專利名稱：包括聲音再現(xiàn)構(gòu)件和耳塞式麥克風(fēng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括用于記錄聲音的耳塞式麥克風(fēng)和用于產(chǎn)生聲音的聲音再現(xiàn)構(gòu)件以及對由所述聲音再現(xiàn)構(gòu)件產(chǎn)生的聲音信號進行控制的構(gòu)件的聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聲音再現(xiàn)構(gòu)件用在音響器材(比如(汽車)CD播放器)中或用于音響器材，并且包括，例如，頭戴耳機。
耳塞式麥克風(fēng)在本發(fā)明的概念中要理解為在人的單耳或雙耳中或附近使用的麥克風(fēng)。
聲音再現(xiàn)構(gòu)件，例如，頭戴耳機，包括用于產(chǎn)生聲音的構(gòu)件(通常是小揚聲器)。將記錄下來的聲音信號(語音或音樂)發(fā)送給(兩個)頭戴耳機，并且頭戴耳機中的發(fā)聲器產(chǎn)生聲音。不過，收聽者將會把所產(chǎn)生的聲音感覺為是在頭部內(nèi)部或非常接近頭部地產(chǎn)生的，或者更加一般地說，是在聲音再現(xiàn)構(gòu)件的位置上(實際產(chǎn)生聲音的位置上)產(chǎn)生的，除非對聲音信號進行了調(diào)整。未經(jīng)調(diào)整的聲音感覺上是不自然的。我們知道，可以通過使用所謂的雙耳記錄借助兩耳中的麥克風(fēng)記錄聲音來至少部分地克服這些缺陷。雖然雙耳記錄提高了聲音的感覺效果，但是問題仍然存在。在這點上一個重要的方面是聲音由外部聲源到頭部及其耳廓的傳遞特性，所謂的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)，即，在實際聽到之前，聲音由頭部及耳廓本身衰減和改變的方式。
使用雙耳記錄，通常使用‘標(biāo)準(zhǔn)頭部’。HRTF取決于頭部和耳朵的實際形狀和形態(tài)，并且人與人之間基本上是不同的。而且，取決于麥克風(fēng)的位置，所記錄的聲音在通過頭戴耳機回放的同時，兩次穿過耳道或者兩次受到耳廓的影響，這使得在記錄期間聲音與再現(xiàn)聲音不同。而且頭戴耳機本身的傳遞函數(shù)對發(fā)聲有不利影響。雖然已經(jīng)利用了均衡器來減輕這些不利影響，但是這樣的均衡裝置僅能部分地消除這些問題。在Blauert所著的《人聲心理物理學(xué)(The Psychophysicsof Human sound)》(1983，MIT Press，第50-51頁)中示意性地給出了這樣的系統(tǒng)的一個實例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種本文開頭段落中介紹的那樣的、具有改善的聲音再現(xiàn)的聲音系統(tǒng)。
為此目的，該系統(tǒng)的特征在于，該系統(tǒng)包括用于存儲由麥克風(fēng)記錄的聲音信號的存儲裝置，和所記錄的信號的輸入端，用于所記錄的聲音信號經(jīng)過自適應(yīng)濾波器在頭戴耳機上的再現(xiàn)，該系統(tǒng)包括反饋系統(tǒng)，該反饋系統(tǒng)包括輸入端、自適應(yīng)濾波器、至少一個耳塞式麥克風(fēng)和比較構(gòu)件，該比較構(gòu)件用于將來自于存儲裝置的輸入信號與再現(xiàn)所述輸入信號期間由麥克風(fēng)接收到的信號進行比較，所述比較構(gòu)件給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器的比較信號。
在按照本發(fā)明的系統(tǒng)中，消除了或者至少減小了傳遞函數(shù)變化的不利影響。該裝置包括用于將輸入信號與頭戴耳機上的信號進行比較的比較構(gòu)件。這使得由麥克風(fēng)記錄的信號能夠得以在重放期間與最初記錄的信號進行比較。所記錄的信號一方面可以(作為輸入信號)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器發(fā)送給頭戴耳機的揚聲器，另一方面可以將所記錄的信號(作為輸出信號)與從耳塞式麥克風(fēng)接收到的信號進行比較，給出比較信號，該比較信號是輸入和輸出之間的差。使用比較信號對自適應(yīng)濾波器進行調(diào)節(jié)，以使比較信號最小。在理想情況下，比較信號為零，在這種情況下，在再現(xiàn)期間，麥克風(fēng)所處的位置上的聲音信號剛好與原始信號相同。歷經(jīng)比較構(gòu)件和自適應(yīng)濾波器的反饋環(huán)和在記錄的時候以及在重放期間使用麥克風(fēng)這一行為消除了公知系統(tǒng)的很多缺點。
本系統(tǒng)的優(yōu)點還在于，與麥克風(fēng)傳遞函數(shù)無關(guān)。
最好，該系統(tǒng)包括用于在比較構(gòu)件之前延遲所記錄的信號的延遲裝置。
信號通過自適應(yīng)濾波器、聲音再現(xiàn)構(gòu)件(例如頭戴耳機)和耳塞式麥克風(fēng)會花費一些時間。在將輸入信號與重放期間由麥克風(fēng)記錄的信號進行比較之前，對輸入信號使用延遲裝置改善了該系統(tǒng)。
最好該系統(tǒng)包括在進行比較之前改變輸入信號的構(gòu)件。
