專利名稱：改善最佳收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)渲染精度的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用多個(gè)揚(yáng)聲器根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)的聲場(chǎng)再現(xiàn)(reproduction)方法和設(shè)備，所述多個(gè)揚(yáng)聲器旨在合成其中沒(méi)有放置揚(yáng)聲器的最佳收聽(tīng) 區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)，所述聲場(chǎng)被描述為從虛擬源發(fā)出，所述方法包括步驟根據(jù)源自曲面積分 (surface integral)的聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)使用虛擬源描述數(shù)據(jù)和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算定位 濾波器系數(shù)；和應(yīng)用定位濾波器系數(shù)來(lái)過(guò)濾所述第一音頻輸入信號(hào)，以便形成第二音頻輸 入信號(hào)。
背景技術(shù)：
聲場(chǎng)再現(xiàn)是指擴(kuò)展空間部分內(nèi)的聲波場(chǎng)(acoustic wave field)的物理屬性的 合成。這種框架能夠擺脫基于立體聲的聲音再現(xiàn)技術(shù)中關(guān)于聽(tīng)眾定位約束的公知限制，即 所謂的“最佳聽(tīng)音位置(sweet spot)”。該最佳聽(tīng)音位置是其中依賴于立體聲原理的幻覺(jué) (illusion)有效的小區(qū)域。在兩聲道立體聲的情況下，如果聽(tīng)眾位于揚(yáng)聲器中線上，則歌 手的嗓音可能位于兩個(gè)揚(yáng)聲器的中間。這種幻覺(jué)被稱作幻象聲源成像(phantom source imaging)。它是通過(guò)向兩個(gè)揚(yáng)聲器饋送相同信號(hào)而簡(jiǎn)單形成的。然而如果聽(tīng)眾移動(dòng)，則該 幻覺(jué)消失，并且該嗓音將在最近的揚(yáng)聲器上聽(tīng)到。因此，幻象聲源成像在“最佳聽(tīng)音位置”以 外是不可能的。通常假設(shè)聽(tīng)眾離每個(gè)揚(yáng)聲器一段等于揚(yáng)聲器間隔(spacing)的距離。這使得人們 能夠定義所謂的“搖攝定律(panning laws) ”以便在距聽(tīng)眾一給定角坐標(biāo)處安置一虛擬源。 然而，如果聽(tīng)眾剛好位于該最佳聽(tīng)音位置處，則這可能被感受到。聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)在聽(tīng)眾位置方面不進(jìn)行任何假設(shè)。虛擬聲音成像通過(guò)合成目標(biāo)聲場(chǎng) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。存在三種方法來(lái)描述目標(biāo)聲場(chǎng)·基于對(duì)象的描述，·基于波的描述，·表面描述。在基于對(duì)象的描述中，目標(biāo)波場(chǎng)被描述為聲源的集合(ensemble)。每個(gè)源進(jìn)一步 通過(guò)它的位置相對(duì)于給定參考點(diǎn)及其輻射特性來(lái)定義。根據(jù)該描述，聲場(chǎng)可以在任一空間 點(diǎn)被估計(jì)。在基于波的描述中，目標(biāo)聲場(chǎng)被分解為所謂的“空間獨(dú)立的波分量”，其提供目標(biāo) 聲場(chǎng)的空間特性的唯一表示。根據(jù)所選的坐標(biāo)，空間獨(dú)立的波分量通常是 柱面諧波(極坐標(biāo))，·球面諧波(球面坐標(biāo))， 平面波(笛卡爾坐標(biāo))。為了準(zhǔn)確地描述聲場(chǎng)，基于波的描述需要無(wú)限數(shù)量的空間獨(dú)立的波分量。實(shí)際上， 使用有限數(shù)量的分量，這會(huì)給出一種在減少的空間部分中保持有效的聲場(chǎng)的描述。最后，表面描述依賴于在子空間Ω的邊界處的目標(biāo)聲場(chǎng)的壓力和/或壓力梯度的 常規(guī)分量的連續(xù)描述。根據(jù)該描述，目標(biāo)聲場(chǎng)可以在完整的子空間Ω中使用所謂的曲面積分(Rayleigh 1，Rayleigh 2 和 Kirchhoff-Helmholtz 積分)得以估計(jì)。應(yīng)當(dāng)注意，存在將使用一種方法的描述變換到另一種方法的轉(zhuǎn)換 (transformation) 0例如，通過(guò)在子空間Ω的邊界處外推由聲學(xué)對(duì)象輻射的聲場(chǎng)，在表面 描述中能夠容易地轉(zhuǎn)換基于對(duì)象的描述。在過(guò)去幾年中，已經(jīng)研發(fā)了數(shù)種方法來(lái)合成擴(kuò)展收聽(tīng)區(qū)域中的目標(biāo)波場(chǎng)。這些方 法中的一種方法依賴于通過(guò)使用多個(gè)揚(yáng)聲器來(lái)重建由虛擬源發(fā)出的聲場(chǎng)的波陣面的曲率 (基于對(duì)象的描述)。該方法已被 A. J. Berkhout 在"Aholographic approach to acoustic control，，(Journal of the Audio Eng. Soc. , Vol. 36, pp 977-995,1988)中公開并且己知 為名稱"Wave Field Synthesis，，。第二種方法依賴于波場(chǎng)被分解為空間獨(dú)立的波場(chǎng)分量，例如球狀諧波或圓柱狀 諧波(基于波的描述)。該第二種方法已被M.A. Gerzon在“Ambisonicin multichannel broadcasting and video" (Journal of the Audio EngineeringSociety, vol.33, pp. 859-871，1985)中公開。兩種方法被數(shù)學(xué)地關(guān)聯(lián)，如由J6r0meDaniel、Rozenn Nicol 和S6bastienMoreau 在"Further Investigations of High Order Ambisonics and WavefieldSynthesis for Holophonic Sound Imaging(Audio Engineering Society,Proceedings of the 114th AES Convention, Amsterdam, The Netherlands, March22_25，2003)，，中公開。它們通常被稱作 Holophonic (全體聲音的)方法。理論上，這些方法允許在所有三維空間中控制某一聽(tīng)音區(qū)內(nèi)的波場(chǎng)。然而，這僅當(dāng) 使用無(wú)限數(shù)量的揚(yáng)聲器(連續(xù)分布的揚(yáng)聲器)時(shí)才正確。實(shí)際上，使用有限數(shù)量的揚(yáng)聲器 會(huì)在合成的聲場(chǎng)中導(dǎo)致物理的不準(zhǔn)確性。舉例來(lái)說(shuō)，波場(chǎng)合成(Wave Field Synthesis)源自Rayleigh (瑞利)1積分，其要 求連續(xù)平面無(wú)限分布的理想全向輔助源(揚(yáng)聲器)。使用三次連續(xù)逼近從Rayleigh 1積分 (假設(shè)虛擬源和聽(tīng)眾處于相同的水平面)來(lái)推導(dǎo)波場(chǎng)合成1.將無(wú)限平面化成簡(jiǎn)位于源和聽(tīng)眾所在的水平面中的無(wú)限線條，2.將無(wú)限線條化成簡(jiǎn)適合試聽(tīng)室的線段(segmen)，3.將該線段空間取樣成揚(yáng)聲器所在的有限數(shù)量的位置。在這些逼近之后，將揚(yáng)聲器陣列認(rèn)為是聲學(xué)孔徑(acoustical aperture)，通過(guò)該 聲學(xué)孔徑，輸入聲場(chǎng)(如從目標(biāo)聲源發(fā)出)傳播到擴(kuò)展的且仍有限的收聽(tīng)區(qū)域。簡(jiǎn)單的幾何 學(xué)考慮使得人們能夠定義源/揚(yáng)聲器可視區(qū)域(source/loudspeaker visibility area), 在該源/揚(yáng)聲器可視區(qū)域中虛擬源通過(guò)揚(yáng)聲器陣列“可視”。