方式而且以旋转方式、并且可能还以振动方式发出，并且因此被相应地收录和再现来实现。

上述概念的一个缺点是记录再现声场旋转的附加信号代表需要更多的付出。此外，还有许多音乐作品，例如古典乐曲或流行乐曲，其只记录了传统的平移声场。通常，这些音乐作品的数据率会被严重压缩，例如根据MP3标准或MP4标准，这会导致质量进一步下降，但通常只有有经验的听众才能听得出来。另一方面，几乎没有未至少以具有左声道和右声道的立体声格式录制的音频片段。相反地，技术是朝生成更多的声道的方向发展，而不仅仅是一个左声道和一个右声道，亦即生成具有五个声道的环绕声录音，甚至是更高格式的录音，例如，在本技术领域中以关键词MPEG环绕声或杜比数位较为人所知。

因此，至少以立体声格式记录了许多片段，即，其第一声道用于左侧，第二声道用于右侧，甚至越来越多的片段使用两个以上的声道完成录制，例如，对于左侧多个声道、右侧多个声道和中间一个声道的格式。甚至更高级别的格式在水平面上使用超过五个声道，此外还使用来自上方的声道或来自斜上方的声道，并且如果可能的话，还可使用来自下方的声道。

然而，所有上述格式的共同点是其仅通过将各个声道应用到具有相应转换器的相应扬声器来再现传统的平移声音。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的方案，用于产生或再现用于第一转换器的第一控制信号和用于第二转换器的第二控制信号。

为达上述目的，本发明权利要求1提供一种产生装置、权利要求19提供一种扬声器系统、权利要求24提供一种用于产生第一控制信号的方法、或权利要求26提供一种计算机程序。

本发明基于以下发现：如果存在具有一个以上的声道的音频片段，即已经具有两个声道(例如立体声声道)、或甚至更多声道，则可以合成生成旋转信号。根据本发明，至少计算近似差以获得关于差异信号或旋转信号的至少一个近似，其可用于驱动全向转换器或具有较低方向性的转换器，因而从实际上仅以平移方式记录的信号导出旋转分量，并在声场中将其再现。

利用信号操纵器操纵近似差信号以获得用于旋转转换器的第二控制信号。特别地，信号操纵是通过延迟组合信号及/或通过以频率选择方式放大或衰减组合信号来完成的，以便至少部分地抵消第二转换器的频率上的非线性转换器特性，即旋转转换器。替代地或附加地，提供一带宽扩展阶段以改善接收质量，较佳用于(正常)平移转换器的第一控制信号，并且根据实施方式，还用于第二(传统)平移转换器的第三控制信号。另一方面，用于另一旋转转换器的第四控制信号再次较佳地被线性化滤波器延迟及/或线性化，以便至少部分地补偿旋转转换器的通常很严重的非线性频率响应。

根据本发明，与传统带宽扩展相比，本发明不是在可听范围(例如扩展到20kHz)，本发明的目标是高于20kHz的非可听范围。为了实现逼真的声音感知，在20kHz以上的非可听范围内发出声能，其中非可听范围内的声能信号是从可听声音信号通过带宽扩展得到的，其可以为非谐波性质或较佳是谐波性质。此外，与传统的带宽扩展相比，这种合成产生的非可听频谱被放大而不是衰减，从而再次实现典型的传统平移声音转换器在非可听范围内仍然发出足够的声能，尽管发射效率通常降低至30到40kHz以上的频率，然而较佳是发出高达80kHz的声音信号。

虽然这些声音信号不能直接听到，但它们对于可听信号的质量仍然具有决定性影响，因为这些高频的谐波频谱用于调节空中传播，可以说，使较低频率的声音信号在谐波频谱中可以更好地在空中传播。这为某些声音信号实现了“丛林”效果，其特点是例如某些鹦鹉发出的非常持久的声音，在很长的距离内都可以听到，尽管根据正常的传播规律不应该是这种情况，根据此规律，声能随着距离的平方而减小。这种自然信号的这些特别优良的传播特性是由于音频信号具有特别强大的谐波分量，此谐波分量达到非常高的频率，用于实现上述空中传播预处理。举例而言，对于管弦乐队中的某些打击乐器，例如三角铁，它是相似的。虽然它不会产生特别高的声压等级，但即使在相当远的距离，例如即使在音乐厅的后排，也能够听到。这也假设这种特别优良的可听性是通过调节空中传播来实现的，在空中传播中，可听声波通过特别强的谐波分量进行传播，因此与距离平方成比例的音量减小可由谐波能量补偿，因此某些富含谐波的信号可以传播得特别远，同时尽管距离声源很远，但仍清晰可闻。

在本发明的较佳实施例中，为了使用优先效应或哈斯效应，执行延迟以相对于平移信号延迟旋转信号。根据第一波前的原理，10到40毫秒(ms)幅度的必要延迟实现了收听者对声源的定位是基于携带方向信息的平移信号进行的。同时，旋转信号不会干扰方向感知，但同时由于声场中旋转声音粒子速度向量的激励，通过相应的第二和第四转换器分别再现第二和第四控制信号，导致了高质量和逼真的音频信号体验。由于哈斯效应，收听者认为声场的旋转分量源自不久前到达收听者耳朵的平移声场的声源。

