TWI492640B - 將一個具有數個麥克風的拾音器的麥克風信號混波的方法與裝置 - Google Patents

將一個具有數個麥克風的拾音器的麥克風信號混波的方法與裝置 Download PDF

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Description

將一個具有數個麥克風的拾音器的麥克風信號混波的方法與裝置
本發明關於申請專利範圍第1項引文的一種方法。
在WO 2004/084185 A1提到一種此類方法。
為了在製造音樂保留(Musikkonserven)、影片、無線電發送、聲波建檔(Schallarchive)、電腦遊戲、多媒體教學或網際網路顯示(Internet-Prsenz)用的拾音器(Tonaufnahme，英：tone pick-up)時能掌握擴充的聲音情景，習知技術中(“音響工作室技術手冊”Michael Dickreiter等人，ISBN 978-3598117657，第211~212頁，230~235頁，265~266頁，439頁，479頁)提到使用數個麥克風代替單一麥克風，為此一般使用「多麥克風拾音器」的印象。舉例而言，擴充的聲音情景可為一個音樂廳，內有一個由許多樂器組成的管弦樂團。此處，要掌握聲音的細節，係在各單獨的樂器附近放一個白的麥克風，且另外為了掌握音響的整體大局，包含音樂廳中的迴響(Nachhall，英：revervation)及聽眾席的噪音，故在較大距離處設有其他麥克風。
擴充的音響場面的另一例為一個由數個打擊樂器組成的打擊樂團，它在錄音室中錄音。在「多麥克風聲音拾取」的場合，在此情形，在各單獨打擊樂器前方附近各放一麥克風，並在打擊手上方設一附加麥克風。
這種麥克風拾音方式可使儘量多的聲音與音響的性質不論是場面的細節或整體──都能以高品質掌握，並提供令人滿意的美感，多數麥克風的各麥克風的信號一般係呈多聲道錄音方式錄音，在隨後麥克風信號混波時，作進一步創造的工作，在特別的情形也可直接現場直接(live)混波，且只將混波的結果錄音。
混波的創作目的一般係為所有聲音來源的音響強度的均衡的比例、自然的音響以及音響整體的近平真實的空間印象。
在傳統混波技術，在一混音控制台(Tonmischpult，英tone-mixing console)中或數位式切音系統(Tonschnittsystem)的混波功能中，將送來的麥克風信號作累加(Summierung)，用一累加器(“滙流排”)執行，它係一種一般的數學加法的工程實施。圖1中的例子顯示一傳統混音控制台或數位式切音系統的信號路徑中的個別累加作用。圖2的例子顯示在一傳統混音控制台中或數位式切音系統中的信號路徑中的累加器(“滙流排”)中累加級先後串接。在圖1及圖2中的圖號如下示：
(100)　表示一第一麥克風信號
(101)　表示一第二麥克風信號
(110)　表示一根據加法的累加級
(111)　表示一總和信號
(199)　表示一結果信號
(200)　表示一第n個總和信號
(201)　表示一第n+2個麥克風信號
(210)　表示一第n+1個根據加法的累加級
(211)　表示一第n+1個總和信號
在多麥克風拾音的場合，由於聲音不可避免的多路徑傳播，因此至少二個麥克風信號含有一些聲音成分係由一個及同一聲源引起。因為不同的聲音路徑，這些聲音成分經不同的時間到達麥克風，故在傳統方式在累加器中作混波技術時產生櫛狀濾波效果(Kammfiltereffekt，英：comb-filter effect)。此效果可聽出(呈聲波變化方式)且和所希望的聲音自然性背道而馳，在傳統的混波技術，這種由於櫛狀濾波效果的聲音變化可藉著將所錄存的麥克風信號作可調整的放大(如有必要並作可調整的延遲)而減少，這種減少作用在目前如果多路徑聲音傳播係來自多於一個的聲源，則只能在很有限的程度達成，但在各種情形下，在混音控制台及數位切音系統須花可觀的調整成本，以找出最佳的妥協方式。