術(shù)語(yǔ)“可視”此處是指連接虛 擬源和聽(tīng)眾的直線與揚(yáng)聲器所在的線段交叉。該源/揚(yáng)聲器可視區(qū)域25顯示在圖1中，其 中虛擬源5通過(guò)僅在有限空間部分中的揚(yáng)聲器2陣列可視。它勾勒了其中目標(biāo)聲場(chǎng)可被適 當(dāng)?shù)睾铣傻乃鲇邢迏^(qū)域，如由 Ε. W. Start 在 “Direct Sound Enhancement byffave Field Synthesis，， (Ph.D.Thesis,Technical University Delft,Delft,TheNetherlands(1997)) 中公開的。源相反地可僅位于有限區(qū)域中，以便它們?cè)谡麄€(gè)收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)保持可視，如由 E. Corteel ^"Equalization in extended area using multichannel inversionand wave field synthesis，，(Journal of the Audio Engineering Society, vol. 54, no. 12，2006)中公開的。圖2描述了考慮收聽(tīng)區(qū)域6和揚(yáng)聲器2陣列擴(kuò)展的合成源定位區(qū)域31。通過(guò)在收聽(tīng)區(qū)域周圍添加輔助的揚(yáng)聲器陣列可以擴(kuò)展源定位區(qū)域。考慮 所獲得的揚(yáng)聲器陣列幾何學(xué)，Rayleigh 1積分并不再適用。因此使用類似的逼近從 Kirchhoff-Helmholtz積分推導(dǎo)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)·逼近1 將輔助源表面化成簡(jiǎn)在水平面中的線性分布，·逼近2 選擇相關(guān)的揚(yáng)聲器，·逼近3 將連續(xù)分布取樣成有限數(shù)量的成行揚(yáng)聲器，如由 R. Nicol 在 “Restitution sonore spatialisee sur une zone etendue applicationala telepresence" (Ph. D. thesis, Universitedu Maine, Le Mans, Fance, 1999)中公開的。在Kirchhoff-HelmhoItz積分的最初公式中，輔助源分布由理想的全向源(單極) 和理想的雙向源(雙極)組成。然而，如由R. Nicol在“Restitutionsonore spatialisee sur une zone etendue !application ala telepresence" (Ph.D.thesis, Universitedu Maine, Le Mans, Fance, 1999)中公開的，揚(yáng)聲器陣列可被分為兩類(相關(guān)揚(yáng)聲器和不相關(guān) 揚(yáng)聲器)，如下1.單極和雙極的作用(contribution)是同相的(相關(guān)揚(yáng)聲器)，2.單極和雙極的作用是異相的(不相關(guān)揚(yáng)聲器)并且傾向于彼此補(bǔ)償。如果虛擬源位于收聽(tīng)區(qū)域之外，則可以根據(jù)虛擬源和輔助源的位置使用簡(jiǎn)單的幾 何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行相關(guān)揚(yáng)聲器與不相關(guān)揚(yáng)聲器的鑒別。在虛擬源位于收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)(也被稱作聚 焦源)的情況下，選擇標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)當(dāng)考慮參考位置，如在DE 10328335中公開的。通過(guò)單極和雙極發(fā)出的聲場(chǎng)具有幾乎相似的時(shí)空特性。然而，相關(guān)單極和相關(guān) 雙極是同相的，并且趨向于僅產(chǎn)生雙聲壓級(jí)(double sound pressurelevel)，而不相關(guān) 單極和不相關(guān)雙極是異相的，并且僅趨向于彼此補(bǔ)償。因此，僅相關(guān)單極可用于目標(biāo)聲場(chǎng) 的合成。這是有益的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)可用的揚(yáng)聲器具有更全向的輻射特性。使用“曲面積 分”的簡(jiǎn)化可以定義根據(jù)全體聲音原理的更一般分類的聲場(chǎng)渲染(rendering)技術(shù)，如由 R.Nicol ^"Restitutionsonore spatialisee sur une zone etendue !application ala telepresence" (Ph. D. thesis, Universitedu Maine, Le Mans, Fance, 1999)中公開白勺。■ 出的簡(jiǎn)化包括1.減少所需揚(yáng)聲器分布的空間擴(kuò)展(對(duì)于波場(chǎng)合成的逼近1和2)，2.所需揚(yáng)聲器分布的空間取樣(對(duì)于波場(chǎng)合成的逼近3)。對(duì)于這些“曲面積分”(Rayleigh 1和Kirchhoff-Helmholtz)的先前定義的逼近 介紹了相對(duì)于目標(biāo)聲場(chǎng)在合成聲場(chǎng)中的不準(zhǔn)確性，如由E. Corteel在“Caract6risation et extensions de la Wave Field Synthesis en conditions reelles，， (UniversiteParis 6,PhD thesis,Paris, 2004)中公開的。在波場(chǎng)合成的情況下，將輔助源表面化簡(jiǎn)成水平面 中的線性分布(逼近1)將該技術(shù)限制為再現(xiàn)水平面中的虛擬源(2D再現(xiàn))并且與目 標(biāo)相 比修改聲場(chǎng)的級(jí)別。逼近2引入了衍射偽差(diffraction artefact)，其可以通過(guò)逐漸減 少位于陣列末端處的揚(yáng)聲器來(lái)減少。逼近1和2極大地降低了渲染系統(tǒng)的性能(收聽(tīng)區(qū)域 的大小、虛擬源的定位)。就在收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的給定位置處的著色或定位精度而言，它們幾乎 不修改聽(tīng)眾所感知的聲場(chǎng)的質(zhì)量，如由E. Corteel ^ "Caracterisation etextensions deIa Wave Field Synthesis en conditions reelles，， (UniversiteParis 6， PhD thesis， Paris, 2004)中公幵的。逼近3將目標(biāo)波場(chǎng)的精確再現(xiàn)僅限制于低于某一頻率，空間取樣 處理的Nyquist頻率，這通常被稱作“空間混疊頻率”。該空間取樣在虛擬源的定位和染色 方面帶來(lái)被感知偽差的不準(zhǔn)確性，如由E. CorteeU K. V. NGuyen. 0. WarusfeU T. Caulkins 禾口 R. S. Pellegrini 在"Objectiveand subjective comparison of electrodynamic and MAP loudspeakers for WaveField Synthesis，，(30th international conference of the Audio Engineering Society, 2007)中公幵的。 該空間取樣處理對(duì)于基于曲面積分的任何聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)來(lái)說(shuō)都是強(qiáng)制性任務(wù)，因 為當(dāng)前可用的換能(transduction)技術(shù)不能持續(xù)地控制聲源的輻射(持續(xù)揚(yáng)聲器分布)。 該表面必須被空間地取樣，并且這會(huì)引起空間混疊偽差，降低了合成的聲場(chǎng)的質(zhì)量?？