在较佳实施例中，在用于再现旋转声场的线性化滤波器中仅对转换器或转换器系统的典型严重非线性频率响应进行粗略线性化。非线性发射特性或非线性频率响应通常以过冲和抵消为特征。然而，根据本发明，线性化滤波器仅被配置为部分地或较佳是完全地减少过冲，但是使抵消几乎不受影响，从而避免需要在抵消中进行强幅放大，进而避免潜在的干扰伪影。已经发现，如果由于旋转声的转换器中可能发生的梳状滤波器效应仍然存在抵消，则旋转声场的质量不会受到显著影响，某些音调在包含旋转声音粒子速度向量的声音滤波器的一部分中丢失。相反的，过冲的衰减防止声场的旋转分量被认为是不自然的。为了获得线性化滤波器的有利设置，较佳在某些实施例中通过测量记录旋转转换器的再现或频率响应特性，然后基于所执行的测量设置用于该转换器的控制信号的线性化滤波器。然而，也可以设置为某些转换器类别预先确定的原型线性化特性，即使实际的第二或第四转换器与原型特性不完全匹配，也能提供可用的结果。

较佳地，用于产生用于第一转换器的第一控制信号和用于第二转换器的第二控制信号的装置还包括用于产生用于第三和第四转换器的控制信号的装置，以实现例如通过扬声器的立体声再现。如果要再现多于两个声道，则产生更多的控制信号，例如用于左后扬声器、右后扬声器和中央扬声器。然后，将在标准化扬声器输出格式的每个位置提供用于平移声音的转换器和用于旋转声音的转换器，并且根据本发明合成产生的旋转声音的控制信号针对每个单独的扬声器位置确定，或根据相应实施例的贡献从控制信号和相同的操纵组合信号导出。

较佳实施例提供一接口，用以接收一第一电信号(例如用于左声道)以及一第二个电信号(例如用于右声道)。这些信号被提供给信号处理器以便为第一转换器再现第一电信号和为第三转换器再现第二电信号。这些转换器是传统的转换器。此外，信号处理器被配置为计算来自第一电信号和第二电信号的至少近似差并且从该近似差确定用于第二转换器的第三电信号或用于第四转换器的第四电信号。

在一实施例中，信号处理器被配置为输出用于第一转换器的第一电信号和用于第三转换器的第二电信号，以及计算第一电信号和第二电信号的第一至少近似差，并计算第一电信号和第二电信号的第二至少近似差，然后基于第一至少近似差为第二转换器输出第三电信号，并基于第二至少近似差为第四转换器输出第四电信号。较佳地，该近似差是第二信号改变180°的精确差并被添加到第一信号。如果该信号是第一至少近似差，则不同的第二至少近似差是如果将第一信号相移180°，即施加“负”并且将不变的第二信号添加到其时所产生的结果。另一种方式是包括计算第一至少近似差并对其施加例如180°的相移，以便计算第二至少近似差。然后，从第一至少近似差直接确定第二至少近似差。替代地，可以独立地决定这两个近似差，即，可以同时来自原始的第一电信号并来自原始的第二电信号，即左输入信号和右输入信号。

理想情况下，差值是从第二声道减去第一声道所获得的值，反之亦然。然而，在某些实施例中，相移不是180°，而是大于90°且小于270°，如此也可产生至少近似差，并且该至少近似差是有用的。在更佳的范围(更小的范围)内，相移的相位值是介于160°和200°之间。

在一实施例中，两个信号之一可以在产生差异之前经受等于或不同于180°的相移，并且可能在相加之前经受频率相关处理，例如通过均衡器处理或频率选择或非频率选择的放大。在计算差异之前或之后执行的进一步处理包括高通滤波。如果一个高通滤波信号与另一个信号组合，例如，以180°的角度组合，这也是一个至少近似差。至少近似地计算出的差值以便从中生成用于在与传统转换器分离的相应转换器中激发旋转波的信号，可以通过不改变两个信号的值和通过在在90°和270°之间的角度之间改变两个信号之间的相位来近似，例如，可以使用180°的角度。信号的幅度可以利用频率选择或非频率选择的方式变化。两个电信号的频率选择性或非频率选择性变化幅度与介于90°和270°之间的角度的组合也导致用于单独的旋转转换器的旋转激励信号，即在左侧的第二转换器和在右侧的第二转换器，这可适用于许多情况。

一侧的差分信号和另一侧的不同差分信号较佳用于远离收听者头部的扬声器。这些扬声器中的每一个具有至少两个被馈送不同信号的转换器，其中“左侧”的第一扬声器具有被馈送原始左信号或可能延迟的左信号的第一转换器，而第二转换器被馈入从第一至少近似差得出的信号，藉以相应地驱动“右侧”的第二扬声器的各个转换器。

另一实施例中存在多于两个声道，即例如在5.1信号的情况下，信号处理器或接口的上游处连接有用于第一电信号的降混器(即用于左声道)，以及用于第二电信号的另一降混器(即用于右声道)。但是，如果信号可作为原始麦克风信号使用，例如作为具有多个分量的环绕声信号，每个降混器被配置为从环绕声信号中相应地计算左声道或右声道，然后由信号处理器基于根据至少近似差计算出第三电信号和第四电信号。