在較早的DE 10 2008 056 704提到一種「向下混波」(所謂的“Downmixing”)以由一種多聲道(例如五聲道)聲音格式產生二聲道的聲音格式，利用它反應出似幻影(Phantom)的聲源。在此，各將二個輸入信號累加，其中將該二個要累加的輸入信號之一的頻譜(spektral)係數利用一修正因數作加權(Gewichtung)，該利用修正因數作過加權的輸入信號比另一個輸入信號更優先[優先化(priorisiert，英：priorized)]。但在DE 10 2008 056 704所述之修正因數的測定使得在一些情形時(其中所優先化的信號的振幅比來優先化的信號的振幅小)，可聽到干擾性的副噪音(副雜訊)(Nebengerusch)。固然這種干擾發生的機率不大，但無法改變。
在WO 2004/089 185 A1提到，在一種利用數個麥克風將一拾音器的麥克風信號混波的方法中，由一第一麥克風信號及第二麥克風信號形成掃瞄值的重疊的時間窗孔的頻譜值，第一麥克風信號的頻譜值在一第一累加級中分配到第二麥克風信號的頻譜值，形成一第一總和信號的頻譜值，其中將二麥克風信號之一的頻譜值作音量(力度)(dynamisch)的修正。由第一總和信號的頻譜值形成一結果信號的頻譜值，將它作一道反傅立葉轉換(inverse Fourier-Transformation)及作方塊的組合。對於掃瞄值的各方塊，用此方式決定個別的修正因數，這種音量修正[它係將頻譜係數依信號而定作權重，而非作一般的加法]在多麥克風混聲時可減少不想要的櫛狀濾波效應(Kammerfiltereffekt)，這種效果係在混音控制台(Tonmischpult)或切音系統(Tonschnittsystem)的累加元件中利用一般的加法產生者。在目前，如果優先化的信號的振幅比未優先化的信號的振幅小，則在這種方法會聽到干擾性的副噪音。
本發明的目的在將多麥克風拾音器混波時由於聲音成分多路徑傳播造成的聲音變化作補償。
這種目的係利用申請專利範圍第1項的特徵點達成。
本發明的方法的有利的設計及進一步特點見於申請專利範圍附屬項。
本發明茲利用圖3～圖6所示之實施例說明。
圖3顯示一實施本發明方法的裝置的一般方塊圖。一第一麥克風信號(100)及一第二麥克風信號(101)各送到各一個相關的方塊形成及頻譜轉換單元(320)，在這些單元(320)中，送來的麥克風信號(100)(101)先分成信號片段(它們在時間上互相重疊)的方塊，然後將形成的方塊作傅立葉轉換。由此，在方塊(320)輸出端產生第一麥克風(100)的頻譜信號(300)或第二麥克風(101)的頻譜信號(301)。然後這些頻譜信號(300)(301)送到一第一累加級(310)，它由頻譜值產生第一總和信號的頻譜值(311)。此類譜值(311)同時構成一結果信號的頻譜值(399)，它先在一單元(330)中作一道反傅立葉轉換。然後將如此產生的反頻譜值組合成方塊，如此產生的這種時間重疊的信號部段的方塊累積(akkumulieren)到結果信號(199)。
在圖4中所示之方塊圖，結構上和圖3的方塊圖相似，但有一重要不同處：頻譜值(399)並非同時代表頻譜值(311)。反而是在圖4中，在頻譜值(311)與頻譜值(399)之間放入一個或數個相同的構造組(700)，它們各由一「方塊形成及頻譜轉換單元」(320)及一第n+1個累加級(410)構成。這些構造組(700)在圖4中為了簡明起見，只顯示單一構造組(700)的方塊圖，它在下文將說明。其中數目指數n表示遞進的數目，上述構造組(700)前後串接係表示：在串接列的開始處，該頻譜值(400)同時形成第一總和信號(311)的頻譜值，而在串接列的末端該頻譜值(411)同時形成結果信號(399)的頻譜值。