臻g取 樣處理對(duì)聲場(chǎng)再現(xiàn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵成本因素，因?yàn)樗鼪Q定了揚(yáng)聲器和聲道的數(shù)量以便使用 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行獨(dú)立地控制。對(duì)于波場(chǎng)合成增加空間混疊頻率的解決方案已被Evert Start在“DirectSound Enhancement by Wave Field Synthesis，，(PhD thesis,Delft University ofTechnology, the Netherlands, 1997)中提出。它包括合成具有定向指數(shù)(directivity index)的虛 擬源，該定向指數(shù)是取決于揚(yáng)聲器間隔的頻率的遞增函數(shù)。該提出的方法也要求揚(yáng)聲器具 有相同的輻射特性。然而，該方法在操縱虛擬源的輻射特性上以及在揚(yáng)聲器的所需輻射特 性上受到約束。后者是最有問(wèn)題的方面，因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有的揚(yáng)聲器不具有所需的輻射模式。增加空間混疊頻率的另一種解決方案已被Etienne Corteel在“On the useof irregularly spaced loudspeaker arrays for Wave Field Synthesis,potential impact on spatial aliasing frequency" (DAFX06,2006, 可 在 http//www, dafx. ca/ proceedinRs/papers/p 209. pdf中獲得)中公開。它包括使用不規(guī)則間隔的揚(yáng)聲器陣列 來(lái)增加波場(chǎng)合成的空間混疊頻率。它顯示出雙對(duì)數(shù)間隔的陣列相對(duì)于規(guī)則間隔的揚(yáng)聲器陣 列(具有相同數(shù)量的揚(yáng)聲器和相同長(zhǎng)度)，空間混疊頻率可能增加20%。然而，混疊頻率的 增加僅對(duì)于位于收聽(tīng)區(qū)域之外的源有效。對(duì)于位于收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的源(或者稱作“聚焦源”)， 該揚(yáng)聲器排列與等效的規(guī)則間隔的陣列相比減少了空間混疊頻率。從收聽(tīng)環(huán)境的室內(nèi)音響效果將會(huì)預(yù)料到附加的渲染不精確性，如由E. Corteel和 R. Nicol 在"Listening room compensation for wave field synthesis. What can be done ？，，(Proceedings of the 23rd Convention of the AudioEngineering Society, Helsing0r, Danemark, June 2003)中公開的。渲染聲音系統(tǒng)總是與收聽(tīng)室相互影響，因此 聽(tīng)眾不能感知目標(biāo)虛擬聲場(chǎng)，但是能感知該后者與收聽(tīng)室效果之間的混合物。局部反射和 回響被收聽(tīng)室添加到由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲場(chǎng)，因此聽(tīng)眾感知的聲場(chǎng)可能或多或少地與期望的 結(jié)果有所不同。最明顯的效果取決于能夠產(chǎn)生聲染色、距離感知失真和角定位錯(cuò)誤的最初 10-30ms內(nèi)的早期反射。對(duì)于小的收聽(tīng)室，房間式樣也可在低頻聽(tīng)到，降低了清晰度并且 產(chǎn)生聲染色，如由 R. S. Pellegrini 在“AVirtual Listening Room asan Application of Auditory Virtual Environments" (Ph. D. Thesis, Ruhr Universitat Bochum, Germany, 2001)中公開。為了去除收聽(tīng)室相互影響，一種方式包括考慮沒(méi)有回音的收聽(tīng)環(huán)境或者借助耳 機(jī)重放。但是這些解決方案對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言并不真正地方便。應(yīng)付該問(wèn)題的一種更普通的方式是通過(guò)場(chǎng)所補(bǔ)償策略而提出的，其旨在抵消——或者更實(shí)際地減少——收聽(tīng)室 對(duì)聽(tīng)眾所感知之的虛擬聲場(chǎng)的影響。場(chǎng)所補(bǔ)償旨在使用多聲道逆濾波技術(shù)來(lái)抵消收聽(tīng)環(huán) 境的音響效果，如由 E. Corteel 在 “Caract6risation et extensions de la Wave Field Synthesis en conditions reelles，， (UniversiteParis 6, PhD thesis, Paris,2004)中 公開的。這些技術(shù)考慮減少大收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的某些早期反射的級(jí)別。然而，它們?cè)谒璧奶?理功率上具有嚴(yán)重的局限性，并且它們?cè)馐軠p少現(xiàn)實(shí)情形中的效率的重大實(shí)際和理論限 制，如由 E. Corteel 在 “Caract6risation et extensions de la Wave Field Synthesis enconditions reelles" (UniversiteParis 6, PhD thesis, Paris, 2004)中公開白勺。計(jì)算空間混疊頻率的一個(gè)公式已被Etienne Corteel在“On the use ofirregularly spaced loudspeaker arrays for Wave Field Synthesis, potential impacton spatial aliasing frequency" (DAFX06,2006,可在 http://www, dafx. ca/ proceedings/papers/p 209. pdf中獲得)中提出。與先前已知的公式相反，該提出的公式 能夠考慮有限長(zhǎng)度的揚(yáng)聲器陣列以及收聽(tīng)位置的相關(guān)性。它基于在給定收聽(tīng)位置處揚(yáng)聲器 對(duì)于使用波場(chǎng)合成的虛擬源合成的貢獻(xiàn)的到達(dá)時(shí)間。在圖4，對(duì)于具有相同揚(yáng)聲器間間隔 (12. 5厘米)但是具有不同長(zhǎng)度(1米、2米、5米)的各種揚(yáng)聲器陣列，顯示了利用所提出 的公式計(jì)算的空間混疊頻率。圖3呈現(xiàn)了所考慮的配置的頂視圖，其中黑星代表?yè)P(yáng)聲器，空 心圓點(diǎn)代表收聽(tīng)位置，并且實(shí)心圓點(diǎn)代表虛擬源。這種模擬顯示與長(zhǎng)揚(yáng)聲器陣列相比，利 用短陣列會(huì)獲得大增加的空間混疊頻率。在這種配置中，我們假設(shè)1米寬度的受限收聽(tīng)區(qū) 域。因此，減少揚(yáng)聲器陣列的長(zhǎng)度可被認(rèn)為是增加混疊頻率的解決方案。然而，這個(gè)解決方 案遭受與有限長(zhǎng)度的揚(yáng)聲器陣列相關(guān)的各種偽差。首先，源可視區(qū)域(如圖2中所述)非 常有限，其嚴(yán)重地限制了聲音再現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)際使用。典型地，使用1米長(zhǎng)的揚(yáng)聲器陣列可以 再現(xiàn)僅距圖3的中央收聽(tīng)位置的-10與10度之間的源，而在使用5米長(zhǎng)的揚(yáng)聲器陣列滿足 可視約束的同時(shí)可以再現(xiàn)從-50與50度的源。其次，有限長(zhǎng)度的揚(yáng)聲器陣列與長(zhǎng)揚(yáng)聲器陣 列相比可以帶來(lái)更明顯的衍射偽差。這些偽差可以通過(guò)逐漸減少位于陣列的末端處但僅在 高頻的揚(yáng)聲器來(lái)精確地補(bǔ)償，如由E. Corteel在“Caract6risation et extensions de la Wave Field Synthesis enconditions reelles"(UniversiteParis 6,PhD thesis,Paris, 2004)中公開的。