通過參閱下文中介紹的實施方式，本發(fā)明的這些和其它的目的將會變得顯而易見，并且本發(fā)明的這些和其它的目的是參照下文中介紹的實施方式加以闡明的。


在附圖中附圖1示意性地表示一種公知系統(tǒng)。
附圖2示意性地表示按照本發(fā)明的系統(tǒng)。
附圖3示意性地表示按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一種實施方式。
附圖4示意性地表示按照本發(fā)明的系統(tǒng)的再另一種實施方式。
附圖5A和5B示意性地表示按照本發(fā)明的系統(tǒng)的再另一種實施方式，其中結(jié)合了頭部跟蹤構(gòu)件。
附圖6表示在按照本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的計算機程序或計算機程序代碼的載體。
這些附圖都是示意性的并且并非是按比例畫出的。
具體實施例方式
附圖1示意性地表示一種已知系統(tǒng)。模型或真人的頭部1戴有位于耳朵附近的麥克風(fēng)。管弦樂隊在演奏一段音樂。
為了簡便起見，原始音樂片斷用信號S1表示。記錄信號S2由信號S1得到并且可以寫為(以略微簡化的形式)S2＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
在本申請中，寫有“傳遞函數(shù)”的地方，意思是指一個聲音信號與另一個聲音信號或者一組數(shù)據(jù)與另一組數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。這可能是相對簡單的函數(shù)，不過也可能包括使用幾個矩陣的數(shù)據(jù)的復(fù)雜的矩陣相乘。
管弦樂隊在例如音樂廳的環(huán)境中離開頭部一定距離進行演奏，并且這改變了信號S1。這由“樂隊-頭部的傳遞函數(shù)”表示。這個傳遞函數(shù)與頭部或者外耳或耳廓的形狀或形態(tài)無關(guān)。第二個傳遞函數(shù)，頭部相關(guān)傳遞函數(shù)，顧名思義，取決于頭部，即，取決于例如頭部、外耳、耳廓的形狀和大小。
這個信號S2是麥克風(fēng)處的信號。這個信號由麥克風(fēng)記錄，記錄成存儲裝置2(磁帶、CD等)中的信號S3。所記錄的信號是S3。麥克風(fēng)本身也影響所存儲的信號S3，該信號S3由麥克風(fēng)的傳遞函數(shù)表示，即為S3＝S2*麥克風(fēng)的傳遞函數(shù)。
這就是所存儲的信號S3。在標(biāo)準(zhǔn)雙耳記錄中，通常使用模型頭部，尤其是在麥克風(fēng)處于耳廓當(dāng)中的時候。在這樣的記錄中，‘頭部相關(guān)傳遞函數(shù)’于是就是模型頭部的傳遞函數(shù)。在回放信號并且直接將信號輸送給真人戴的頭戴耳機的時候，通過頭戴耳機回放信號S3，從而給出信號S4。信號S3于是構(gòu)成了輸入信號。
S4＝S3*頭戴耳機的傳遞函數(shù)。
最后這個信號S4達到耳朵處，是為信號S5。
S5＝S4*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
注意，頭部相關(guān)傳遞函數(shù)通常還取決于(多個)聲源與頭部的相對位置，因此記錄期間和回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)可能不相同。
頭部相關(guān)傳遞函數(shù)取決于頭部，因此實際上頭與頭之間是不同的。在很多公知的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是使用模型頭部獲得的。
縱覽整個記錄和回放周期，S1(來自管弦樂隊的信號)和S5(在記錄并回放之后接收到的信號)之間的關(guān)系可以寫為S5＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(對應(yīng)于模型頭部)*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*頭戴耳機傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(對應(yīng)于戴著頭戴耳機的真人)。
為了給出實際聽到的聲音的真實再現(xiàn)，這個信號S5應(yīng)當(dāng)與信號S2相同，因為S5將由戴著頭戴耳機的人接收，頭戴耳機沒有某種類型的濾波器是不能實現(xiàn)這種情況的。公知的裝置使用均衡濾波器3來設(shè)法實現(xiàn)這種情況。濾波器3本質(zhì)上是將輸入信號S3與濾波器傳遞函數(shù)Fr相乘。
S5＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*濾波器傳遞函數(shù)(Fr)*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)。
在理想情況下，濾波器傳遞函數(shù)Fr等于(麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù))-1，即，麥克風(fēng)傳遞函數(shù)、頭戴耳機的傳遞函數(shù)和回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的乘積的倒數(shù)，得出S5＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*(麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù))-1*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)＝S2。