在此串接列的所有其他部段，一累加級(410)的頻譜值(411)同時構造隨後累加級(410)的頻譜值(400)，有一第n+2個麥克風信號(20)送到該串接列的一構造組(700)的各方塊形成及頻譜轉換單元(320)；在此單元中，該信號分割成時間重疊的信號部段，將所形成之時間重疊的信號部段的方塊作傅立葉轉換，由此產生第n+2個麥克風信號的頻譜值(401)。然後將第n個總和信號的頻譜值(400)和第n+2個麥克風信號的頻譜值(401)送到第n+1個累加級(410)，它由這些值產生第n+1個總和信號的頻譜值(411)。
圖5顯示第一累加級(310)的細節，在此累加級(310)中將第一麥克風信號(100)的頻譜值(300)和第二麥克風信號(101)的頻譜值(301)送到一關聯單元(500)，在該單元中，各依製造商或使用者的相關選擇而定，將此單元(500)的輸出信號(501)(502)作優先化。可以有二種不同的關聯：當輸出信號(501)優先化時，所要優先化的信號(501)的頻譜值A(k)和頻譜值(301)作關聯，而不要優先化的信號(502)的頻譜值B(k)和頻譜值(301)關聯。優先化關聯的選擇決定音響的整體的空間印象，且對應於創造者的需求。一種典型可能方式係將一些麥克[它們係用於檢出音響的整體(所謂的主麥克風)]的信號或依本發明形成的總合信號與優先化的信號路徑相關聯，而另一些麥克風[它們定位在音源附近(所謂的輔助麥克風)]的信號與未優先化的信號路徑相關聯。所要優先化的信號(501)之關聯的頻譜值A(k)與不要優先化的信號(502)的頻譜值B(k)再送到一個修正因數值m(k)的計算單元(510)，它由頻譜值A(k)及B(k)計算出修正因數值m(k)當作輸出信號(511)，其計算如下：
該修正因數m(k)係如下計算：
eA(k)=實數[A(k)]‧實數[A(k)]+虛數[A(k)]‧虛數[A(k)]
x(k)=實數[A(k)]‧實數[B(k)]+虛數[A(k)]‧虛數[B(k)]
w(k)=D‧x(k)/eA(k)
或以下計算
eA(k)=實數[A(k)]‧實數[A(k)]+虛數[A(k)]‧虛數[A(k)]
eB(k)=實數[B(k)]‧實數[B(k)]+虛數[B(k)]‧虛數[B(k)]
x(k)=實數[A(k)]‧實數[B(k)]+虛數[A(k)]‧虛數[B(k)]
w(k)=D‧x(k)/[eA(k)+L‧eB(k)]
m(k)=[w(k)2 +1]1/2 -w(k)
其中
m(k)表示第k個修正因數
A(k)表示所要優先化的信號的第k個頻譜值
B(k)表示不要優先化的信號的第k個頻譜值
D表示補償程度
L表示補償限度的程度。
該補償的程度D係一數值，此數值決定該由於櫛狀濾波效果造成的聲音變化要作多少量的補償，其中該D的值各依裝置需求及所要的聲音效果而定作選擇。它係各依裝置的需求及所希望的音響效果而定作選擇，且如果該程度D的值在0～1範圍，其中對於D=0，聲音正好相當於傳統混波的聲音，而D=1，則造成櫛狀濾波效果完全遠離。
對於D在0～1之間的值，對應地產生在D=0及D=1之間的音響效果。
補償的限度的程度L決定一數值，此數值決定有干擾感的副噪音發生的機率要減少多少的量，其中，如果所要優先化的麥克風信號的振幅比起不要優先化的麥克風信號的振幅小，就有種機率。此處L0。如果L=0，則該干擾性副噪音的機率不減少。此程度L選設成使得依經驗不會再感覺到有副噪音，程度L的典型值在0.5數量級。程度L越大，則干擾機率越小，但如此一來，聲音變化的補償(這種補償係藉調整D決定)也部分地減少。