圖5示出了對(duì)于圖3中示出的虛擬源的合成、使用波場(chǎng)合成的各長(zhǎng)度的揚(yáng)聲器陣 列的定向指數(shù)。定向指數(shù)被定義為在正方向上(即在收聽(tīng)區(qū)域內(nèi))傳遞的聲能與在所有方 向上傳遞的平均聲能之間的頻率相關(guān)比率。定向指數(shù)隨后說(shuō)明了某一方向上(此處是收聽(tīng) 區(qū)域)的聲能的密度。定向指數(shù)越高，收聽(tīng)室中擴(kuò)展的聲能量越低。因此，由于收聽(tīng)室音響 效果不使用復(fù)雜有效的收聽(tīng)室補(bǔ)償過(guò)程，高定向指數(shù)對(duì)應(yīng)于降低的渲染偽差?？梢钥闯?，通 過(guò)減小揚(yáng)聲器陣列的長(zhǎng)度，它的定向指數(shù)增加，尤其是在800Hz以上的頻率，對(duì)于該頻率，1 米長(zhǎng)的揚(yáng)聲器陣列具有最高的定向指數(shù)。然而，在低頻率處，使用更短的揚(yáng)聲器陣列會(huì)獲得 高定向指數(shù)。2米長(zhǎng)的陣列在150Hz和800Hz之間具有最高定向指數(shù)，并且5米長(zhǎng)的揚(yáng)聲器 陣列在150Hz以下具有最高定向指數(shù)。聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)不做先驗(yàn)假設(shè)聽(tīng)眾的位置允許擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)的再現(xiàn)。對(duì)于波 場(chǎng)合成，該區(qū)域通?？赡芸缭秸麄€(gè)收聽(tīng)室。然而，在室內(nèi)可能有聽(tīng)眾從來(lái)不在的位置，因?yàn)?存在家具或簡(jiǎn)單地因?yàn)樗鼈兊娜蝿?wù)或情形不需要如此。因此，最佳收聽(tīng)區(qū)域可被限定為其中聽(tīng)眾可能最佳站立的地方以及聲音再現(xiàn)偽差將被限制的地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是增加最佳受限制收聽(tīng)區(qū)域(其中聽(tīng)眾可以站在給定數(shù)量且空間 布置的揚(yáng)聲器前)內(nèi)的空間混疊頻率。本發(fā)明的另一目的是考慮給定混疊頻率和給定的收 聽(tīng)區(qū)域擴(kuò)展來(lái)限制所需的揚(yáng)聲器的數(shù)量，以便對(duì)于聲場(chǎng)再現(xiàn)產(chǎn)生成本有效的解決方案。本 發(fā)明的目的還在于限制再現(xiàn)系統(tǒng)與收聽(tīng)室的相互作用，以便自動(dòng)地減少收聽(tīng)室音響效果對(duì) 聽(tīng)眾所感知的聲場(chǎng)的影響。本發(fā)明包括這樣一種方法和設(shè)備，即其中，定義用于合成與受限制最佳收聽(tīng)區(qū)域 內(nèi)的虛擬源相關(guān)的目標(biāo)聲場(chǎng)的每個(gè)揚(yáng)聲器的重要性的等級(jí)?；谠摰燃?jí)，源自第一輸入信 號(hào)的揚(yáng)聲器的提供信號(hào)被修改，以便通過(guò)僅使用對(duì)受限制最佳收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)聲場(chǎng)的合 成明顯有益的揚(yáng)聲器來(lái)構(gòu)建“事實(shí)上更短的揚(yáng)聲器陣列”，增加空間混疊頻率。取代使用物理上更短的陣列(其在虛擬源的定位方面受到限制)，本發(fā)明提出了 降低位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域之外的揚(yáng)聲器的提供(alimentation)信號(hào)的級(jí)別。圖6描述 了用于根據(jù)虛擬源5的位置和最佳收聽(tīng)區(qū)域擴(kuò)展構(gòu)建事實(shí)上更短的揚(yáng)聲器陣列的相關(guān)聯(lián) 的揚(yáng)聲器選擇處理。在該附圖中，根據(jù)虛擬源5位置定義相關(guān)的源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30，以便 它包括整個(gè)最佳收聽(tīng)區(qū)域6。因此位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域2. 1內(nèi)的揚(yáng)聲器可被選擇來(lái)形成 事實(shí)上更短的陣列。另外，虛擬揚(yáng)聲器陣列的長(zhǎng)度可以是頻率相關(guān)的，以便通過(guò)在低頻構(gòu)建 比高頻事實(shí)上更長(zhǎng)的揚(yáng)聲器陣列來(lái)最大化定向指數(shù)(參考圖5)。本發(fā)明提出了一種更通用 的公式，其定義一種對(duì)應(yīng)于所考慮揚(yáng)聲器的重要性的揚(yáng)聲器等級(jí)，用以合成受限制的收聽(tīng) 區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)聲場(chǎng)。換句話說(shuō)，介紹一種使用多個(gè)揚(yáng)聲器根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)的聲場(chǎng)再現(xiàn)方法和裝 置，所述多個(gè)揚(yáng)聲器旨在合成其中沒(méi)有放置揚(yáng)聲器的最佳收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)，所述聲場(chǎng)被 描述為從虛擬源發(fā)出。所述方法包括步驟根據(jù)源自曲面積分的聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)使用虛擬源 描述數(shù)據(jù)和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算定位濾波器系數(shù)。使用定位濾波器系數(shù)來(lái)修改所述第一 音頻輸入信號(hào)，以便形成第二音頻輸入信號(hào)。因此，計(jì)算代表每個(gè)揚(yáng)聲器對(duì)于所述最佳收聽(tīng) 區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)的合成的重要性的揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)修改所 述第二音頻輸入信號(hào)以形成第三音頻輸入信號(hào)。最后，對(duì)揚(yáng)聲器提供第三音頻輸入信號(hào)并 且合成聲場(chǎng)。而且，所述方法可以包括步驟其中，所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)是使用虛擬源描述數(shù) 據(jù)、揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)和收聽(tīng)區(qū)域描述數(shù)據(jù)定義的。并且所述方法可以還包括步驟 其中，所述揚(yáng)聲器等級(jí)對(duì)于位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域外的揚(yáng)聲器比對(duì)于位于源/聽(tīng) 眾可視區(qū)域內(nèi)的揚(yáng)聲器通常要低?！て渲校?聽(tīng)眾可視區(qū)域被定義為在包括整個(gè)最佳收聽(tīng)區(qū)域的虛擬源處的最小 立體角。 其中，位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域外的揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器等級(jí)是揚(yáng)聲器到源/聽(tīng)眾可視 區(qū)域的邊界的距離的遞減函數(shù)。·其中，揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)是通過(guò)揚(yáng)聲器的位置到連接虛擬源的位置與最佳收聽(tīng)區(qū) 域中的參考收聽(tīng)位置的連線的距離的遞減函數(shù)而定義的。