在使用模型頭部來進行記錄的時候，在理想情況下，濾波器的傳遞函數(shù)還要考慮記錄期間的模型頭部的頭部傳遞函數(shù)與回放期間真人頭部的傳遞函數(shù)之間的差異。不過，可以僅對要由濾波器3使用的傳遞函數(shù)加以估計或者從理論上導(dǎo)出。傳遞函數(shù)需要計算得出，而計算過程會引入誤差。必須要針對各個頻率確定傳遞函數(shù)，這要么需要很大的計算量，而這樣的計算過程本身可能就是誤差源，要么必需使用一個頻段的平均傳遞函數(shù)，同樣也會引入誤差。所有的傳遞函數(shù)不僅取決于聲源(真實的或模擬的)和耳朵的相對位置，在某種程度上還取決于其它因素，比如聲源或耳朵附近的物體，它們可能會反射或改變聲波，并且因此會影響傳遞函數(shù)。
尤其是對于較高的頻率，傳遞函數(shù)由于頭部和耳道的形狀而難以確定，并且人與人之間各不相同，甚至可能會取決于諸如戴著一頂帽子這樣的因素。簡言之，頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF是高個人性傳遞函數(shù)。即使相對簡單的傳遞函數(shù)，比如麥克風(fēng)傳遞函數(shù)和頭戴耳機的傳遞函數(shù)也必須要加以計算，并且有時候要比我們想象的復(fù)雜得多。
在公知的系統(tǒng)中，濾波器3具有固定的濾波函數(shù)，即使對計算傳遞函數(shù)不會有問題(會有問題)，固定的濾波函數(shù)也只能是某種不能考慮從一開始就不知道的影響(比如頭部、耳道的形狀和尺寸、溫度、用戶是否戴著帽子等)的平均濾波函數(shù)。
簡言之，在公知的系統(tǒng)中，需要計算任何一個傳遞函數(shù)并且計算過程會引入誤差，對于每一個頻率，都必須要確定傳遞函數(shù)，這要么需要很大的計算量(這樣的計算過程本身可能就是誤差的來源)，要么就必須使用對應(yīng)于頻帶的平均傳遞函數(shù)(這樣也會引入誤差，并且所有的傳遞函數(shù)在一定程度上還取決于其它的因素，比如聲源或耳朵附近可能會反射或改變聲波且因此影響傳遞函數(shù)的物體和溫度)。沒有哪種固定傳遞函數(shù)能夠考慮這樣的相關(guān)性，而且也不能考慮不同頭部的傳遞函數(shù)之間的差異。
這樣，使用公知的系統(tǒng)，很難獲得逼真的再現(xiàn)效果，并且需要改善聲音再現(xiàn)效果。人在音樂會(或足球比賽或他/她所處的任何場所)期間聽到的，之后就不會再聽到了。因此，如果不是一切皆有可能，真實重新體驗當(dāng)時的感受是很困難的。我們注意到，很多系統(tǒng)提供了“提高”聲音質(zhì)量的可能性，乃至自動提高聲音質(zhì)量的可能性。為了喚起記憶，需要逼真的回放，或者至少是接近于逼真的回放。本發(fā)明的一個目的就是為提供經(jīng)過改善的逼真播放可能性的系統(tǒng)提供聲音再現(xiàn)。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種確實能夠?qū)崿F(xiàn)更加逼真重現(xiàn)的系統(tǒng)。
附圖2表示按照本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式，圖中僅給出了針對右耳的情況。
該系統(tǒng)包括一個或多個處于耳朵內(nèi)或附近的麥克風(fēng)M_R。這個麥克風(fēng)收錄聲音并且借助該麥克風(fēng)在存儲裝置2(該圖中亦標(biāo)為ST)上制作錄音。在記錄期間，將開關(guān)Sa設(shè)置成使信號發(fā)送到記錄裝置2(由開關(guān)Sa中的實線表示)。在回放期間，要改換這些開關(guān)，由這些開關(guān)中的虛線表示，并且將信號S3從存儲裝置2經(jīng)由自適應(yīng)濾波器21輸送到發(fā)聲系統(tǒng)，在這個例子中是頭戴耳機LS_R。這樣，信號S3就構(gòu)成了反饋系統(tǒng)25(由虛線框內(nèi)的單元代表)的輸入信號。這一輸入信號經(jīng)由輸入構(gòu)件24輸送給該反饋系統(tǒng)。麥克風(fēng)差不多處于與記錄期間相同的位置上，并且收錄在回放音樂的時候接收到的聲音S5。在比較器22中，將經(jīng)由麥克風(fēng)接收并發(fā)送過來的信號S6(S6等于S5*麥克風(fēng)的傳遞函數(shù))與所存儲的信號S3進行比較，并且使用這一比較的結(jié)果誤差信號“e”來調(diào)整自適應(yīng)濾波器21的自適應(yīng)濾波函數(shù)AFr。反饋系統(tǒng)25能夠使輸入信號S3(在輸入端24處)與接收信號S6基本相同，信號S6與S3的差(S6-S3)基本為零。
這得到了下列一組等式S3＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)(和現(xiàn)有技術(shù)一樣)S5＝S1*樂隊-頭部的傳遞函數(shù)*記錄期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*自適應(yīng)濾波器21的傳遞函數(shù)AFr*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)和(是回放期間使用麥克風(fēng)和使用比較器22的結(jié)果)