所要優先化的信號(501)的頻譜值A(k)另外還送到一乘法器(520)，而不要優先化的信號(502)的頻譜值B(k)另外送到一加法器(530)。此外將計算單元(510)的輸出信號(511)的修正因數值m(k)送到乘法器(520)，它在該處與頻譜值A(k)作複數(komplex)(依實數部分及虛數部分)相乘。乘法器(520)的結果值送到加法器(530)，在該處它與不要優先化的信號(502)的頻譜值B(k)作複數(依實數部分和虛數部分)相加。由此產生第一累加級(310)的第一總和信號的頻譜值。
因此優先化的決定性因素為將修正因數m(k)與在加法器(530)中作的加法的二個和(Summand)之一相乘。因此這個和的整個信號途徑從麥克風信號輸入端一直「優先化」到加法器(530)為止。
圖6顯示第n+1個累加級(410)的細節，第n+1個累加級(410)的構造和第一累加級(310)相同，但有一點不同：此處該第n個總和信號的頻譜值(400)和第n+2個麥克風信號的頻譜值(401)送到關聯單元(500)，此外，加法器(530)的結果值形成第n+1個總和信號的頻譜值(411)。
(100)．．．第一麥克風信號
(101)．．．第二麥克風信號
(110)．．．根據加法的累加級
(111)．．．總和信號
(199)．．．結果信號
(200)．．．第n個總和信號
(201)．．．第n+2個麥克風信號
(210)．．．第n+1個根據加法的累加級
(211)．．．第n+1個總和信號
(300)．．．第一麥克風(100)的頻譜信號
(301)．．．第二麥克風(101)的頻譜信號
(310)．．．第一累加級
(311)．．．總和信號的頻譜值
(320)．．．方塊形成及頻譜轉換單元
(330)．．．反頻譜轉換及方塊組合單元
(399)．．．結果信號的頻譜值
(400)．．．第n個總和信號的頻譜值
(401)．．．第n+2個麥克風信號的頻譜值
(410)．．．第n+1個總和信號的頻譜值
(500)．．．關聯單元
(501)．．．要優先化的信號的頻譜值A(k)
(502)．．．不要優先化的信號的頻譜值B(k)
(510)．．．修正因數值的計算單元
(511)．．．修正因數值m(k)
(520)．．．乘法器加法器單元
(700)．．．第n個構造組[由單(320)及第n+1個累加級(410)構成]
圖1係顯示一傳統混音控制台或數位式切音系統的信號路徑中的個別累加作用；
圖2係顯示在一傳統混音控制台中或數位式切音系統中的信號路徑中的累加器(“滙流排”)中累加級先後串接；
圖3係用於實施本發明方法的裝置的一般性方塊圖；
圖4係如圖3的類似方塊圖，但有一點不同，第一累加級擴充了多數的其他累加級；
圖5係在圖3及圖4所設之第一累加級的方塊圖；
圖6係在圖4所設之另一累加級的方塊圖。
(100)．．．第一麥克風信號
(101)．．．第二麥克風信號
(199)．．．結果信號
(300)．．．第一麥克風(100)的頻譜信號
(301)．．．第二麥克風(101)的頻譜信號
(310)．．．第一累加級
(311)．．．總和信號的頻譜值
(320)．．．方塊形成及頻譜轉換單元
(330)．．．反頻譜轉換及方塊組合單元
(399)．．．結果信號的頻譜值

Claims (12)

  1. 一種將具有數個麥克風的拾音器(多麥克風拾音器)的麥克風信號混波的方法，將聲波成分作多路徑傳播，在此方法中：--將一第一麥克風信號(100)及一第二麥克風信號(101)各形成掃描值的方塊及作傅立葉轉換，其中形成各麥克風信號(101)(102)的頻譜值(300)(301)，--將第一麥克風信號(100)的頻譜值(300)在一第一累加級(310)中分配到第二麥克風信號(101)的頻譜值，形成一第一總和信號的頻譜值，其中將二個麥克風信號(100)(101)之一頻譜值(300)或(301)作音量修正，--由第一總和信號的頻譜值(311)形成一結果信號的頻譜值(399)，