DE112019005814T5

DE112019005814T5 - Optimale filtersätze zur unterdrückung von störungen durch übersprechen, die unter verwendung eines störfeldmodells erzeugt werden, und verfahren zur verwendung

Info

Publication number: DE112019005814T5
Application number: DE112019005814.2T
Authority: DE
Inventors: Elliot M. Patros; David E. Romblom; Robert J.E. Dalton Jr.; Peter G. Otto
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-08-19
Also published as: US20220021975A1; CN113039813A; US11589162B2; WO2020106821A8; US20230269536A1; CN115529547A; US11962984B2; CN113039813B; WO2020106821A1

Abstract

Ein Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen, der zur Verwendung bei der Übertragung binauraler Signale an menschliche Ohren konfiguriert ist, wird bereitgestellt. Der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen beinhaltet ein Druckanpassungssystem, das so konfiguriert ist, dass es eine räumliche Filterung oder Schallfeldsteuerung durchführt, und ein Störfeldmodell in Verbindung mit dem Druckanpassungssystem. Der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist so konfiguriert, dass er akustische Vorteile aus Streueffekten und Okklusionseffekten zieht, die durch Verletzungen einer Freifeldannahme verursacht werden, wodurch einem Hörer ohne Verwendung von Kopfhörern verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen übertragen werden.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/770,373 , eingereicht am 21. November 2018, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Die Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen (auch Crosstalk-Cancellation, „CTC“ genannt) ist eine akustische Anzeigetechnik, bei der Lautsprecher anstelle von Kopfhörern verwendet werden, um binaurale Signale an menschliche Ohren zu übertragen. Die Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist eine Instanz einer Klasse von akustischen Anzeigetechniken, die als Schallfeldsteuerung (auch als Sound Field Control, „SFC“ bekannt) bezeichnet wird.
In bestimmten Fällen kann die Leistung der Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen durch Verbesserung der Genauigkeit des Schallfeldmodells verbessert werden. Insbesondere wird die Freifeldannahme durch die Streu- und Okklusionseffekte des menschlichen Kopfes und Körpers verletzt. Diese physischen Effekte vermindern die Qualität der binauralen Lokalisierung, da sie sich mit den virtuellen Effekten der Streuung und Okklusion kombinieren, die bereits in binauralem Audio vorhanden sind. Durch die Verbesserung der Genauigkeit des Schallfeldmodells wird ein Mittel zur Dämpfung der Anwesenheit physischer Effekte geschaffen und daher die Wahrnehmung virtueller Effekte verbessert.
Es wäre vorteilhaft, wenn Techniken zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen in Bezug auf eine, einige oder alle Schallfeldsteuerungsmetriken verbessert werden könnten.
KURZDARSTELLUNG
Es wird darauf hingewiesen, dass diese Kurzdarstellung dazu dient, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, wobei die Konzepte weiter unten in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale der vorliegenden Offenbarung identifizieren, noch soll sie den Umfang der optimalen Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen unter Verwendung eines Störfeldmodells und der Verfahren zur Verwendung einschränken.
Die obigen Ziele sowie andere nicht speziell aufgezählte Ziele werden durch einen Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen erreicht, der zur Verwendung bei der Übertragung binauraler Signale an menschliche Ohren konfiguriert ist. Der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen beinhaltet ein Druckanpassungssystem, das so konfiguriert ist, dass es eine räumliche Filterung oder Schallfeldsteuerung durchführt, und ein Störfeldmodell in Verbindung mit dem Druckanpassungssystem. Der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist so konfiguriert, dass er akustische Vorteile aus Streueffekten und Okklusionseffekten zieht, die durch Verletzungen einer Freifeldannahme verursacht werden, wodurch einem Hörer ohne Verwendung von Kopfhörern verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen übertragen werden.