附图说明

以下参考附图更详细地描述本发明的较佳实施例，其中：

图1显示依据本发明实施例用于产生第一控制信号和第二控制信号的装置；

图2显示如图1所示的依据本发明实施例的信号操纵器的详细示意图；

图3显示如图1所示的依据本发明实施例的信号组合器的详细示意图，以及显示搭配用于平移转换器的每个控制信号的带宽扩展阶段；

图4显示本发明的装置的另一实施方式，其与图3所示的相比具有不同的带宽扩展阶段的配置；

图5a显示依据一实施例的带宽扩展阶段的效果的示意图；

图5b显示依据另一实施例的带宽扩展阶段的效果的示意图；

图6显示用于双声道输出格式的扬声器系统的扬声器侧的示意图；

图7a显示具有梳状滤波器效应的转换器的示例性非线性频率响应；

图7b显示至少部分线性化如图7a所示的频率响应的线性化滤波器的频率响应的示意图；

图8a显示旋转转换器的另一种非线性频率响应的示意图；

图8b显示一线性化滤波器的频率响应的示意图；以及

图8c显示使用线性化滤波器和旋转声转换器时的线性化频率响应的示意图。

具体实施方式

图1显示一种用于产生用于第一转换器的第一控制信号411和用于第二转换器的第二控制信号412的装置，该装置包括一输入接口100，用于提供用于第一音频声道的第一音频信号111和用于第二音频声道的第二音频信号的。此外，该装置包括一信号组合器200，用于从第一音频信号111和第二音频信号112决定包括第一音频信号111和第二音频信号112的近似差的一组合信号，如图所示的组合信号211。

在较佳实施例中，信号组合器还被配置为产生另一组合信号212，其亦表示第一和第二音频信号之间的差异，并且从第一音频信号和第二音频信号或从第一组合信号211导出组合信号。在本实施例中，第二组合信号212不同于第一组合信号211并且特别地相差180度，即两者具有相反的符号。

与较佳使用的另一组合信号212类似，组合信号211也被提供给信号操纵器300，信号操纵器300被配置为操纵组合信号以便从中获得一操纵组合信号，如图所示的操纵组合信号311，且其是对应于第二控制信号412。在特定实施例中，第二控制信号412因此通过输出接口400从信号操纵器传输，并由输出接口输出或储存。此外，输出接口被配置为除了输出用于第二转换器的第二控制信号之外，还输出用于第一转换器的第一控制信号411，第一控制信号411由输出接口直接从输入接口获得并对应于第一音频信号111，或者由输出接口400从第一音频信号导出，例如通过使用带宽扩展阶段(即光谱增强器)，详述如后。

在较佳实施例中，信号操纵器300被配置为延迟组合信号(亦即将其馈送到延迟阶段)，或以频率选择的方式放大或衰减组合信号(亦即将其馈送到线性化滤波器)，以便至少部分地抵消在第二转换器的频率上的非线性转换器特性。

可选地或附加地，输出接口用于将第一音频信号111馈入带宽扩展阶段以获得第一输出信号411，因此用于产生第一控制信号411和第二控制信号412的装置包括三个方面，其可以是一起实施或相互独立实施。

第一方面包括通过使用延迟从组合信号生成操纵信号，该延迟利用了哈斯效应。

第二方面包括使用线性化滤波器的信号操纵器300，以便在“预失真”的意义上至少部分地补偿“旋转”转换器的严重非线性频率响应。

第三方面包括信号操纵器，用以执行任何其他类型的操纵，例如衰减或高通滤波或任何其他处理，其中输出接口执行第一音频信号的带宽扩展。

这种使用带宽扩展阶段的带宽扩展具体在于，对第一音频信号中超过20kHz的频率范围内的至少一部分频谱通过使用大于1或等于1(即不放大)的放大因子进行转换，以获得包括超过20kHz的频率范围的第一控制信号。与传统的带宽扩展相比，传统的带宽扩展通常被配置为在可能高达16或20kHz的频率范围内将信号频带限制为4或8kHz，然后使用衰减来合成音频的降低性能特征信号，本发明的带宽扩展的不同之处在于其决定高于20kHz的频率范围的频谱值，即对于非可听范围，并且此频谱范围没有被衰减，而是按顺序转换为大于1或等于1的放大系数将信号能量带入非可听频谱范围，然后由相应转换器的音膜辐射发出，以提供高质量的音频信号体验。这种音频信号体验由“调节”组成，可以说是经由空气传播通过非可听范围的声能携带可听范围内的声能，使得某些非常丰富的谐波信号即使距离很远也能被清晰听到，例如就像丛林中鹦鹉的尖叫或管弦乐队中的三角铁。

在较佳实施例中，所有三个方面同时被实现，详述如后。然而，亦可以只实现三个方面中的一个方面，或是三个方面中的任意两个方面。

较佳地，导入输入接口100的第一输入信号102和第二输入信号104分别代表左声道和右声道。然后，第一音频信号411和第二音频信号412代表相对于收听位置放置在左侧的第一和第二转换器的控制信号。另外，产生装置还被配置为产生用于右侧的控制信号，即用于第三转换器的第三控制信号413和用于第四转换器的第四控制信号414。第三控制信号413与第一控制信号411类似地形成，第四控制信号414与第二控制信号412类似地形成。第一控制信号411和第三控制信号413被提供给传统的平移转换器，并且控制信号412和414被提供给“旋转”转换器，即发射具有旋转声音粒子速度向量的声场的转换器，其说明将参照图6详述如后。