--將該結果信號的頻譜值(399)作反傅立葉轉換及將掃瞄值的方塊組合，其中形成該結果信號，將該二個麥克風信號(100)(101)之一的頻譜信號(300)或(301)選出，以從第一麥克風信號(100)的頻譜信號(300)和第二麥克風信號(101)的頻譜信號(301)形成第一總和信號的頻譜值(311)，此選出的信號係要相對於另一個信號作優先化，將所要優先化的信號的頻譜值〔A(k)〕乘以各相關的修正因數m(k)，且將那些不要作優先化的信號的頻譜值〔B(k)〕與該要優先化的信號的修正過的頻譜值m(k)相加，以形成一結果信號(399)的頻譜信號， 該修正因數m(k)係如下計算：eA(k)=實數〔A(k)〕．實數〔A(k)〕+虛數〔A(k)〕．虛數〔A(k)〕 eB(k)=實數〔B(k)〕．實數〔B(k)〕+虛數〔B(k)〕．虛數〔B(k)〕 x(k)=實數〔A(k)〕．實數〔B(k)〕+虛數〔A(k)〕．虛數〔B(k)〕 w(k)=D．x(k)/〔eA(k)+L．eB(k)〕 m(k)=〔w(k)2 +1〕1/2 -w(k)且m(k)表示第k個修正因數A(k)表示所要優先化的信號的第k個頻譜值B(k)表示不要優先化的信號的第k個頻譜值D表示補償程度L表示補償限度的程度，補償的限度的程度L決定一數值，此數值決定有干擾感的副噪音發生的機率要減少多少的量，其中，如果所要優先化的麥克風信號的振幅比起不要優先化的麥克風信號的振幅小，就有這種機率。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：將第一累加級(310)擴充了多數的N個其他累加級(310)，各在該第n+1個累加級(410)中將一第n+2個麥克風信號形成掃瞄值的方塊並作傅立葉轉換，其中形成第n+2個麥克風信號(201)的頻譜值，各在第n+1個累加級(410)中將第n個總和信號的頻譜值(40)分配到第n+1個麥克風信號的頻譜值(401)，形成一第n+1個總和信號的頻譜值(411)， 其中將該第n個總和信號的頻譜值(400)或第n+2個麥克風信號(201)的頻譜值(401)作音量修正，各在該第n+1累加級(410)中從第n個總和信號的頻譜值(400)及第n+2個麥克風信號(201)的頻譜值(401)將二麥克風信號之一的頻譜值(400)或(401)選出，該選出的信號係要相對於另一個信號作優先化者，其中n=〔1......N〕表示累加級的連續的數目，且N表示該擴充的累加級的數目。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該補償的程度D係一數值，此數值決定該由於櫛狀濾波效果造成的聲音變化要作多少量的補償，其中該D的值各依裝置需求及所要的聲音效果而定作選擇。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中：該程度D的值在0~1範圍，其中對於D=0、聲音正好相當於傳統混波的聲音，而D=1，則造成櫛狀濾波效果完全遠離。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該補償的限度的程度L大於或等於0，其中當L=0時，不必將干擾性副噪音的機率減少，且該程度L選設成依經驗判斷已不再會有干擾感的副噪音。
  6. 如申請專利範圍第1或第5項之方法，其中：該補償的限度的程度在0.5的數量級。