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·其中，修改第二音頻輸入信號(hào)以便形成揚(yáng)聲器的輸入信號(hào)暗示至少減小具有低 等級(jí)的揚(yáng)聲器的第二音頻輸入信號(hào)的級(jí)別。 其中，具有低等級(jí)的揚(yáng)聲器的第二音頻輸入信號(hào)的級(jí)別降低是頻率相關(guān)的?！て渲校鶕?jù)揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)修改第二音頻輸入信號(hào)以形成第三音頻輸入信號(hào)的 步驟被執(zhí)行，以便在最佳收聽(tīng)區(qū)域中增加在用于計(jì)算定位濾波器系數(shù)的聲場(chǎng)渲染技術(shù)的定 義中與所需的揚(yáng)聲器分布的空間取樣相關(guān)的Nyquist頻率。而且，本發(fā)明包括一種使用多個(gè)揚(yáng)聲器根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)的聲場(chǎng)再現(xiàn)裝置， 所述多個(gè)揚(yáng)聲器旨在合成其中沒(méi)有放置揚(yáng)聲器的最佳收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)，所述聲場(chǎng)被描述 為從虛擬源發(fā)出。所述裝置包括定位濾波器計(jì)算裝置，用于使用虛擬源描述數(shù)據(jù)和揚(yáng)聲器 描述數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算多個(gè)定位濾波器；聲場(chǎng)濾波裝置，用于使用定位濾波器根據(jù)所述第一音頻 輸入信號(hào)來(lái)計(jì)算第二音頻輸入信號(hào)。所述裝置的特征在于，揚(yáng)聲器等級(jí)計(jì)算裝置，用于計(jì)算 代表每個(gè)揚(yáng)聲器對(duì)于所述最佳收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)的合成的重要性的揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)；收聽(tīng) 區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置，用于根據(jù)揚(yáng)聲器等級(jí)來(lái)修改所述第二音頻輸入信號(hào)，并且形成供給揚(yáng) 聲器的第三音頻輸入信號(hào)。而且，所述裝置可以優(yōu)選地包括以下元件·其中，所述收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置包括修改濾波器系數(shù)計(jì)算裝置用以計(jì)算修改 濾波器系數(shù)。 其中，所述收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置也包括第二音頻輸入信號(hào)修改裝置，其使用修 改濾波器系數(shù)來(lái)修改所述第二音頻輸入信號(hào)。


下文中將借助示例并且參考附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1描述了源/揚(yáng)聲器可視區(qū)域。圖2描述了源定位區(qū)域。圖3表現(xiàn)所考慮的揚(yáng)聲器、收聽(tīng)位置和虛擬源配置的頂視圖。圖4顯示了對(duì)于各揚(yáng)聲器陣列(它們具有相同的揚(yáng)聲器之間間隔(12. 5厘 米)但是具有不同的長(zhǎng)度(1米，2米，5米))的、在圖3中示出的收聽(tīng)位置處的空間混疊頻率。圖5示出了使用波場(chǎng)合成對(duì)于圖3中顯示的虛擬源的合成的各長(zhǎng)度的揚(yáng)聲器陣列 的定向指數(shù)。圖6描述了用于根據(jù)虛擬源位置和最佳收聽(tīng)區(qū)域擴(kuò)展構(gòu)建事實(shí)上更短的揚(yáng)聲器 陣列的選擇過(guò)程。圖7描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聲場(chǎng)渲染設(shè)備。圖8描述了根據(jù)本發(fā)明的聲場(chǎng)渲染設(shè)備。圖9描述了提取揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)的第一種方法。圖10描述了提取揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)的第二種方法。圖11描述了收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置。圖12到圖15描述了本發(fā)明的其它實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1到圖5已在說(shuō)明書的介紹部分進(jìn)行了討論，并且完全代表現(xiàn)有技術(shù)。因此在 這個(gè)階段不再對(duì)這些附圖進(jìn)行討論。圖6已被描述并且在這個(gè)階段也不再進(jìn)行討論。圖7描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聲場(chǎng)渲染設(shè)備。在該設(shè)備中，聲場(chǎng)濾波裝置14使用定 位濾波器系數(shù)7根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)1計(jì)算多個(gè)第二音頻信號(hào)3。在定位濾波器計(jì)算裝 置15中根據(jù)虛擬源描述數(shù)據(jù)8和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)9來(lái)計(jì)算所述定位濾波器系數(shù)7。相對(duì)于 參考位置35定義揚(yáng)聲器2和虛擬源5的位置(被包含在虛擬源描述數(shù)據(jù)8和揚(yáng)聲器描述 數(shù)據(jù)9中)。第二音頻信號(hào)3驅(qū)動(dòng)合成聲場(chǎng)4的多個(gè)揚(yáng)聲器2。圖8描述了根據(jù)本發(fā)明的聲場(chǎng)渲染設(shè)備。在該設(shè)備中，聲場(chǎng)濾波裝置14使用定位 濾波器系數(shù)7 (其是在定位濾波器計(jì)算裝置15中根據(jù)虛擬源描述數(shù)據(jù)8和揚(yáng)聲器定位數(shù)據(jù) 9計(jì)算的)根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)1計(jì)算多個(gè)第二音頻信號(hào)3。相對(duì)于參考位置35定義揚(yáng) 聲器2和虛擬源5的位置(被包含在虛擬源描述數(shù)據(jù)8和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)9中)。收聽(tīng)區(qū) 域適應(yīng)計(jì)算裝置16使用在揚(yáng)聲器等級(jí)計(jì)算裝置17中從虛擬源描述數(shù)據(jù)8、揚(yáng)聲器定位數(shù)據(jù) 9和收聽(tīng)區(qū)域描述數(shù)據(jù)10得到的揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11，根據(jù)第二音頻輸入信號(hào)3來(lái)計(jì)算第三 音頻輸入信號(hào)12。第三音頻信號(hào)12驅(qū)動(dòng)合成受限制收聽(tīng)區(qū)域6中的聲場(chǎng)4的多個(gè)揚(yáng)聲器 2。圖9描述了提取揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11的第一種方法。在該方法中，源聽(tīng)眾可視區(qū)域 30被定義為包括在圍繞整個(gè)最佳收聽(tīng)區(qū)域6的虛擬源5處的最小立體角內(nèi)。位于源/聽(tīng) 眾可視區(qū)域30內(nèi)的多個(gè)揚(yáng)聲器2. 1接收高等級(jí)，通常是100%。位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30 以外的多個(gè)揚(yáng)聲器2. 2接收低等級(jí)。揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11可以典型地是揚(yáng)聲器22到源/聽(tīng) 眾可視區(qū)域30的邊界20的距離23的遞減函數(shù)。揚(yáng)聲器22可以典型地接收等級(jí)35%，而 距源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30的邊界20更遠(yuǎn)距離的揚(yáng)聲器36可以接收等級(jí)10%。