图2显示一种信号操纵器300的较佳实施方式，用以从组合信号211计算出第二控制信号311/412。此外，图2还显示出信号操纵器300的实施方式，用以从另一组合信号212产生第四控制信号312和414。在较佳实施例中，为了产生第二控制信号，信号组合器包括一可变衰减构件301、一延迟阶段302、及一线性化滤波器303。需注意的是，方块301、302、303的顺序可以是任意的。也可能提供一个单一的组件，其结合线性化滤波器、延迟和衰减的功能。衰减是可以调整的，或将其设置为介于3和20dB之间的预定值，较佳为介于6和12dB之间，例如为10dB。

类似地，信号操纵器300被配置为使组合信号212经受衰减阶段321的衰减，使其经受延迟322，并将其馈送到线性化滤波器323中。所有三个组件可整合在单一个滤波器，藉以实现通常在整个频率范围内恒定的衰减，在整个频率范围内也是恒定的延迟，以及至少以频率选择性方式衰减或放大的线性化滤波器。需要注意的是，也可以使用组件的部分整合，即仅整合衰减和线性化而没有延迟，或仅有延迟而没有衰减和线性化，或仅有衰减而没有延迟和线性化。在较佳实施例中，同时实现所有三个方面。

对于延迟，特别地，使用足够大的延迟，使得在由第一控制信号411给出的非延迟信号和经延迟的第二控制信号之间出现优先效应(或哈斯效应、第一波前效应)。用于旋转转换器的信号(即第二控制信号412)被延迟，使得收听者最初由于第一控制信号411而感知的波前，并因此执行左声道的定位。然而，对于音频质量至关重要的旋转分量，其不携带任何关于定位的特定信息，则会稍晚被感知，并且由于哈斯效应的关系，其不会被感知为自己的信号。用于延迟阶段302或322的有用延迟值较佳在10和40ms之间，更佳在25ms和35ms之间，特别是30ms。

图3显示一种信号组合器200的较佳实施方式，用以计算由组合信号211或另一组合信号212表示的近似差。为此，信号组合器200包括一移相器201、一下游衰减构件202、以及一加法器203，此外，其是使用第一音频信号111和第二音频信号112，第一音频信号111由移相器201移相，根据衰减构件202的设定进行衰减，然后与第二音频信号112相加，以获得另一组合信号212。另外，信号组合器200包括另一个加法器223、另一个移相器221和另一衰减构件222，其中第二音频信号112被移相器221移相，相移后的信号可能被衰减然后与第一音频信号111组合。如果移相器201和221较佳地执行180°的相移，并且如果衰减构件202、222被设置为使得衰减为零，即这些电位器“完全调高”，则组合信号211是从第一音频信号111减去第二音频信号112的结果，即当第一音频信号111是左声道、且第二音频信号112是右声道时，组合信号211是L-R。类似地，在这个例子中，另一组合信号212是R-L。

通过插入以“反向”方式承载音频信号的相应插孔，可以非常简单地实现180°的相移。与180°不同的不同相移，即在150°到210°的范围内，也可以通过正确的移相器组件来实现，并且在某些实施方式中可能是有利的。这同样适用于衰减构件202、222的某些衰减设定，根据实施方式，这些衰减设定用于影响组合信号，因为当形成差值时，被减去之后的信号与被执行减法之前的信号相比被衰减的，因此，可以形成一个介于0和1之间的减法因子x，以下将参考图6详述如后。

除了信号组合器200的特殊实施方式之外，图3还显示一种平移信号的带宽扩展的较佳实施例，其中这种带宽扩展较佳在输出界面400中进行。为此，输出界面400包括一第一带宽扩展阶段402和一第二带宽扩展阶段404，第一带宽扩展阶段402被配置为使第一音频信号111经受超过20kHz的非可听范围内的带宽扩展，而第二带宽扩展阶段404被配置为使第二音频信号(即例如右声道)也经受超过20kHz的非可听范围内的带宽扩展。

带宽扩展的结果是用于第一转换器(即旋转转换器)的第一个音频信号，例如在相对于收听位置的左侧，并且在带宽扩展阶段404的输出处获得的第三控制信号是相对于收听位置的右侧的平移转换器的控制信号。与音频信号111、112相比，现在为两个控制信号411、413提供频率高于20kHz的信号能量，其中这些信号分量较佳地存在于高达40kHz、特别较佳地甚至高达80kHz或以上的控制信号。

尽管图3显示出了仅利用平移信号执行带宽扩展的实施方式，但是在其他实施例中，可以利用旋转信号执行带宽扩展，如图4中的304和324所示。作为带宽扩展阶段304、324的替代，可以在输入界面100中提供带宽扩展。为此，提供用于第一输入信号102的带宽扩展阶段121，以便从第一输入信号102生成第一音频信号111。此外，提供输入阶段100以便从第二输入信号104生成第二音频信号112。与图3的实施方式相比，这两个音频信号的频率范围远远超过20kHz。如果已经在输入界面中进行带宽扩展，则不需要在输出界面400中进行其他带宽扩展，如图3所示，或者在信号操纵构件300a、300b中不需要，因为所有信号在随后的信号处理中已经具有高带宽。然而，由于处理的效率，如图3所示的实施方式是较佳的，其中只有平移转换器的控制信号(即第一控制信号411和第三控制信号413)经受带宽扩展，因为高频对于传播特别重要。因此，所有其他处理阶段都可以在输入界面、信号组合器和具有频带限制信号的信号操纵器中执行，从而节省处理资源，因为除了图3中的带宽扩展阶段402、404之外的所有组件皆可以使用频带限制信号进行操作。