  7. 一種用於將一聲音拾取器的麥克風信號混波的裝置，其具有多個麥克風(麥克風拾取器)其中將聲波成分作多路徑傳播，--將一第一麥克風信號(100)及一第二麥克風信號(101)各形成掃描值的方塊及作傅立葉轉換，其中形成各麥克風信號(101)(102)的頻譜值(300)(301)，--將第一麥克風信號(100)的頻譜值(300)在一第一累加級(310)中分配到第二麥克風信號(101)的頻譜值，形成一第一總和信號的頻譜值，其中將二個麥克風信號(100)(101)之一頻譜值(300)或(301)作音量修正，--由第一總和信號的頻譜值(311)形成一結果信號的頻譜值(399)，--將該結果信號的頻譜值(399)作反傅立葉轉換及將掃瞄值的方塊組合，其中形成該結果信號，將該二個麥克風信號(100)(101)之一的頻譜信號(300)或(301)選出，以從第一麥克風信號(100)的頻譜信號(300)和第二麥克風信號(101)的頻譜信號(301)形成第一總和信號的頻譜值(311)，此選出的信號係要相對於另一個信號作優先化，將所要優先化的信號的頻譜值〔A(k)〕乘以各相關的修正因數m(k)，且將那些不要作優先化的信號的頻譜值〔B(k)〕與該要優先化的信號的修正過的頻譜值m(k)相加，以形成一結果信號(399)的頻譜信號，該修正因數m(k)係如下計算：eA(k)=實數〔A(k)〕．實數〔A(k)〕+虛數〔A(k)〕．虛數〔A(k)〕 eB(k)=實數〔B(k)〕．實數〔B(k)〕+虛數〔B(k)〕．虛數〔B(k)〕 x(k)=實數〔A(k)〕．實數〔B(k)〕+虛數〔A(k)〕．虛數〔B(k)〕 w(k)=D．x(k)/〔eA(k)+L．eB(k)〕 m(k)=〔w(k)2 +1〕1/2 -w(k)且m(k)表示第k個修正因數A(k)表示所要優先化的信號的第k個頻譜值B(k)表示不要優先化的信號的第k個頻譜值D表示補償程度L表示補償限度的程度，補償的限度的程度L決定一數值，此數值決定有干擾感的副噪音發生的機率要減少多少的量，其中，如果所要優先化的麥克風信號的振幅比起不要優先化的麥克風信號的振幅小，就有這種機率。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中：將第一累加級(310)擴充了多數的N個其他累加級(310)，各在該第n+1個累加級(410)中將一第n+2個麥克風信號形成掃瞄值的方塊並作傅立葉轉換，其中形成第n+2個麥克風信號(201)的頻譜值，各在第n+1個累加級(410)中將第n個總和信號的頻譜值(40)分配到第n+1個麥克風信號的頻譜值(401)，形成一第n+1個總和信號的頻譜值(411)，其中將該第n個總和信號的頻譜值(400)或第n+2個麥克風信號(201)的頻譜值(401)作音量修正，各在該第n+1累加級(410)中從第n個總和信號的頻譜 值(400)及第n+2個麥克風信號(201)的頻譜值(401)將二麥克風信號之一的頻譜值(400)或(401)選出，該選出的信號係要相對於另一個信號作優先化者，其中n=〔1......N〕表示累加級的連續的數目，且N表示該擴充的累加級的數目。
  9. 如申請專利範圍第7或第8項之裝置，其中：該補償的程度D係一數值，此數值決定該由於櫛狀濾波效果造成的聲音變化要作多少量的補償，其中該D的值各依裝置需求及所要的聲音效果而定作選擇。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中：該程度D的值在0~1範圍，其中對於D=0、聲音正好相當於傳統混波的聲音，而D=1，則造成櫛狀濾波效果完全遠離。
  11. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中：該補償的限度的程度L大於或等於0，其中當L=0時，不必將干擾性副噪音的機率減少，且該程度L選設成依經驗判斷已不再會有干擾感的副噪音。
  12. 如申請專利範圍第7或第8項之裝置，其中：該補償的限度的程度在0.5的數量級。
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