Die obigen Ziele sowie andere nicht speziell aufgezählte Ziele werden auch durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen erreicht, der zur Verwendung bei der Übertragung binauraler Signale an menschliche Ohren konfiguriert ist. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Konfigurierens eines Druckanpassungssystems zur Durchführung einer räumlichen Filterung oder Schallfeldsteuerung und des Konfigurierens eines Kugelkopfmodells zur Kommunikation mit dem Druckanpassungssystem. Der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist so konfiguriert, dass er akustische Vorteile aus Streueffekten und Okklusionseffekten zieht, die durch einen menschlichen Kopf verursacht werden, wodurch verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ohne die Verwendung von Kopfhörern übertragen werden.
Verschiedene Ziele und Vorteile der optimalen Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen unter Verwendung eines Störfeldmodells und Verfahren zur Verwendung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht einer Vielzahl von herkömmlichen Anordnungen zur Schallfeldsteuerung.
2 ist eine Draufsicht auf eine Strahlformungsanordnung von 1, die die Streu- und Okklusionseffekte eines menschlichen Kopfes darstellt.
3 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Lautsprechers, der einen Treiber und ein Gehäuse darstellt.
4 ist eine schematische Zeichnung eines Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen, der ein Druckanpassungssystem und ein Kugelkopfmodell beinhaltet.
5 ist eine Draufsicht auf einen menschlichen Kopf, die durch die Ohren am menschlichen Kopf festgelegte Kontrollpunkte darstellt.
6 ist eine schematische Zeichnung eines Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen, der andere Druckanpassungssysteme und andere Kugelkopfmodelle beinhaltet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die unter Verwendung eines Störfeldmodells erzeugten optimalen Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen und Verfahren zur Verwendung (im Folgenden „Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen“) werden nun unter gelegentlicher Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen können jedoch in unterschiedlicher Form ausgeführt sein und sollten nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr dienen diese Ausführungsformen dazu, die vorliegende Offenbarung gründlich und umfassend zu gestalten und den Fachleuten auf dem Gebiet den Umfang der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen vollständig zu vermitteln.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachkundigen auf dem Gebiet, zu dem die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen gehören, allgemein verstanden wird. Die bei der Beschreibung der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen verwendete Terminologie dient hierin lediglich zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll keine Einschränkung der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen darstellen. Wie in der Beschreibung der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen und den beigefügten Patentansprüchen verwendet, sollen die Singularformen „ein(e)“ und „der/die/das“ ebenso die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, die Größen von Abmessungen wie Länge, Breite, Höhe usw. ausdrücken, wie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, als in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ modifiziert zu verstehen. Die in der Beschreibung und den Ansprüchen dargelegten numerischen Eigenschaften sind demnach, soweit nicht anders angegeben, Näherungswerte, die je nach den gewünschten Eigenschaften, die bei Ausführungsformen der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen erzielt werden sollen, variieren können. Obwohl es sich bei den numerischen Bereichen und Parametern, die den breiten Anwendungsbereich der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen beschreiben, um Näherungswerte handelt, werden die numerischen Werte in den spezifischen Beispielen so genau wie möglich angegeben. Alle numerischen Werte enthalten jedoch inhärent gewisse Fehler, die sich zwangsläufig aus Fehlern in den jeweiligen Messungen ergeben.
Der Begriff „binaural“ wird hierin so definiert, dass er jedes Stereo-(Zweikanal- )Audiosignal bezeichnet, das vollständige, partielle oder angenäherte Komponenten der kopfbezogenen Übertragungsfunktion (auch als head-related transfer function, „HRTF“, „anatomische Übertragungsfunktion“ oder anatomical transfer function „ATF“ bezeichnet) enthält, unabhängig davon, ob diese aufgenommen, synthetisiert oder auf andere Weise auf ein Audiosignal übertragen wurden, um Lokalisierungshinweise und damit eine virtuelle auditorische Zuhörer-Umgebung zu reproduzieren. Der Begriff „kopfbezogene Übertragungsfunktion“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als eine Antwort, die charakterisiert, wie ein Ohr einen Schall von einem Punkt im Raum empfängt. Wenn der Schall auf den Zuhörer trifft, transformieren Größe und Form des Kopfes, der Ohren, des Gehörgangs, die Dichte des Kopfes, die Größe und Form der Nasen- und Mundhöhle den Schall und beeinflussen die Wahrnehmung, indem sie einige Frequenzen verstärken, andere Frequenzen abschwächen und gegebenenfalls frequenzabhängige Verzögerungen verursachen. Der Begriff „Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen“ oder „CTC“ wie er hierin verwendet wird, ist definiert als ein System zur zwei- oder dreidimensionalen Audiowiedergabe. Es handelt sich um ein System, das für die Wiedergabe von binauralen Stereosignalen aus Lautsprechern konfiguriert ist.