图5显示带宽扩展阶段402、404或如图4所示的可选组件121、122或304、324的第一实施方式。特别地，带宽扩展阶段被配置为产生高于20kHz之范围(即在非可听范围内)的带宽扩展，在图5a中可高达80kHz。为此，较佳地执行谐波带宽扩展，其中例如将音频信号中介于10和20kHz之间的范围内的每个频率乘以因子2，以便产生在20kHz和40kHz之间的频率范围。此外，如图5a中的虚线所示，较佳地在带宽扩展阶段中通过放大构件407放大，其是实现大于1的放大。因此，谐波带宽扩展单元404与放大器407一起在相应的音频信号中生成20到40kHz之间的信号分量，甚至具有比10到20kHz之间的基带范围更高的信号能量。为了达到介于40kHz和80kHz之间或甚至更高的范围，可提供将每个频率乘以4的另一移调器406，其中输出信号再次较佳地与大于1的放大因子相乘，如图5所示的具有大于1的放大因子的放大器408。需注意的是，频率轴在相应的位置是被截断的，因为组件404、406的谐波带宽扩展的关系，所以40kHz和80kHz之间的范围是20kHz和40kHz之间的范围的两倍，而后者又是10kHz和20kHz之间的范围的两倍。虽然原则上可以使用奇数(即1、3、5和7)的移调因子，但如上所述，即使由移调器404、406实现的偶数的移调因子产生更真实的音频信号印象。另外，根据实现方式，基带可以不进行衰减和放大，即照原样使用。然而，由于扬声器通常具有较低的转换器效率，或者在高于20kHz的频率下随着频率的提高而降低，这种较低或降低的转换器效率通过放大的移调频谱范围进行补偿。因此，较佳地，用于40和80kHz之间的范围的放大器408比用于20kHz和40kHz之间的范围的放大器407放大得更多。

图5a显示带宽扩展的第一种实施方式，而图5b显示带宽扩展的第二种实施方式，其是基于“镜像”技术进行操作，即在交叉频率处镜像移调的频谱范围(过渡频率)，其优点在于，因为在基带中的非恒定信号进展的情况下，如图5b所示，如果使用的放大因子为1，则在移调位置，即在20kHz处没有不连续性。通过在两个样本值之间的音频信号中引入一个或几个零作为附加样本值，可以在时域中轻松完成镜像或上采样。如果进行放大，则只会产生很小的不连续性，这种不连续性可以保持不变，或者，如果需要可以通过使用特定光谱过渡区域中放大因子的平均值来衰减它。

图6显示一种扬声器系统，其包括用于第一控制信号411的第一转换器521和用于第二控制信号412的第二转换器522a、522b。此外，扬声器系统还包括用于第三控制信号413的第三转换器523和用于第四控制信号414的第四转换器524a、524b。所有控制信号可以由相应的放大器501、502、503、504进行放大，例如以用户接口经由音量控制输入的方式进行放大。转换器521、523代表平移转换器，可以说是传统转换器，与普通转换器相比，其特征在于还能够输出高于20kHz的范围内的声能，较佳者，其能够输出高于80kHz或以上的声能。通过由于放大构件407、408的放大作用可以补偿高频处的效率降低。

在如图6所示的较佳实施例中，旋转转换器522a、522b或524a、524b被实施为使得各该转换器包括分别具有前侧和后侧的两个单独的转换器，其中，如图6所示，两个前侧朝向彼此。在前侧之间(即在音膜之间)可以没有距离或仅存在音膜能够偏转并且在音膜之间的中间空间中产生能够沿着音膜的边缘发出的(作为旋转的)声音的距离。这种转换器在产生旋转声音(即具有旋转声音粒子速度向量的声场)方面具有非常好的效率。然而，频率响应是严重非线性的，因此，提供线性化滤波器303、323以通过“预失真”产生信号，可以说，如果它由转换器522a、522b或524a、524b的非线性频率响应输出，则具有相对线性传输特性或信号特性。图7a显示一种示例性频谱，其可能出现在用于旋转信号的转换器中。图7b显示线性化滤波器303、323的示例性频率响应。在线性化滤波器的较佳实施方式中，过冲701、702、703、704、705被降低，而凹陷706至710“保持原样”，因此，在凹陷所在的频率范围内，线性化滤波器的频率响应位于0dB参考线处，并且在过冲范围内，过冲至少部分降低，如图7a中的示例频率响应所示，如果过冲本身具有6dB的高度，则降低6dB。线性化滤波器还被配置为提供关于截止频率f_g的高通特性，该截止频率f_g仅示意性地显示在图7b中，并且其大小在100和500Hz之间，并且较佳为200Hz。这意味着图7a中的第一过冲711被完全衰减。

图8a显示旋转声音转换器的另一种频率响应，其可以通过如图6所示的旋转声音转换器的构造来创建，其显示了强烈的过冲和非常强烈的下降。线性化被特别地配置为使得只有在图8a中以阴影方式显示出的过冲被衰减，而下降大致保持原样，这导致线性化滤波器的频率响应，如图8b所示。整个“线性化”频率响应示意性地显示在图8c中，其中可以看出线性化频率响应不是完全线性化的，但是当比较图8c和图8a时，其运行明显更加线性，因为强烈的过冲已被截断。