圖10描述了提取揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11的第二種方法，對(duì)此，根據(jù)圖9的最佳收聽(tīng)區(qū) 域6降低到單個(gè)聽(tīng)眾參考位置13。在該方法中，揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11被計(jì)算為揚(yáng)聲器22到 源/揚(yáng)聲器連線18 (連接虛擬源5和參考收聽(tīng)位置13)的距離19的遞減函數(shù)。圖11描述了收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置16。在該裝置16中，在第二音頻輸入信號(hào)修 改裝置34中使用修改濾波器系數(shù)33來(lái)修改第二音頻輸入信號(hào)。在修改濾波器系數(shù)計(jì)算裝 置32中根據(jù)揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11來(lái)計(jì)算修改濾波器系數(shù)33。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，收聽(tīng)區(qū)域被限制為其中聽(tīng)眾所在的有限區(qū)域(不包括 沙發(fā))。在該實(shí)施例中，例如可以在與投影的圖像一致的正面區(qū)域放置有限數(shù)量的揚(yáng)聲器。 根據(jù)本發(fā)明，與具有相同質(zhì)量(即混疊頻率)的“滿室”收聽(tīng)區(qū)域相比可以限制揚(yáng)聲器的數(shù) 量。例如，在波場(chǎng)合成再現(xiàn)系統(tǒng)中，這減少了所需的硬件耗費(fèi)和成本。該實(shí)施例示于圖12 中，其中揚(yáng)聲器集合2被安裝在聽(tīng)眾將要坐下的沙發(fā)24所在的房屋中。因此最佳收聽(tīng)區(qū) 域6可被定義為在聽(tīng)眾頭部的可能位置的周圍。一方面，這與立體聲再現(xiàn)系統(tǒng)相比提供了 明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槔硐氲氖章?tīng)區(qū)域的位置可以由用戶自由地選擇。“最佳聽(tīng)音位置”不再限 于由揚(yáng)聲器位置嚴(yán)格定義的位置。另一方面，該示例顯示了例如與傳統(tǒng)波場(chǎng)合成系統(tǒng)相比 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在最佳收聽(tīng)區(qū)域中，可以正確地再現(xiàn)聲場(chǎng)。然而，揚(yáng)聲器的數(shù)量與傳統(tǒng)的波場(chǎng) 合成系統(tǒng)相比明顯地減少。在該實(shí)施例中，虛擬源描述數(shù)據(jù)8(參見(jiàn)圖7、8、12)可以包括虛擬源5相對(duì)于參考位置35的位置。所考慮的坐標(biāo)系統(tǒng)可以是笛卡爾坐標(biāo)、球面坐標(biāo)或柱面 坐標(biāo)。虛擬源描述數(shù)據(jù)8也可以包括例如使用一組球面諧波(sphericalharmonics)的頻 率相關(guān)系數(shù)描述虛擬源5的輻射特性的數(shù)據(jù)，如由E. GWilliams在“Fourier Acoustics, Sound Radiation and Nearfield AcousticalHolography" (Elsevier, Science,1999)中 公開的。揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)9(參見(jiàn)圖7、8、12)可以包括揚(yáng)聲器相對(duì)于參考位置35的位置， 優(yōu)選地與虛擬源描述數(shù)據(jù)8相同。所考慮的坐標(biāo)系統(tǒng)可以是笛卡爾坐標(biāo)、球面坐標(biāo)或柱面 坐標(biāo)。對(duì)于虛擬源5，揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)9也可以包括例如使用一組球諧函數(shù)的頻率相關(guān)系 數(shù)描述揚(yáng)聲器的輻射特性的數(shù)據(jù)。收聽(tīng)區(qū)域描述數(shù)據(jù)10描述收聽(tīng)區(qū)域6相對(duì)于參考位置 35的位置和擴(kuò)展，優(yōu)選地與虛擬源描述數(shù)據(jù)8相同。所考慮的坐標(biāo)系統(tǒng)可以是笛卡爾坐標(biāo)、 球面坐標(biāo)或柱面坐標(biāo)。定位濾波器系數(shù)7可以使用虛擬源描述數(shù)據(jù)8和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)9 根據(jù)波場(chǎng)合成來(lái)定義，如由 E. Corteel 在 “Caract6risation et extensions de la Wave Field Synthesis enconditions reelles"(UniversiteParis 6,PhD thesis,Paris,2004, 可在 http://mediatheque. ircam.fr/articles/textes/Corteel04a/)中公開的。作為結(jié) 果的濾波器可以是有限脈沖響應(yīng)濾波器。第一輸入信號(hào)的過(guò)濾可以使用定位濾波器系數(shù)7 與第一輸入信號(hào)1的卷積來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于接收低等級(jí)11的揚(yáng)聲器，可以計(jì)算修改濾波器系數(shù) 33(參見(jiàn)圖11)，以便可能地使用頻率相關(guān)的衰減因子來(lái)減小第二音頻輸入信號(hào)3的級(jí)別。 該衰減因子可能線性地相關(guān)于揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)11，遵循指數(shù)形狀，或者簡(jiǎn)單地在揚(yáng)聲器等 級(jí)數(shù)據(jù)11的某一閾值以下無(wú)效。作為結(jié)果的濾波器可以是無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器或者有限 脈沖響應(yīng)濾波器。第二音頻輸入信號(hào)3的修改可以通過(guò)卷積第二音頻輸入信號(hào)3和修改濾 波器系數(shù)33 (如果使用有限脈沖響應(yīng)濾波器)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，聽(tīng)眾可以位于有限數(shù)量的預(yù)定收聽(tīng)位置處(不包括沙 發(fā)、桌子前面的椅子..·)。根據(jù)本發(fā)明，聽(tīng)眾可以創(chuàng)建預(yù)設(shè)以便最佳化對(duì)這些預(yù)定位置的聲 音渲染質(zhì)量。然后預(yù)設(shè)可被聽(tīng)眾直接調(diào)用或者通過(guò)檢測(cè)在預(yù)定區(qū)域之一中的聽(tīng)眾的存在而 調(diào)用。圖13示出了與圖12類似的情形，其中除了與沙發(fā)24對(duì)應(yīng)的第一最佳收聽(tīng)區(qū)域6. 1 以外，第二最佳收聽(tīng)區(qū)域6. 2被限定在坐在長(zhǎng)椅26上的潛在聽(tīng)眾的位置處。第三最佳收聽(tīng) 區(qū)域6. 3包括第一和第二最佳收聽(tīng)區(qū)域6. 1和6. 2，假設(shè)渲染質(zhì)量降低(即下降的混疊頻 率)。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，可以跟蹤聽(tīng)眾的位置，以便持續(xù)地最佳化有效覆蓋的 收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)的聲音渲染質(zhì)量。圖14展示了跟蹤裝置28提供聽(tīng)眾27的真實(shí)位置(其定義 真實(shí)的最佳收聽(tīng)區(qū)域6)的實(shí)施例。本發(fā)明的第四實(shí)施例是聲場(chǎng)模擬環(huán)境。在這個(gè)實(shí)施例中，收聽(tīng)區(qū)域被局限為 聽(tīng)眾頭部周圍非常有限的區(qū)域，其中在所有或大多數(shù)聲頻范圍(典型地20-20000HZ或 ΙΟΟ-ΙΟΟΟΟΗζ)上以物理上正確的聲場(chǎng)重構(gòu)為目標(biāo)。對(duì)于物理上正確的聲音再現(xiàn)的通常 途徑是使用在耳機(jī)上的雙耳聲音再現(xiàn)，如由Jens Blauert在“Spatial hearing =The psychophysics of human sound localization，，(修i丁片反本，MIT 出片反 土，Cambridge，MA， 1997)中所描述的。實(shí)際上，使用頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)的利用耳機(jī)的所述模擬途徑顯現(xiàn) 若干缺點(diǎn)。定位受到前后混淆的干擾，頭部外定位受到限制，并且距離感知不必匹配預(yù)期 的真實(shí)圖像。佩戴耳機(jī)的感覺(jué)降低了出現(xiàn)于虛擬環(huán)境的感覺(jué)。在過(guò)去幾年中，使用耳機(jī) 的這種方法已經(jīng)得以廣泛使用，因?yàn)槔碚撋纤o予再現(xiàn)物理上正確的聽(tīng)力輸入信號(hào)以便