S6＝S5*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)(回放期間經(jīng)麥克風(fēng)得到的信號)若S6＝S3(比較器22兩端)則S6＝S3*麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*自適應(yīng)濾波器21的傳遞函數(shù)*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)且S6＝S3則麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*濾波器傳遞函數(shù)*頭戴耳機傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)＝1則AFr＝自適應(yīng)濾波器21的濾波器傳遞函數(shù)＝(麥克風(fēng)傳遞函數(shù)*頭戴耳機的傳遞函數(shù)*回放期間的頭部相關(guān)傳遞函數(shù))-1這看起來似乎是與附圖1中的公知裝置相同的結(jié)果，但是卻有著重大的差別，例如，每次定義的時候，信號S3中的麥克風(fēng)傳遞函數(shù)都與信號S6中的麥克風(fēng)傳遞函數(shù)相同，不需要計算或估計該麥克風(fēng)傳遞函數(shù)。這就減少了誤差。頭部傳遞函數(shù)是真正的個人化頭部傳遞函數(shù)，而不是得自模型頭部的傳遞函數(shù)，再次規(guī)避或至少減少了另一種誤差來源。不需要估計或計算過程，它們都具有固有誤差。總地來說，將會獲得更加逼真的聲音重現(xiàn)，即，與原來相同。簡言之，該系統(tǒng)包括用于存儲在由麥克風(fēng)進行記錄時的聲音信號S3的存儲裝置2、用于通過自適應(yīng)濾波器21在頭戴耳機上再現(xiàn)所記錄的聲音信號的構(gòu)件和用于將所存儲的信號S3與在再現(xiàn)期間由麥克風(fēng)接收到的信號S6加以比較的構(gòu)件22，所述比較的意味著在操作過程中提供比較信號e來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)發(fā)送給頭戴耳機的信號。
請注意，反饋系統(tǒng)的功能是比如用來將自適應(yīng)濾波器21的設(shè)置值設(shè)置成使得比較器22兩端的信號相等(S3＝S6，即，e＝0)。這與反饋系統(tǒng)的輸入端24上的輸入信號S3的原始狀態(tài)無關(guān)。在按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施方式中，對這一情況加以了利用。當(dāng)收聽者啟動聲音再現(xiàn)構(gòu)件時，暫時使用標(biāo)準(zhǔn)信號(例如，白噪聲)作為輸入端24上的輸入信號(這一信號沒有必要必須由(多個)麥克風(fēng)預(yù)先記錄)。乍看起來，這似乎是多余的并且只會添麻煩，不過，它卻能夠以快速且有效的方式找到濾波器特性AFr的標(biāo)準(zhǔn)值。優(yōu)點是，當(dāng)之后播放所記錄的音樂時，濾波器AFr的設(shè)置值是良好的或者接近良好的，從而不需要或僅需要對這些設(shè)置值進行很小的改動。請回憶一下，某些樂章可能僅有低頻聲音，或者某些頻率在某事之后不會出現(xiàn)，所以至少在收聽所記錄的音樂的開始階段期間，自適應(yīng)濾波器仍然是適應(yīng)的。使用標(biāo)準(zhǔn)信號能夠非?？焖俚卣业酵暾l率范圍的設(shè)置值。按照優(yōu)選實施方式，一旦找到了針對個人的設(shè)置值，就可以將其存儲起來，以便下一次同一個人使用該系統(tǒng)時，使用這個人的起始值來找出確切值，減少精確調(diào)整過程所需的時間。
最好，該系統(tǒng)包括延遲單元或延遲器23，用來在將信號S3與信號S6進行比較之前將信號S3延遲時間Δt。在該系統(tǒng)中，信號S3通過自適應(yīng)濾波器、經(jīng)由頭戴耳機(S4)和麥克風(fēng)(S5)再回到比較器(S6)需要花費一定的時間。使用延遲器，可以顧及到這一時間延遲。請注意，比較器和自適應(yīng)濾波器可以是某種物理電路，在這種情況下延遲是由例如子電路形成的。不過，這些功能的全部或一部分可以用軟件來實現(xiàn)，即，使用計算機程序來實現(xiàn)，例如，時間Δt的延遲可以通過將信號S6的數(shù)據(jù)與所存儲的數(shù)據(jù)進行比較來實現(xiàn)，即，使用指針來實現(xiàn)。
于是等式可以是(t回放是真實時間，即，記錄信號S6的時間)S6(t回放)＝S3(t回放-Δt)(如果誤差e＝0)或者換句話說，使用某種計算機程序或程序代碼將所記錄的信號S6與過去某時的存儲數(shù)據(jù)S3進行比較，并且對濾波函數(shù)進行調(diào)整，以使誤差e基本為零。