如上所述，旋转信号中的强烈过冲频率范围具有干扰效应，而旋转信号中在某些音调处的凹陷会导致某些音调被“隐藏”，而不会被感知为干扰。因此，扬声器的频率响应中的下降(如图8a或7a所示)不必被提升。这同时避免了仍然存在于衰减凹陷中的信号(也可能是伪信号)在某些频率被强放大因子过度放大。根据本发明，仅截断过冲，或至少部分地减少过冲，并“留下”下降，可以实现一种特别有效和高质量的手段，为旋转声音转换器522a、522b或524a、524b提供相应的控制信号。较佳地，相应的移相器506、508被内置到旋转声音转换器中，根据实施方式，其提供180°的相移，然而，可以将其设置为其他值，较佳是在150°和210°之间。如图3所示，已经注意到可以设置衰减构件202、222以获得近似差，这在图6中的“L–x·R”和“R–x·L”处进行了说明。如果对应的衰减构件202、222被设置为零衰减，即根本没有衰减，则图6中的因子x等于1；然而，如果衰减构件202、222例如被设置为因子的半衰减，则因子x为0.5；然而，如果衰减构件202、222被设置为完全衰减，则不再形成差异，并且第一转换器522a、522b仅发射左信号。然而，较佳是将衰减构件202、222的衰减设置为最大值的0.25，使得对应的信号是差信号，即使与执行减法的声道相比，减去的声道是相对于其幅度或功率或能量而减小。

在另一实施方式中，用于产生第一控制信号和第二控制信号且特别是用于产生第三和第四控制信号的装置被实施为信号处理器或软件，以便为个别扬声器(例如在行动装置(如移动电话)中)产生控制信号，然后通过无线接口将其输出。或者，如图6所示的转换器包括放大器502至504，其与图1所示的装置一起被实施到扬声器单元中，该扬声器单元另外包括在特殊载体中的转换器521和转换器522a、522b。然后，例如，可以将该扬声器单元原样放置在相对于收听位置的左侧再现位置。可以对包括组件523、524a、524b的另一个扬声器单元以及用于产生控制信号的装置的相应部分进行相同的操作，从而为相对于定义的收听位置的正确位置提供扬声器单元。因此，扬声器单元可用于比两个立体声声道更多的声道，例如在5.1系统的情况下，还可用于中央声道、左后声道、右后声道。在更高系统的情况下，用单独的控制信号驱动的用于旋转声音的转换器和用于平移声音的转换器可以用在相应的其他位置，例如天花板扬声器。

本发明的一较佳实施例是设置在移动电话内，特别是，控制装置可以设置为硬件组件或作为应用程序(或程序)加载在移动电话上。移动电话被配置为从局域网络或因特网中的任何来源接收第一音频信号和第二音频信号或多声道信号，并根据其生成控制信号。这些信号由移动电话以有线或无线方式发送到具有声音发生器组件的声音发生器，例如通过蓝牙或Wi-Fi等方式。在以无线方式发送的情况下，声音发生组件需要具有电池供电，或者一般来说有电源供应器，以实现对接收到的无线信号(例如蓝牙格式或Wi-Fi格式)的相应放大。

尽管在本说明书中，部分方面的叙述为一装置，但是应当理解，所述方面也表示相应方法的描述，因此装置的方块或结构组件也应被理解为相应的方法步骤或作为方法步骤的一个特征。以此类推，在本说明书中描述的或作为方法步骤的方面也表示对相应装置的相应方块或细节或特征的描述。部分或所有方法步骤可以在硬件装置中执行，例如微处理器、可程序计算器或电子电路。在部分实施例中，部分或数个最重要的方法步骤可以由此类装置执行。

根据具体的实施要求，本发明的实施例可以由硬件或软件来实现，其实现方式可以利用数字储存媒体来执行，例如磁盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或任何储存有电子可读控制信号的其他磁性或光学内存，其是与(或能够与)可编程计算器系统共同运作，从而执行相应的方法，如上所述，数字储存媒体可以是计算机可读的。

因此，根据本发明的部分实施例包括数据载体，其包括能够与可编程计算器系统协作的电子可读控制信号，从而执行本说明书所描述的任何方法。

一般而言，本发明的实施例可以实现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，该程序代码有效地执行上述任何方法。

另外，程序代码也可以例如储存在机器可读载体上。

其他实施例包括用于执行本说明书描述的任何方法的计算机程序，所述计算机程序储存在机器可读载体上。

换言之，因此本发明的方法的实施例是具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本说明书所描述的任何方法。

因此，本发明的方法的另一实施例是一种数据载体(或数字储存媒体或计算机可读媒体)，其上记录有用于执行本说明书所描述的任何方法的计算机程序，数据载体、数字储存媒体或记录媒体通常是有形的或非挥发性的。

因此，本发明的方法的另一实施例是一数据流或信号序列，其表示用于执行本说明书所述的任何方法的计算机程序，数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通讯链接(例如经由因特网)来传输。

另一实施例包括处理单元，例如计算机或可编程逻辑设备，其被配置为或适用于执行本说明书所述的任何方法。

另一实施例包括一计算机，其安装有用于执行本说明书所述的任何方法的计算机程序。

根据本发明的另一实施例包括一种装置或系统，其被配置为将用于执行本说明书所述的方法中的至少一个方法的计算机程序传输到接收器，传输方式可以例如是电子或光学传输，接收器可以例如是计算机、移动装置、储存装置或类似装置，例如该装置或系统可以包括用于将计算机程序传输到接收器的文件服务器。