12構(gòu)建聲音的空間效果(impression)的希望。實(shí)踐已經(jīng)顯示這種方法所提供的空間效果 不必匹配期望的空間聲圖像，并且可能由于在對(duì)聽(tīng)眾的各個(gè)HRTF的信號(hào)處理中所使用的 HRTF的失配，在聽(tīng)眾之間會(huì)發(fā)生感知上的強(qiáng)烈差異。這樣的結(jié)果已經(jīng)例如由H. M0Iler5 M. F. S0rensen> C. B. Jensen、D. Hammershoi 在"Binaural technique :Do we need individual recordings ？，，(J. Audio Eng. Soc. , Vol. 44, No. 6, pp. 451-469, June 1996) 中以及由 H. M0ller、D· Hammersh0i、c. B. Jensen、M. F. S0rensen在 ‘‘Evaluation of artificial heads inlistening tests，，(J. Audio Eng. Soc. , Vol. 47, No. 3, pp. 83-100, March 1999)中公開。聽(tīng)眾的頭部運(yùn)動(dòng)也將被記錄以便更新雙耳聲音再現(xiàn)，從而聽(tīng)眾不會(huì)具有整個(gè)聲音 場(chǎng)景似乎緊隨她/他的感覺(jué)。然而，商業(yè)上可用的頭部跟蹤裝置的成本通常較高，并且耳機(jī) 信號(hào)的更新也可能帶來(lái)偽差。與此相反，通過(guò)在聽(tīng)眾頭部周圍構(gòu)建物理上正確的聲場(chǎng)，對(duì)于 單獨(dú)的頭部相關(guān)傳遞函數(shù)測(cè)量或者對(duì)于頭部運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜補(bǔ)償是不必要的。使用傳統(tǒng)的聲場(chǎng)渲染技術(shù)(例如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的波場(chǎng)合成)，將要求大約2cm的 揚(yáng)聲器間隔來(lái)再現(xiàn)所需頻率范圍內(nèi)的物理上正確的聲場(chǎng)。這導(dǎo)致利用非常少的揚(yáng)聲器的 不切實(shí)際的揚(yáng)聲器設(shè)置，這可能在低頻(典型地在200/300HZ以下)是無(wú)效的。根據(jù)本發(fā) 明，12. 5厘米的揚(yáng)聲器間隔可能就足夠(參考圖2中的中央位置)，從而減少了所需揚(yáng)聲器 的數(shù)量，并且允許使用傳統(tǒng)上成本節(jié)約的揚(yáng)聲器技術(shù)將可接受的聲音壓力級(jí)別下降到至少 IOOHz0該第四實(shí)施例的示例性實(shí)現(xiàn)如圖14所示，其中聽(tīng)眾27被揚(yáng)聲器集合2包圍，所述 揚(yáng)聲器集合把聽(tīng)眾頭部27周圍的非常受限制的最佳區(qū)域6中的至少一個(gè)虛擬源5的再現(xiàn) 作為目標(biāo)。本發(fā)明的應(yīng)用包括但不限于下列領(lǐng)域高保真聲音再現(xiàn)、家庭影院、汽車內(nèi)部 噪聲模擬、飛機(jī)內(nèi)部噪聲模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)的聲音再現(xiàn)、感知單峰/交叉模式(perceptual unimodal/crossmodal)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的聲音再現(xiàn)。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)清楚的
是，根據(jù)與多個(gè)第一音頻輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的本發(fā)明，可以合成
元件名稱
1第一輸入音頻信號(hào)
2多個(gè)揚(yáng)聲器
2.1位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30內(nèi)的揚(yáng)聲器
2.2位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30外的揚(yáng)聲器
3第二音頻輸入信號(hào)
4合成的聲場(chǎng)
5虛擬源
6最佳收聽(tīng)區(qū)域
6.1第一最佳收聽(tīng)區(qū)域
6.2第二最佳收聽(tīng)區(qū)域
6.3第三最佳收聽(tīng)區(qū)域
7定位濾波器系數(shù)
8虛擬源描述數(shù)據(jù)
9揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)
10收聽(tīng)區(qū)域描述數(shù)據(jù)11揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)12第三音頻輸入信號(hào)13參考收聽(tīng)位置14聲場(chǎng)濾波裝置15定位濾波器計(jì)算裝置16收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置17揚(yáng)聲器等級(jí)計(jì)算裝置18連接虛擬源5和參考收聽(tīng)位置13的源/聽(tīng)眾連線19揚(yáng)聲器2到源/聽(tīng)眾連線18的距離20源/聽(tīng)眾可視區(qū)域的邊界21位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30內(nèi)的揚(yáng)聲器，被考慮用于揚(yáng)聲器等級(jí)11計(jì)算22位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域30外的揚(yáng)聲器，被考慮用于揚(yáng)聲器等級(jí)11計(jì)算23位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域外的揚(yáng)聲器到源/聽(tīng)眾可視區(qū)域的邊界的距離24沙發(fā)25源/揚(yáng)聲器可視區(qū)域26長(zhǎng)椅27聽(tīng)眾28跟蹤裝置29真實(shí)的最佳收聽(tīng)區(qū)域30源/聽(tīng)眾可視區(qū)域31源可視區(qū)域32修改濾波器系數(shù)計(jì)算裝置33修改濾波器系數(shù)34第二音頻輸入信號(hào)修改裝置35參考位置
權(quán)利要求