Physische Eigenschaften einer Anordnung in einem verdeckten Freifeld erzeugen zusätzliche kopfbezogene Übertragungsfunktionskomponenten, die weder durch das binaurale Audiosignal selbst beabsichtigt noch kompensiert werden. Bei allen Anwendungen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist bekannt, dass sich physische kopfbezogene Übertragungsfunktionen mit virtuellen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen summieren, wodurch die Wiedergabetreue der durch ein binaurales Signal beabsichtigten virtuellen Hörumgebung in Bezug auf die Messung an Kontrollpunkten, die die Ohren des Hörers beinhalten können oder auch nicht, verringert wird. Infolgedessen wird das durch das binaurale Signal beabsichtigte räumliche Bild verschlechtert.
Die Beschreibung und die Figuren offenbaren Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen zur Verwendung bei der Übertragung binauraler Signale an menschliche Ohren. Im Allgemeinen sind die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen konfiguriert, die akustischen Streu- und Okklusionseffekte des menschlichen Kopfes zu optimieren und zu nutzen, wodurch verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen übertragen werden.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen physische kopfbezogene Übertragungsfunktionen unterdrücken, während sie idealerweise die virtuellen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen intakt lassen. Formaler ausgedrückt, wird angenommen, dass die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen unbeabsichtigte akustische Transformationen im Zusammenhang mit der Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen teilweise oder vollständig „rückgängig“ machen. Das beabsichtigte Ergebnis der Anwendung der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist die Erhöhung der Wiedergabetreue des räumlichen Bildes und/oder der virtuellen Hörumgebung in Kontexten der Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine herkömmliche Lautsprecheranordnung 10 dargestellt, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von herkömmlichen Anordnungen zur Schallfeldsteuerung 12a-12c beinhaltet. Jede der Anordnungen zur Schallfeldsteuerung 12a-12cist konfiguriert, eine Mischung aus ersten akustischen Strahlen für einen Eingangskanal 14a-14c und zweiten akustischen Strahlen für einen anderen Eingangskanal 16a-16c zu erzeugen und an eine Vielzahl von Personen 18a-18c zu übertragen. Die ersten akustischen Strahlen 14a-14c sind jeweils auf die rechten Ohren 20a-20c und die zweiten akustischen Strahlen 16a-16c auf die linken Ohren 22a-22c der Vielzahl von Personen 18a-18c gerichtet. Da die ersten und zweiten Strahlen 14a-14c, 16a-16c für einen einzelnen Benutzer 18a-18c optimiert sind, können die anderen Benutzer, die sich nicht direkt vor einer Strahlformungsanordnung 12a-12cbefinden, verstärktes Audio hören, jedoch möglicherweise nicht den vollen Audioeffekt erfahren. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten herkömmlichen Lautsprecheranordnung 10, sind die nachstehend beschriebenen Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen vorteilhafterweise skalierbar und können verwendet werden, um entweder einen oder viele gleichzeitige Zuhörer anzusteuern, die den vollen Audioeffekt erfahren können.
Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten herkömmlichen Lautsprecheranordnung 10, können die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen vorteilhafterweise in Verbindung mit anderen Verfahren verwendet werden, die die binaurale Wiedergabegenauigkeit maximieren, die binaurale Wiedergabegenauigkeit ignorieren oder versuchen, eine andere Art von Hörerfahrung zu reproduzieren. Ein gemeinsames Ziel der Schallfeldsteuerung neben der Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist die akustische Abschirmung, bei der akustischer Druck zu Strahlen geformt und die Strahlbreite minimiert wird. Die beiden Ziele der Schallfeldsteuerung, Strahlbreite und Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen sind unterschiedlich, jedoch auch kompatibel. Als optimale Filtersätze können möglicherweise Filtersätze definiert werden, die gleichzeitig die Strahlbreite minimieren und die Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen maximieren.
Unter Bezugnahme auf 2 sind die herkömmliche Strahlformungsanordnung 12a, die ersten und zweiten akustischen Strahlen 14a, 16a und die erste Person 18a dargestellt. Die herkömmliche Freifeldannahme sieht vor, dass keine Schallreflexionen auftreten und der gesamte Schall von der ersten Person 18a so zu erfassen ist, wie er durch den Direktschall der herkömmlichen Strahlformungsanordnung 12a empfangen wird. In bestimmten Fällen kann jedoch die Freifeldannahme verletzt werden, wenn die Streu- und Okklusionseffekte, schematisch durch Richtungspfeile 30 des menschlichen Kopfes 24a dargestellt, berücksichtigt werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 3 ist ein herkömmlicher Lautsprecher bei 40 dargestellt. Der Begriff „Lautsprecher“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als die Kombination eines Treibers 42 und eines Gehäuses 44. Der Treiber 42 ist in der akustischen Technik wohlbekannt und zur Erzeugung von Schall konfiguriert. Der Treiber 42 ist ein Beispiel für eine akustische Quelle. Der Treiber 42 hat einfache akustische Eigenschaften, wie z. B. die nicht einschränkenden Beispiele für Richtwirkung und Entzerrung (gemeinsam als „EQ“ (frequenzabhängige Lautstärke) bezeichnet). Der Begriff „Richtwirkung“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als ein Maß für das Richtcharakteristikum einer Schallquelle oder positionsabhängige Lautstärke. Der Begriff „Entzerrung“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als die frequenzabhängige Lautstärke.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 ist das Gehäuse 44 so konfiguriert, dass es den Treiber 42 enthält und selbst keinen Schall erzeugt. Das Gehäuse 44 kann den vom Treiber 42 stammenden Schall behindern, was in bestimmten Fällen positions- und frequenzabhängige Änderungen der Lautstärke und Phase des Treibers 42 an Kontrollpunkten verursachen kann. Das Gehäuse 44 übernimmt somit die akustischen Eigenschaften des eingeschlossenen Treibers 42. Die Interaktion zwischen dem Treiber 42 und dem Gehäuse 44 erzeugt eine singuläre Schallquelle, den Lautsprecher 40, mit komplizierteren akustischen Eigenschaften als der Treiber oder das Gehäuse allein. Die akustischen Eigenschaften des Lautsprechers 40 können durch eine Übertragungsfunktion beschrieben werden. Die Übertragungsfunktion kann sowohl die Lautstärke als auch die Phase auf positions- und frequenzabhängige Weise transformieren. Die Übertragungsfunktion für den Lautsprecher 40 kann mit der einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion kombiniert werden, um Filtersätze zu erzeugen, die zur Kompensation sowohl der Lautstärke als auch der Phase konfiguriert sind.