在部分实施例中，可编程逻辑设备(例如现场可编程闸极阵列，FPGA)可用于执行本说明书所描述的方法的部分或所有功能。在部分实施例中，现场可编程闸极阵列可以与微处理器协作以执行本说明书所述的任何方法。通常，在部分实施例中，这些方法可由任意硬件装置执行，所述硬件装置可以是任何普遍适用的硬件，例如计算机处理器(CPU)，或者可以是特定用于该方法的硬件，例如ASIC。

上述实施例仅用于说明本发明的原理。应当理解，对本领域技术人员而言，本说明书描述的各种修改和变化的配置及其细节将是显而易见的。因此，其意图是仅受限于后续的申请专利范围，而不是受限于通过本说明书的实施例的描述和解释所呈现的具体细节。

Claims (26)

1.一种用于产生用于第一转换器(521)的第一控制信号(411)和用于第二转换器(522a，522b)的第二控制信号(412)的装置，其具有以下特征：

输入接口(100)，用于为第一音频声道提供第一音频信号(111)以及为第二音频声道提供第二音频信号(112)；

信号组合器(200)，用于从所述第一音频信号(111)和所述第二音频信号(112)确定包括所述第一音频信号(111)和所述第二音频信号(112)的近似差的组合信号(211)；

信号操纵器(300)，用于操纵所述组合信号以获得所述第二控制信号(412)；以及

输出接口(400)，用于基于所述第一音频信号(111)输出或储存所述第一控制信号(411)，或输出或储存所述第二控制信号(412)，

其中，所述信号操纵器(300)被配置为延迟(302)所述组合信号(211)、或以频率选择方式放大或衰减(303)所述组合信号(211)，以抵消所述第二转换器(522a，

522b)的频率上的非线性转换器特性，或

其中，所述装置被配置为将所述第一音频信号或所述组合信号的至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，以获得包括高于20kHz的频率范围的所述第一控制信号(411)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号组合器(200)包括移相器(221)和加法器(223)或减法器，以确定所述组合信号(211)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述信号组合器(200)包括衰减构件(222)，用以衰减所述第二音频信号(112)，其中，所述近似差由衰减的所述第二音频信号形成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述输出接口(400)包括带宽扩展阶段(402，404)，以通过使用大于或等于1的放大因子将所述第一音频信号(111)的所述至少一部分频谱转换到高于35kHz的频率范围内以获得所述第一控制信号(411)。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述带宽扩展阶段(402，404)被配置为通过使用谐波移调将所述第一音频信号的所述至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，其中，所述谐波移调包括等于2或更大的至少一个偶数移调因子。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述信号操纵器(300)被配置为延迟所述组合信号(211)，使得在通过所述第一转换器(521)输出所述第一控制信号并且同时通过所述第二转换器(522a，522b)输出所述第二控制信号(412)的情况下，在收听位置发生哈斯效应。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述信号操纵器(300)被配置为实现介于10ms和40ms之间的延迟。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述信号操纵器(300)包括线性化滤波器(303)，所述线性化滤波器被配置为减少或消除由于所述第二转换器(522a，522b)的非线性而导致的第一组频率中的过冲。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述线性化滤波器(303)被配置为不放大第二组频率中的消除，或者将其放大到低于所述消除的完全线性化所需的程度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述信号操纵器(300)包括所述线性化滤波器(303)，所述线性化滤波器被配置为具有高通特性以及衰减所述组合信号(211)的低于高通截止频率(fg)的信号分量。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述高通截止频率(fg)介于180Hz至250Hz之间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述信号组合器(200)被配置为从所述第一音频信号(111)和所述第二音频信号(112)或从所述组合信号(211)产生不同于所述组合信号(211)的另一组合信号(212)；

其中，所述信号操纵器(300)被配置为操纵所述另一组合信号(212)以获得所述第四控制信号；并且

其中，所述输出接口(400)被配置为输出或储存所述第四控制信号(414)或基于所述第二音频信号(112)的第三控制信号(413)。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述信号操纵器(300)被配置为延迟(322)所述另一组合信号(212)、或以频率选择方式放大或衰减(323)所述另一组合信号(212)，以抵消第四转换器(524a，524b)的频率上的非线性转换器特性，或其中，所述输出接口(400)被配置为将所述第二音频信号(112)的至少一部分频谱转换至高于20kHz的频率范围内以获得所述第三控制信号(413)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述信号组合器(200)被配置为在时域中从所述第一音频信号(111)中减去所述第二音频信号(112)以获得所述组合信号，

其中，所述信号操纵器(300)包括以下特征：

延迟阶段(302)，所述延迟阶段被配置为延迟所述组合信号(211)，

线性化滤波器(303)，用以至少部分线性化所述第二转换器(522a，522b)的非线性频率响应，以及

衰减构件(301)，用以衰减所述组合信号(211)的等级，以及

其中，所述输出接口(400)包括带宽扩展阶段(402)，用以通过使用大于或等于1的放大因子将所述第一音频信号的至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，以获得包括高于20kHz的频率范围的所述第一控制信号(411)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述信号组合器(200)被配置为在时域中从所述第二音频信号(112)中减去所述第一音频信号(111)以获得所述另一组合信号(212)，