同樣，濾波器功能可以是某種具有輸入端的濾波電路，不過也可以并且通常是以軟件方式形成的，即，實現(xiàn)具有輸入數(shù)據(jù)S3、來自比較過程的用于調(diào)節(jié)(即，設(shè)置自適應(yīng)濾波器)的輸入數(shù)據(jù)和要發(fā)送給頭戴耳機的輸出數(shù)據(jù)的濾波器的功能的計算機程序或計算機程序代碼。尤其在使用數(shù)字記錄和聲音再現(xiàn)的時候，將會利用計算機程序或計算機程序代碼。在本發(fā)明的觀念中，這些功能中的一部分可以以硬件形式具體實現(xiàn)，而另一些可以以軟件形式具體實現(xiàn)。在本發(fā)明的概念中，詞“濾波器”、“用于濾波的構(gòu)件”和“比較器”、“用于比較的構(gòu)件”、“延遲”等都要廣義地加以理解，并且包括例如設(shè)計用于實現(xiàn)上述濾波動作、延遲動作、比較的任何一件硬件(比如濾波電路或濾波器、比較器、延遲線)、任何電路或子電路，以及設(shè)計或編制成用來實現(xiàn)按照本發(fā)明的濾波、延遲、比較操作的任何軟件(計算機程序或子程序或計算機程序組，或者程序代碼)，以及單獨或組合起來起到同樣作用的硬件和軟件的任意組合，而并不局限于所給出的示范性實施方式。
本發(fā)明還具體實現(xiàn)為包括程序在計算機上運行時用在按照本發(fā)明的系統(tǒng)中的程序代碼構(gòu)件的任何計算機程序、具體實現(xiàn)為包括程序在計算機上運行時用在按照本發(fā)明的系統(tǒng)中的存儲在計算機可讀介質(zhì)上的程序代碼構(gòu)件的任何計算機程序產(chǎn)品以及包括這樣的計算機程序代碼構(gòu)件或計算機程序產(chǎn)品的任何計算機可讀介質(zhì)(CD-Rom、磁帶或其它載體)。
附圖3表示本發(fā)明的一種實施方式。
該系統(tǒng)配備了設(shè)置裝置31。使用這個設(shè)置裝置，用戶可以先于比較器22和濾波器21改變信號數(shù)據(jù)S3。乍看起來，這似乎可能會出現(xiàn)矛盾。該系統(tǒng)的目的是使用自適應(yīng)濾波器21提供逼真再現(xiàn)。但是看起來使用設(shè)置裝置來改變信號會遠(yuǎn)離這一目的。
不過本發(fā)明的目的是提供給出逼真再現(xiàn)的可能性的系統(tǒng)，而非必須僅僅將逼真再現(xiàn)強加給用戶。給出使用設(shè)置裝置31改變數(shù)據(jù)的可能性并不與這一目的矛盾，而是僅僅給出了額外的可能性。用戶有可能會想要改變設(shè)置值。他/她于是將有可能聽到他/她原先聽到的之外的某種聲音，例如更大的聲音，但是如果用戶想要更大聲地聽到所記錄的聲音，該優(yōu)選實施方式能夠使得這種想法實現(xiàn)。
可以設(shè)置的第一種功能是聲音的音量，使得用戶能夠越來越大聲地聽到音樂。
可以設(shè)置的另外一種功能是音調(diào)之間的分布狀態(tài)(例如更加加重較高頻率)。
實際上，設(shè)置裝置在很多情況下能夠?qū)崿F(xiàn)比不使用設(shè)置裝置更加逼真的聽者感受。
隨著人們年紀(jì)的增長，耳朵本身的靈敏度會發(fā)聲變化，基本上會變得越來越不敏感，并且對較高頻率的靈敏度會變得越來越差。感冒或疲勞的作用會出現(xiàn)類似的效果。于是很難感受到耳朵處的相同聲音。不過，在理論上，收聽者是能夠感受到相同的聲音的。在某種程度上，可以通過調(diào)高音量和改變頻率范圍內(nèi)的分布狀態(tài)來抵消這些效果，這樣，即使聽力下降，也能夠提供比較接近收聽者曾經(jīng)有過的感受的可能性。當(dāng)然，僅僅能夠部分抵消聽力的下降，然而設(shè)置裝置31對實現(xiàn)更加接近重現(xiàn)感受的目標(biāo)還是很有用的。
目前為止，所給出的所有的例子都僅展示了一只耳朵。附圖4表示雙耳的配置方案。該系統(tǒng)當(dāng)然是附圖2和3種所示的系統(tǒng)的雙倍復(fù)制，但是此外卻有另一種優(yōu)選特性。要考慮左右耳之間的串?dāng)_，就要將左耳信號發(fā)送給右耳自適應(yīng)濾波器，并且反過來也是一樣。
有一點是很清楚的，在本發(fā)明的框架內(nèi)，可以有很多的變形方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到，本發(fā)明并不局限于上文中具體給出和介紹的那些實施方式。本發(fā)明在于各個和每個新穎的特征以及這些特征的各個和每個組合。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記并不限制他們的保護范圍。詞“包括”及其同義詞的使用并不排除存在除了權(quán)利要求中所列出的那些單元之外的單元的可能。在單元之前使用詞“一”或“一個”并不排除存在多個這樣的單元的可能。
其它的變形實施方式可以通過例如下述方式構(gòu)成除了由耳朵附近或耳內(nèi)的麥克風(fēng)記錄的聲音外，還可以將其它的東西記錄在存儲裝置2上，例如，可以記錄電源插座文件或說明、描述記錄期間的設(shè)置的視頻或網(wǎng)絡(luò)攝像機參數(shù)、記錄期間的頭部運動(例如可以由頭部跟蹤器測得)。在后一種情況下，可以得出再現(xiàn)期間的補償。