Herkömmliche Verfahren zur Druckanpassung können eine Anordnung verwenden, d. h. ein Ensemble von Lautsprechern, die jeweils mit Filtersätzen kombiniert sind, verwendet werden, um eine räumliche Filterung oder Schallfeldsteuerung durchzuführen. Kontrollpunkte werden gelegentlich als „helle Flecken“ (wie bei Vorhandensein von akustischem Druck) oder dunkle Flecken (kein akustischer Druck) bezeichnet. Die Freifeldübertragungsfunktion wird zwischen den L Lautsprechern und den M Kontrollpunkten geschätzt. Bei einer gegebenen Frequenz wird ein Spaltenvektor von komplexen Filtergewichtungen (die in Größe und Phase umgewandelt werden können) ermittelt, um den Druck an den Kontrollpunkten zu optimieren. Dies kann anhand der Matrixnotation beschrieben werden: $p = Z q$
wobei p als ein Spaltenvektor des akustischen Drucks an M Kontrollpunkten definiert ist, q als ein Spaltenvektor von L komplexen Gewichtungen (eine pro Lautsprecher) definiert ist und Z als die Übertragungsfunktionsmatrix mit den Dimensionen M × L definiert ist, die die akustische Übertragungsfunktion zwischen jedem Treiber und jedem Kontrollpunkt beschreibt. Mithilfe einer inversen Matrix Z^-1 (definiert als exakte Lösung zu I=AA^-1) oder einer pseudoinversen Matrix Z⁺ (definiert als Näherung einer Inversen, die den Fehler I≈AA⁺ erlaubt) werden entweder die räumlichen Filtersätze q bei einer oder mehreren beliebigen Frequenzen gelöst oder angenähert. Diese Folge von räumlichen Filtersätzen bei einer oder mehreren Frequenzen wird für jeden Treiber in einen Zeitbereichsfilter umgewandelt. Die Gesamtheit der akustischen Treiber und Filtersätze wirken zusammen, um (eine) gewünschte Schallfeldantwort(en) zu bilden.
Der Begriff „pseudoinvers“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als entweder oder sowohl invers als auch pseudoinvers bedeutend. Die Aussage I≈AA⁺ beinhaltet die Möglichkeit, dass I=AA^-1 ist. Der Begriff „inverses Problem“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als ein Problem bedeutend, das über diese allgemeine Definition der Pseudoinversen gelöst werden kann.
Dieses Verfahren eignet sich gut für das allgemeine Problem der Strahlformung. Die Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ist eine akustische Anzeigetechnik, bei der Lautsprecher anstelle von Kopfhörern verwendet werden, um binaurale Signale an menschliche Ohren zu übertragen. In bestimmten Fällen kann die Technik zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen durch die Verwendung von Strahlformungstechniken verbessert werden. Die Freifeldannahme kann jedoch verletzt werden, wenn die Streu- und Okklusionseffekte des menschlichen Kopfes, wie in 2 dargestellt, berücksichtigt werden.
Es sind neuartige Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen vorgesehen. Die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen sind so konfiguriert, dass sie die Streu- und Okklusionseffekte des menschlichen Kopfes optimieren und nutzen, wodurch verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ohne die Verwendung von Kopfhörern übertragen werden. Unter jetziger Bezugnahme auf 4 beinhaltet eine erste Ausführungsform eines Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 10 ein Druckanpassungssystem 50 in Verbindung mit einem Kugelkopfmodell 52, wodurch die akustische Abschattung und Zeitverzögerung, die durch einen menschlichen Kopf verursacht werden, berücksichtigt und genutzt wird. Es ist denkbar, dass das Druckanpassungssystem 50 ein dediziertes System, eine Kombination von Druckanpassungssystemen, hybride Variationen von Druckanpassungssystemen und/oder neu entdeckte Druckanpassungssystemen sein kann. Es ist ferner denkbar, dass das Kugelkopfmodell 52 ein dediziertes Modell, eine Kombination von Modellen, hybride Variationen von Modellen und/oder neuartige Kugelkopfmodelle sein kann.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5 verwendet der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 10 eine Ausbreitungsmatrix X anstelle der Freifeldausbreitungsmatrix Z, wodurch die Matrixnotation bereitgestellt wird:
$p = X q$
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 sind die Kontrollpunkte 60a, 60b als Orte auf einem im Allgemeinen kugelförmigen Kopf 62 definiert. Es ist jedoch anzumerken, dass in anderen Ausführungsformen kleine Verschiebungen des kugelförmigen Kopfes 62 verwendet werden können, um andere Kontrollpunkte zu definieren oder Bewegungen des Kopfes 62 des Zuhörers darzustellen. Eine Ausbreitung zwischen jedem Treiber und den Kontrollpunkten 60a, 60b kann beispielsweise mit dem Kugelkopfmodell berechnet werden, das eine numerische Näherung der Rayleigh-Lösung für den Schalldruck auf einer starren Kugel ist. Die Matrix X beschreibt die akustische Übertragungsfunktion zwischen jedem Treiber und jedem Kontrollpunkt 60a, 60b.