其中，所述信号操纵器(300)包括以下特征：

另一延迟阶段(322)，所述另一延迟阶段被配置为延迟所述另一组合信号(212)，

另一线性化滤波器(323)，用以至少部分线性化所述第四转换器(524a，524b)的非线性频率响应，以及

衰减构件(321)，用以衰减所述另一组合信号(212)的等级，以及其中，所述输出接口(400)包括另一带宽扩展阶段(404)，用以通过使用大于或等于1的放大因子将所述第二音频信号(112)的至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，以获得所述第三控制信号(413)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述输入接口(100)被配置于获取第一输入音频信号(102)或第二输入音频信号(104)，

其中，所述输入接口(100)包括带宽扩展阶段(121，122)，用于通过使用大于或等于1的放大因子将所述第一输入音频信号(102)或所述第二输入音频信号(104)的至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，以获得所述第一音频信号(111)或所述第二音频信号(112)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，

其中，所述信号操纵器(300)包括以下特征：

带宽扩展阶段(304)，用于通过使用大于或等于1的放大因子将所述组合信号(211)或从所述组合信号(211)导出的信号的至少一部分频谱转换到高于20kHz的频率范围内，以获得操纵信号(311)，所述第二控制信号(412)是基于所述操纵信号的。

18.一种扬声器系统，其具有以下特征：

第一转换器(521)、第二转换器(522a，522b)、第三转换器(523)和第四转换器(524a，524b)；以及

根据权利要求1至17中任一项所述的装置，其中，用于产生的所述装置被配置为：

通过使用所述第一音频信号(111)产生用于所述第一转换器(521)的所述第一控制信号(411)，

通过使用所述组合信号产生用于所述第二转换器(522a，522b)的所述第二控制信号(412)，

通过使用所述第二音频信号(112)产生用于所述第三转换器(523)的第三控制信号(413)，以及

通过使用另一组合信号(212)产生用于所述第四转换器(524a，524b)的第四控制信号(414)，

其中，所述第一转换器(521)和所述第三转换器(523)被配置为产生平移声音信号，并且

其中，所述第二转换器(522a，522b)和所述第四转换器(524a，524b)被配置为产生旋转声音信号。

19.根据权利要求18所述的扬声器系统，

其中，所述第一转换器(521)和所述第二转换器(522a，522b)设置在相对于收听位置的第一位置处，其中，所述第一位置由所述第一音频声道确定，

其中，所述第三转换器(523)和所述第四转换器(524a，524b)设置在相对于所述收听位置的第二位置处，其中，所述第二位置不同于所述第一位置并且由所述第二音频声道确定。

20.根据权利要求18或19所述的扬声器系统，其中，所述第二转换器(522a，522b)或所述第四转换器(524a，524b)包括以下特征：

第一声音发生器，所述第一声音发生器具有第一音膜以及第一前侧和第一后侧，

第二声音发生器，所述第二声音发生器具有第二音膜以及第二前侧和第二后侧，其中，所述第一声音发生器和所述第二声音发生器相对于彼此布置，使得所述第一前侧和所述第二前侧朝向彼此，以及

其中，所述第二音频信号或所述第四音频信号能够被馈送至所述第一声音发生器和所述第二声音发生器。

21.根据权利要求20所述的扬声器系统，其中，所述第二转换器(522a，522b)或所述第四转换器(524a，524b)包括移相器(506，508)，用以在用于所述第一声音发生器的第一馈送信号和用于所述第二声音发生器的第二馈送信号之间引入相位差。

22.根据权利要求21所述的扬声器系统，其中，所述移相器(506，508)被配置为产生介于150°和210°之间的相位角。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的扬声器系统，

其中，所述第二转换器(522a，522b)具有非线性的第二频率响应，并且其中，所述信号操纵器(300)被配置为在产生所述第二音频信号的情况下至少部分线性化所述第二频率响应，或

其中，所述第四转换器(524a，524b)具有非线性的第四频率响应，并且其中，所述信号操纵器(300)被配置为在产生所述第四控制信号(414)的情况下至少部分地线性化所述第四频率响应。

24.一种用于产生用于第一转换器(521)的第一控制信号(411)和用于第二转换器(522a，522b)的第二控制信号(412)的方法，包括以下步骤：

提供用于第一音频声道的第一音频信号(111)和用于第二音频声道的第二音频信号(112)；

从所述第一音频信号(111)和所述第二音频信号(112)确定包括所述第一音频信号(111)和所述第二音频信号(112)的近似差的组合信号(211)；

操纵所述组合信号以获得所述第二控制信号(412)；以及

输出或储存所述第二控制信号(412)或基于所述第一音频信号(111)的所述第一控制信号(411)，

其中，所述操纵被配置为延迟(302)所述组合信号(211)或以频率选择方式放大或衰减(303)所述组合信号(211)，以抵消所述第二转换器(522a，522b)的频率上的非线性转换器特性，或

其中，所述第一音频信号或所述组合信号的至少一部分频谱被转换到高于20kHz的频率范围内，以获得包括高于20kHz的频率范围的所述第一控制信号(411)。

25.根据权利要求24所述的方法，包括以下步骤：

测量所述第二转换器(522a，522b)的频率上的非线性转换器特性；

计算线性化滤波器，以至少部分线性化所述第二转换器(522a，522b)的频率上的非线性转换器特性，以获得计算后的线性化滤波器；以及

使用所述计算后的线性化滤波器，以以频率选择方式放大或衰减所述组合信号(211)。

26.一种计算机程序，包含程序代码，所述程序代码在所述程序代码运行于计算机或处理器的情况下，执行根据权利要求24或25所述的方法。