可以對所記錄的數(shù)據(jù)進行編碼。可以記錄其它的參數(shù)，象說話者的骨傳導(dǎo)，從而能夠再現(xiàn)講話者自己實際感覺到的他自己的聲音?！按鎯ρb置”應(yīng)當(dāng)廣義地加以解釋，例如，可以對數(shù)據(jù)進行傳送，甚至是進行廣播，或者存儲裝置可以是能夠?qū)?shù)據(jù)存儲到盤上以備以后重放地記錄裝置。不過，數(shù)據(jù)本身并不必要存儲在系統(tǒng)本身當(dāng)中，而是可以存儲在某種可以從系統(tǒng)本身當(dāng)中取出的數(shù)據(jù)載體上。所以存儲裝置是用于存儲數(shù)據(jù)的單元，而不管是將其存儲在系統(tǒng)本身內(nèi)部(例如存儲在硬盤上)，還是將其存儲在可取出的載體(例如CD-Rom)上，還是將其廣播或傳送給處于系統(tǒng)本身之外的裝置，以便由這一裝置進行存儲。所以，在本發(fā)明的概念中，術(shù)語存儲裝置包括用于在記錄數(shù)據(jù)的同時經(jīng)某種傳輸渠道(IR傳輸、纜線、因特網(wǎng)等)將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲裝置的裝置。存儲裝置(即，保存所記錄的數(shù)據(jù)的地方)本身可以是按照本發(fā)明的系統(tǒng)的一部分，不過也可以是遠(yuǎn)離該系統(tǒng)。在這些情況下，按照本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括用于將所記錄的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程存儲裝置的通信裝置(本身不必是該系統(tǒng)的一部分)，所述通信裝置構(gòu)成了存儲裝置，是因為它的功能是將所記錄的數(shù)據(jù)發(fā)送給用于進行存儲的存儲裝置，從而存儲(送入存儲器)所記錄的數(shù)據(jù)。
如果在記錄期間進行了回放期間不會進行的頭部運動，那么這些運動對信號的影響會得到解除，或者反過來說，如果在回放模式下存在的頭部運動在記錄階段期間沒有進行，那么信號會以與這些運動相一致的方式發(fā)生改變。這樣，按照優(yōu)選實施方式，所述系統(tǒng)包括用于記錄頭部運動的構(gòu)件。附圖5A表示這樣的實施方式。該系統(tǒng)包括用于記錄頭部運動的系統(tǒng)。在這個例子中，系統(tǒng)包括多個固定點53、54和頭部上的多個裝置51、52。從頭部向固定點發(fā)送信號(例如，IR信號)或反之，能夠確立頭部關(guān)于固定點的取向。假設(shè)在這個例子中，接收器位于頭部之上，則將接收器51、52的信號饋送給存儲裝置2，這樣就記錄了頭部相對于固定點的位置和取向，從而記錄了頭部的運動。對頭部的位置信號進行了存儲。在重放的時候，可以將頭部的位置與回放期間的頭部位置相比較，并且這可以用作改變裝置31的輸入信號，用以改變數(shù)據(jù)，從而顧及了記錄期間、重放期間的頭部運動和/或顧及了頭部位置的差異。在附圖5B中示意性地表示出了這種情況，其中在比較器55中進行在重放期間來自頭部跟蹤裝置的信號與來自存儲裝置2的存儲數(shù)據(jù)之間的比較。這個差是裝置31的輸入信號，在這個例子中，裝置31包括延遲和濾波器，用于相對于記錄期間頭部的位置對重放期間頭部的位置進行校正。利用源和接收器能夠?qū)崿F(xiàn)良好的頭部運動跟蹤。不過，這樣精心設(shè)計的系統(tǒng)可能不總是可以使用的，尤其是在記錄期間。在這樣的情況下，可以仍然利用頭部跟蹤裝置來跟蹤頭部運動，而不使用源和接收器的系統(tǒng)。頭部關(guān)于垂直軸的位置可能例如相對精確并且使用傾斜傳感器很容易測量，這就產(chǎn)生了與對垂直軸的角度相應(yīng)的信號。還可以使用運動傳感器來跟蹤其它方向上的運動。頭部跟蹤裝置可以包括攝像機或由攝像機構(gòu)成。通過對視頻數(shù)據(jù)進行分析，可以(重新)構(gòu)造出頭部的運動。請注意，在按照本發(fā)明的系統(tǒng)的實施方式中，該系統(tǒng)可以包括多個攝像機(或一個攝像機)，用于同時記錄視頻數(shù)據(jù)，即使這些攝像機并不起到頭部跟蹤裝置的作用也是如此。自適應(yīng)濾波所必需的存儲器也可以由存儲裝置‘ST’來實現(xiàn)。因為，用于自適應(yīng)濾波器的FIR濾波器中出現(xiàn)的所有的必需的數(shù)據(jù)已經(jīng)可以在‘ST’中得到。這可以利用指針輕松地實現(xiàn)。
按照簡單的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)具有每耳一個耳塞式麥克風(fēng)，不過，這并非約束條件。按照更加復(fù)雜的優(yōu)選實施方式，為每只耳朵使用了不止一個麥克風(fēng)，即，麥克風(fēng)系統(tǒng)。麥克風(fēng)收錄在該麥克風(fēng)所處的位置上的聲音。不過，真正聽到的是耳鼓所處的位置上的聲音。按照本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)麥克風(fēng)所處的位置上的聲音的逼真再現(xiàn)。然而就耳鼓處的聲音而言，仍然有可能出現(xiàn)小的差異。使用多于一個麥克風(fēng)，從而確保了在接近耳鼓的數(shù)個位置上實現(xiàn)逼真再現(xiàn)，減小了這一差異，從而改善了該系統(tǒng)。