Unter jetziger Bezugnahme auf 6 wird im Allgemeinen eine zweite Ausführungsform des Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen bei 110 dargestellt. Der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 110 kombiniert andere Schallfeldsteuerverfahren 150 mit anderen Schallfeldmodellen 152, um optimale Störfeldfiltersätze zu erzeugen. Es ist denkbar, dass die anderen Schallfeldsteuerverfahren 150 Kombinationen von Schallfeldsteuerverfahren, hybride Variationen von Schallfeldsteuerverfahren 150 und/oder neu entdeckte Schallfeldsteuerverfahren beinhalten können. Nicht einschränkende Beispiele für andere Schallfeldsteuerverfahren 150 beinhalten die akustische Kontrastmaximierung (auch als „ACM“ bezeichnet) oder die Planaritätssteuerung (auch als „PC“ bezeichnet). Es ist ferner denkbar, dass die anderen Schallfeldmodelle 152 Kombinationen von Schallfeldmodellen, hybride Variationen von Schallfeldmodellen und/oder neu entdeckte Schallfeldmodellen beinhalten können. Nicht einschränkende Beispiele für Schallfeldmodelle 152 beinhalten Lautsprecherübertragungsfunktionen, das blockkopfbezogene Übertragungsfunktionsmodell oder eine gemessene kopfbezogene Übertragungsfunktion aus einer Datenbank.
Während die in 5 und 6 veranschaulichten Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 10, 110 vorstehend unter Bezugnahme auf den im Allgemeinen kugelförmigen Kopf 62 beschrieben wurden, ist es ferner denkbar, dass in anderen Ausführungsformen die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 10, 110 eine messungsbasierte Okklusion als Grundlage aufweisen können. In diesen Ausführungsformen kann die Übertragungsfunktionsmatrix X entweder aus modellbasierten Übertragungsfunktionen, aus messungsbasierten oder aus Kombinationen davon zusammengesetzt sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 4-6 gibt es zahlreiche Vorteile in den Filtersätzen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 10, 110, obwohl nicht alle Vorteile in allen Ausführungsformen verfügbar sein können. Erstens sind die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen 10, 110 vorteilhaft so konfiguriert, dass sie unabhängige Signale mit einer wesentlich niedrigeren Frequenz übertragen, wodurch sich ein überlegener räumlicher Eindruck ergibt. Zweitens gibt das in der Filtersatzausbildung verwendete simulierte Feld die tatsächlichen Hörbedingungen besser wieder. Beim Stand der Technik im Freifeld wäre die beabsichtigten akustischen Störung durch den Druck des Kopfes gestört und das Druckfeld verschlechtert worden. Die erreichte Ohrtrennung, d. h. die Fähigkeit, unterschiedliche binaurale Signale an ein Ohr zu übertragen, wird im wahrnehmungsrelevanten Bereich unterhalb von etwa 1 kHz stark verbessert. Drittens wird die niederfrequente Ausdehnung als Ergebnis der Verbesserung mehrerer anderer, allgemeinerer Schallfeldsteuerungsmetriken verbessert, einschließlich Matrixbedingung, numerische Stabilität, Fehler, Aufwand und spektrale Ebenheit.