一種使用多個(gè)揚(yáng)聲器(2)根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)(1)的聲場(chǎng)再現(xiàn)方法，所述多個(gè)揚(yáng)聲器(2)旨在合成其中沒(méi)有放置揚(yáng)聲器(2)的最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)內(nèi)的聲場(chǎng)，所述聲場(chǎng)被描述為從虛擬源(5)發(fā)出，所述方法包括步驟根據(jù)源自曲面積分的聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)使用虛擬源描述數(shù)據(jù)(8)和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)(9)來(lái)計(jì)算定位濾波器系數(shù)(7)；和應(yīng)用定位濾波器系數(shù)(7)來(lái)過(guò)濾所述第一音頻輸入信號(hào)(1)，以形成第二音頻輸入信號(hào)(3)，所述方法的特征在于，依靠揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)來(lái)定義揚(yáng)聲器等級(jí)，所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)代表每個(gè)揚(yáng)聲器(2)對(duì)于所述最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)內(nèi)的聲場(chǎng)的合成的重要性，根據(jù)所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)修改所述第二音頻輸入信號(hào)(3)以形成第三音頻輸入信號(hào)(12)，并且對(duì)揚(yáng)聲器(2)提供第三音頻輸入信號(hào)(12)用以合成聲場(chǎng)(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)是使用虛擬源描述數(shù)據(jù) (8)、揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)(9)和收聽(tīng)區(qū)域描述數(shù)據(jù)(10)定義的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述揚(yáng)聲器等級(jí)對(duì)于位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域(30) 外的揚(yáng)聲器比對(duì)于位于源/聽(tīng)眾可視區(qū)域(30)內(nèi)的揚(yáng)聲器(21)通常要低。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述源/聽(tīng)眾可視區(qū)域(30)是通過(guò)在包括整個(gè)最 佳收聽(tīng)區(qū)域(6)的虛擬源(5)處的最小立體角定義的。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，位于所述源/聽(tīng)眾可視區(qū)域(30)外的揚(yáng)聲器(22) 的揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)是通過(guò)揚(yáng)聲器(22)到所述源/聽(tīng)眾可視區(qū)域(30)的邊界(20)的 距離(23)的遞減函數(shù)定義的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)是通過(guò)揚(yáng)聲器(2)的位 置到連接虛擬源(5)的位置與所述最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)中的參考收聽(tīng)位置(13)的連線的距 離(19)的遞減函數(shù)定義的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，修改第二音頻輸入信號(hào)(3)以便形成第三音頻輸入 信號(hào)(12)至少暗示減小具有低等級(jí)的揚(yáng)聲器(2)的第二音頻輸入信號(hào)(3)的級(jí)別。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，具有低等級(jí)的揚(yáng)聲器(2)的第二音頻輸入信號(hào)(3) 的級(jí)別降低是頻率相關(guān)的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)修改第二音頻輸入信號(hào) (3)以便形成第三音頻輸入信號(hào)(12)的步驟被執(zhí)行，以便在所述最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)中增加 在用于計(jì)算所述定位濾波器系數(shù)(7)的聲場(chǎng)渲染技術(shù)的定義中與所需的揚(yáng)聲器分布的空 間取樣相關(guān)的Nyquist頻率。
10.一種使用多個(gè)揚(yáng)聲器(2)根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)(1)的聲場(chǎng)再現(xiàn)裝置，所述多個(gè) 揚(yáng)聲器(2)旨在合成其中沒(méi)有放置揚(yáng)聲器(2)的最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)內(nèi)的聲場(chǎng)，所述聲場(chǎng)被 描述為從虛擬源(5)發(fā)出，所述裝置包括聲場(chǎng)濾波裝置(14)，用于使用定位濾波器系數(shù) (7)根據(jù)所述第一音頻輸入信號(hào)(1)來(lái)計(jì)算第二音頻輸入信號(hào)(3)，在定位濾波器計(jì)算裝置(15)中使用虛擬源描述數(shù)據(jù)(8)和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)(9)來(lái)計(jì)算所述定位濾波器系數(shù)(7)， 其特征在于揚(yáng)聲器等級(jí)計(jì)算裝置(17)，用于計(jì)算代表每個(gè)揚(yáng)聲器(2)對(duì)于所述最佳收聽(tīng) 區(qū)域(6)內(nèi)的聲場(chǎng)的合成的重要性的揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)；以及收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置(16)，其被設(shè)計(jì)成根據(jù)所述揚(yáng)聲器等級(jí)數(shù)據(jù)(11)來(lái)修改所述第二音頻輸入信號(hào)(3)，并且 形成供給揚(yáng)聲器(2)的第三音頻輸入信號(hào)(12)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置(16)包括修改濾波器系數(shù)計(jì)算裝置(32)用以計(jì)算修改濾波器系數(shù)(33)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述收聽(tīng)區(qū)域適應(yīng)計(jì)算裝置(16)也包括第二音 頻輸入信號(hào)修改裝置(34)，其使用所述修改濾波器系數(shù)(33)來(lái)修改所述第二音頻輸入信 號(hào)⑶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用多個(gè)揚(yáng)聲器(2)根據(jù)第一音頻輸入信號(hào)(1)的聲場(chǎng)再現(xiàn)方法和設(shè)備，所述多個(gè)揚(yáng)聲器(2)旨在合成其中沒(méi)有放置揚(yáng)聲器(2)的最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)內(nèi)的聲場(chǎng)，所述聲場(chǎng)被描述為從虛擬源(5)發(fā)出。所述方法還包括步驟根據(jù)聲場(chǎng)再現(xiàn)技術(shù)使用虛擬源描述數(shù)據(jù)(8)和揚(yáng)聲器描述數(shù)據(jù)(9)來(lái)計(jì)算多個(gè)定位濾波器系數(shù)(7)；和使用定位濾波器系數(shù)(7)來(lái)修改所述第一音頻輸入信號(hào)(1)，以便形成第二音頻輸入信號(hào)(3)。因此，定義每個(gè)揚(yáng)聲器(2)對(duì)于所述最佳收聽(tīng)區(qū)域(6)內(nèi)的聲場(chǎng)的合成的重要性的揚(yáng)聲器等級(jí)(11)。然后，根據(jù)所述揚(yáng)聲器等級(jí)(11)修改第二音頻輸入信號(hào)(3)以形成第三音頻輸入信號(hào)(12)。最后，對(duì)揚(yáng)聲器(2)饋送合成聲場(chǎng)(3)的第三音頻輸入信號(hào)(12)。
文檔編號(hào)H04S7/00GK101874414SQ200880114138
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者克萊門斯·庫(kù)恩-拉洛夫, 艾蒂尼·科蒂爾, 雷納托·佩萊格里尼, 馬賽厄斯·羅森塔爾 申請(qǐng)人:索尼克埃莫申股份公司