在所給出的例子中，聲音再現(xiàn)構(gòu)件包括頭戴耳機。這構(gòu)成了優(yōu)選實施方式。不過，聲音再現(xiàn)構(gòu)件也可以是其它的聲音再現(xiàn)構(gòu)件，例如汽車中的兩個揚聲器，而且每耳或每系統(tǒng)的聲音再現(xiàn)構(gòu)件的數(shù)量也可以不同。
其它的記錄裝置(例如，用于錄像的裝置)也可以結(jié)合到該系統(tǒng)中。
附圖6示意性地表示包括按照本發(fā)明的計算機程序代碼構(gòu)件或計算機程序產(chǎn)品的計算機可讀介質(zhì)(CD-Rom、磁帶或其它載體)。
本發(fā)明還具體實現(xiàn)為一種通過耳塞式麥克風(fēng)和聲音再現(xiàn)構(gòu)件記錄和再現(xiàn)聲音的方法，在該方法中-由耳塞式麥克風(fēng)記錄聲音數(shù)據(jù)-將所述聲音數(shù)據(jù)存儲在存儲裝置上-再現(xiàn)所述所記錄的聲音數(shù)據(jù)，在該再現(xiàn)期間，所記錄的數(shù)據(jù)是在聲音再現(xiàn)構(gòu)件上進行再現(xiàn)的-所述所記錄的聲音數(shù)據(jù)構(gòu)成反饋系統(tǒng)25的輸入數(shù)據(jù)，該反饋系統(tǒng)包括輸入端24、自適應(yīng)濾波器21、至少一個耳塞式麥克風(fēng)M_R、M_L、至少一個聲音再現(xiàn)構(gòu)件LS_R、LS_L和比較構(gòu)件22，該比較構(gòu)件用于將輸入信號S3與再現(xiàn)所述輸入信號S3期間由麥克風(fēng)接收到的信號S6進行比較，所述比較構(gòu)件22給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器21的比較信號e。
本發(fā)明此外還具體實現(xiàn)為一種聲音再現(xiàn)系統(tǒng)，包括耳塞式麥克風(fēng)和用于產(chǎn)生聲音的聲音再現(xiàn)構(gòu)件以及控制由所述聲音再現(xiàn)構(gòu)件產(chǎn)生的聲音信號的構(gòu)件，其特征在于，該系統(tǒng)包括所記錄的聲音信號S3的輸入端24，用于聲音信號經(jīng)過自適應(yīng)濾波器21在用于產(chǎn)生聲音的構(gòu)件LS_R、LS_L上的再現(xiàn)，該系統(tǒng)包括反饋系統(tǒng)25，該反饋系統(tǒng)包括輸入端24、自適應(yīng)濾波器21、至少一個耳塞式麥克風(fēng)M_R、M_L、至少一個聲音再現(xiàn)構(gòu)件LS_R、LS_L和比較構(gòu)件22，該比較構(gòu)件用于將輸入信號S3與再現(xiàn)所述輸入信號S3期間由麥克風(fēng)接收到的信號S6進行比較，所述比較構(gòu)件22給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器21的比較信號e。
如上所述，輸入端24處的信號可以是任何信號，并且反饋系統(tǒng)確保了輸入信號S3與信號S6相等。這是非常有益的，因為否則就要加以計算的、具有固有誤差的多個傳遞函數(shù)在聲音再現(xiàn)系統(tǒng)中得到了自動校正。
權(quán)利要求
1.一種聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)，包括-耳塞式麥克風(fēng)，用于記錄聲音；-聲音再現(xiàn)構(gòu)件，用于產(chǎn)生聲音；和-控制由所述聲音再現(xiàn)構(gòu)件產(chǎn)生的聲音信號的構(gòu)件，其特征在于，該系統(tǒng)包括-存儲裝置(2)，用于存儲由麥克風(fēng)(M_R，M_L)記錄的聲音信號；-輸入端(24)，用于所記錄的聲音信號(S3)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器(21)在用于產(chǎn)生聲音的構(gòu)件(LS_R，LS_L)上的再現(xiàn)，-該系統(tǒng)包括反饋系統(tǒng)(25)，該反饋系統(tǒng)包括輸入端(24)、自適應(yīng)濾波器(21)、至少一個耳塞式麥克風(fēng)(M_R，M_L)、至少一個聲音再現(xiàn)構(gòu)件(LS_R，LS_L)和比較構(gòu)件(22)，該比較構(gòu)件用于將輸入信號(S3)與再現(xiàn)所述輸入信號(S3)期間由麥克風(fēng)接收到的信號(S6)進行比較，所述比較構(gòu)件(22)給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器(21)的比較信號(e)。
2.按照權(quán)利要求1所述的聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，聲音再現(xiàn)構(gòu)件是頭戴耳機(LS_R，LS_L)。
3.按照權(quán)利要求1所述的聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括延遲單元(23)，用于在比較構(gòu)件(22)之前延遲所記錄的信號。
4.按照權(quán)利要求1所述的聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于在反饋系統(tǒng)(25)的輸入端之前改變所記錄的信號的構(gòu)件(31)