Der Begriff „Matrixbedingung“, wie er hierin verwendet wird, ist eine Metrik, die aufgerufen wird, wenn die Schallfeldsteuerung als ein inverses Problem dargestellt wird. Die Matrixbedingung kann durch Ersetzen von Matrixelementen, wie z. B. Freifeldübertragungsfunktionen durch kopfbezogene Übertragungsfunktionen oder andere Arten geeigneter Übertragungsfunktionen verbessert werden. Eine verbesserte Matrixbedingung bei der Schallfeldsteuerung ist oft, jedoch nicht immer ein günstiger Nebeneffekt der akustischen Abschattung. Die Verbesserung der Matrixbedingung führt dazu, dass sich auch andere wichtige Metriken der Schallfeldsteuerung verbessern.
Der Begriff „numerische Stabilität“, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Metrik, die sich eher auf inverse Probleme (mathematische Situationen, bei denen die Lösung die Berechnung einer Matrix-Pseudoinverse erfordert) bezieht, als auf Schallfeldsteuerungsprobleme. Wenn eine Matrix schlecht konditioniert ist, bzw. eine hohe Konditionszahl aufweist, kann ihre Pseudoinverse instabil werden. Numerisch gesehen führt die Instabilität dazu, dass kleine Änderungen an einer schlecht konditionierten Matrix zu unverhältnismäßig großen Änderungen in ihrer Pseudoinverse führen. Die idealen Änderungsraten für einer Matrix und ihre Pseudoinverse sollten 1:1 betragen. Akustisch gesehen führt eine Instabilität zu kleinen Fehlern in physischen Parametern und Modellen, wie z. B. den nicht einschränkenden Beispielen von Lautsprecher- oder Kontrollpunktpositionen oder Fehlern in der Übertragungsfunktionsmatrix, zu unverhältnismäßig großen Fehlern im Schallfeld.
Der Begriff „Fehler“, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Schallfeldsteuermetrik, die die Differenz zwischen Soll- und Ist-Kontrollpunktreaktionen zeigt. Bei einem hohen Verhältnis von Soll-Antworten, wie z. B. dem nicht einschränkenden Beispiel eines Verfahrens zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen Soll-Antworten von 1:0= inf, kann der Fehler auch durch den Begriff „Ohrtrennung“ beschrieben werden. Optimale Störfeldfiltersätze können erstellt werden, um Fehler hinsichtlich der Ohrtrennung oder allgemeiner numerischer Fehler zu minimieren. Einige Fälle der Schallfeldsteuerung können sich auf die Minimierung einer Art von Fehler gegenüber einer anderen Art von Fehler konzentrieren.
Der Begriff „Aufwand“, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Verteilung der Verstärkung über eine Anordnung. In allen Fällen ist ein geringer Aufwand besser als ein hoher Aufwand, obwohl aufgrund der physikalischen Längenunterschiede zwischen den Wellenlängen bei niedrigen Frequenzen und den menschlichen interauralen Abständen ein geringer Aufwand bei niedrigen Frequenzen schwieriger zu erreichen ist.
Der Begriff „spektrale Ebenheit“, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich hier auf die Verteilung der Verstärkung über Frequenzen. Da Filtersätze aus unabhängigen Lösungen bei mehreren Frequenzen aufgebaut werden können, sind die akustischen Eigenschaften der Filtersätze frequenzabhängig. In der Praxis erfordern transaurale Systeme mit abnehmender Frequenz einen höheren Aufwand. Das Ergebnis ist, dass Filtersätze deutlich unterschiedliche Spektren aufweisen, auf die der Zuhörer selbst bei idealem akustischen Standort empfindlich reagiert.