5.按照權(quán)利要求1或4所述的聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括頭部跟蹤構(gòu)件(51，52，53，54)。
6.計算機程序，包括當(dāng)所述程序在計算機上運行時用來在按照本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的程序代碼構(gòu)件。
7.計算機程序產(chǎn)品，包括存儲在計算機可讀介質(zhì)上的、當(dāng)所述程序在計算機上運行時用來在按照本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的程序代碼構(gòu)件。
8.計算機可讀介質(zhì)(CD，磁帶或其它載體)，包括如權(quán)利要求7中所述的計算機程序代碼構(gòu)件或計算機程序產(chǎn)品。
9.一種通過耳塞式麥克風(fēng)和聲音再現(xiàn)構(gòu)件記錄和再現(xiàn)聲音的方法，在該方法中-由耳塞式麥克風(fēng)記錄聲音數(shù)據(jù)-將所述聲音數(shù)據(jù)存儲在存儲裝置上-再現(xiàn)所述所記錄的聲音數(shù)據(jù)，在該再現(xiàn)期間，由聲音再現(xiàn)構(gòu)件再現(xiàn)所記錄的數(shù)據(jù)-所述所記錄的聲音數(shù)據(jù)構(gòu)成反饋系統(tǒng)(25)的輸入數(shù)據(jù)，該反饋系統(tǒng)包括輸入端(24)、自適應(yīng)濾波器(21)、至少一個耳塞式麥克風(fēng)(M_R，M_L)、至少一個聲音再現(xiàn)構(gòu)件(LS_R，LS_L)和-在比較構(gòu)件(22)中將輸入數(shù)據(jù)(S3)與再現(xiàn)所述輸入信號(S3)期間由麥克風(fēng)接收到的信號(S6)進行比較-并且通過所述比較構(gòu)件(22)給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器(21)的比較信號(e)。
10.計算機程序產(chǎn)品，包括存儲在計算機可讀介質(zhì)上的、當(dāng)所述程序在計算機上運行時用來在按照本發(fā)明的方法中使用的程序代碼構(gòu)件。
11.計算機可讀介質(zhì)(CD，磁帶或其它載體)，包括如權(quán)利要求10中所述的計算機程序代碼構(gòu)件或計算機程序產(chǎn)品。
12.一種聲音再現(xiàn)系統(tǒng)，包括耳塞式麥克風(fēng)和用于產(chǎn)生聲音的聲音再現(xiàn)構(gòu)件以及控制由所述聲音再現(xiàn)構(gòu)件產(chǎn)生的聲音信號的構(gòu)件，其特征在于，該系統(tǒng)包括輸入端(24)，用于所記錄的聲音信號(S3)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器(21)在用于產(chǎn)生聲音的構(gòu)件(LS_R，LS_L)上的再現(xiàn)，該系統(tǒng)包括反饋系統(tǒng)(25)，該反饋系統(tǒng)包括輸入端(24)、自適應(yīng)濾波器(21)、至少一個耳塞式麥克風(fēng)(M_R，M_L)、至少一個聲音再現(xiàn)構(gòu)件(LS_R，LS_L)和比較構(gòu)件(22)，該比較構(gòu)件用于將輸入信號(S3)與再現(xiàn)所述輸入信號(S3)期間由麥克風(fēng)接收到的信號(S6)進行比較，所述比較構(gòu)件(22)給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器(21)的比較信號(e)。
全文摘要
一種聲音記錄和再現(xiàn)系統(tǒng)，包括用于記錄聲音的耳塞式麥克風(fēng)和用于產(chǎn)生聲音的聲音再現(xiàn)構(gòu)件以及控制由所述聲音再現(xiàn)構(gòu)件產(chǎn)生的聲音信號的構(gòu)件。該系統(tǒng)包括用于存儲由麥克風(fēng)(M_R，M_L)記錄的聲音信號的存儲裝置(2)，和輸入端(24)，用于所記錄的聲音信號(S 3)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器(21)在用于產(chǎn)生聲音的構(gòu)件(LS_R，LS_L)上的再現(xiàn)。該系統(tǒng)包括反饋系統(tǒng)(25)，該反饋系統(tǒng)包括輸入端(24)、自適應(yīng)濾波器(21)、至少一個耳塞式麥克風(fēng)(M_R，M_L)、至少一個聲音再現(xiàn)構(gòu)件(LS_R，LS_L)和比較構(gòu)件(22)，該比較構(gòu)件用于將輸入信號(S3)與再現(xiàn)所述輸入信號(S3)期間由麥克風(fēng)接收到的信號(S6)進行比較，所述比較構(gòu)件(22)給出用于調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器(21)的比較信號(e)。
文檔編號H04S1/00GK1771763SQ200480009611
公開日2006年5月10日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
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