Das Prinzip und die Arbeitsweise der Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen und Verfahren zur Verwendung wurden gemäß den Bestimmungen der Patentstatuten in bestimmten Ausführungsformen erläutert und dargestellt. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Filtersätze zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen und Verfahren zur Verwendung auch anders als spezifisch erklärt und illustriert praktiziert werden können, ohne von ihrem Geist oder Umfang abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/770373 [0001]

Claims

Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen, der zur Verwendung bei der Übertragung binauraler Signale an menschliche Ohren konfiguriert ist, wobei der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen umfasst: ein Druckanpassungssystem, das zur Durchführung einer räumlichen Filterung oder Schallfeldsteuerung konfiguriert ist; und ein Störfeldmodell in Kommunikation mit dem Druckanpassungssystem; wobei der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen konfiguriert ist, akustische Vorteile von Streueffekten und Okklusionseffekten zu nutzen, die durch Verletzungen einer Freifeldannahme verursacht werden, wodurch verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen an einen Zuhörer ohne die Verwendung von Kopfhörer übertragen werden.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei das Druckanpassungssystem einen akustischen Abschattungseffekt berücksichtigt, der durch den menschlichen Kopf verursacht wird.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei das Druckanpassungssystem einen Zeitverzögerungseffekt berücksichtigt, der durch den menschlichen Kopf verursacht wird.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei das Druckanpassungssystem den Druck an Kontrollpunkten optimiert.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei das Kugelkopfmodell Kontrollpunkte an definierten Positionen des menschlichen Kopfes festlegt.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei das Kugelkopfmodell Kontrollpunkte an einem oder mehreren Ohren einer Person festlegt.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen durch eine Matrixnotation definiert ist, und wobei die Matrixnotation durch eine Ausbreitungsmatrix und einen Spaltenvektor komplexer Gewichtungen definiert ist.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 7, wobei der Spaltenvektor komplexer Gewichtungen einen oder mehrere Treiber mit einer Länge beinhaltet.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 5, wobei eine Ausbreitung unter Berücksichtigung eines Treibers und der Kontrollpunkte unter Verwendung einer numerischen Näherung einer Rayleigh-Lösung für einen akustischen Druck auf eine starre Kugel berechnet wird.
Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen nach Anspruch 1, wobei der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen eine messungsbasierte Okklusion des menschlichen Kopfes berücksichtigt.
Verfahren zum Bereitstellen eines Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen, der zur Verwendung bei der Übertragung binauraler Signale an menschliche Ohren konfiguriert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Konfigurieren eines Druckanpassungssystems zur Durchführung einer räumlichen Filterung oder Schallfeldsteuerung; und Konfigurieren eines Kugelkopfmodells zur Kommunikation mit dem Druckanpassungssystem; wobei der Filtersatz zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen so konfiguriert ist, dass er akustische Vorteile aus Streueffekten und Okklusionseffekten zieht, die durch einen menschlichen Kopf verursacht werden, wodurch verbesserte akustische Anzeigen zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen ohne die Verwendung von Kopfhörern übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt der Berücksichtigung eines durch den menschlichen Kopf verursachten akustischen Abschattungseffektes durch das Druckanpassungssystem.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt der Berücksichtigung eines durch den menschlichen Kopf verursachten Zeitverzögerungseffekts durch das Druckanpassungssystem.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt der Optimierung des Drucks an Kontrollpunkten durch das Druckanpassungssystem.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt der Festlegung von Kontrollpunkten durch das Kugelkopfmodell an definierten Positionen des menschlichen Kopfes.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt der Festlegung von Kontrollpunkten durch das Kugelkopfmodell an einem oder mehreren Ohren einer Person.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt des Definierens des Filtersatzes zur Unterdrückung von Störungen durch Übersprechen durch eine Matrixnotation, und wobei die Matrixnotation durch eine Ausbreitungsmatrix und einen Spaltenvektor komplexer Gewichtungen definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Spaltenvektor komplexer Gewichtungen einen oder mehrere Treiber mit einer Länge beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, beinhaltend den Schritt der Berechnung einer Ausbreitung unter Berücksichtigung eines Treibers und der Kontrollpunkte unter Verwendung einer numerischen Näherung einer Rayleigh-Lösung für einen Schalldruck auf einer starren Kugel.
Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend den Schritt der Berücksichtigung der messungsbasierten Okklusion des menschlichen Kopfes.