用于空間選擇性音頻播放的設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空間選擇性音頻播放，例如由不同的音頻信號在位于不同位置的 不同的聽筒或聽筒組上播放。
【背景技術】
[0002] 將音頻信號經(jīng)由多個、典型地組織為陣列的揚聲器播放是常規(guī)的方法。通過重復 信號和通過個體的改型、例如通過通常也能用濾波描述的強加的幅值的改變和延遲來獲得 揚聲器信號，能夠有針對性地影響借助于揚聲器放射的聲場的形狀，例如為了有針對性地 對特定的區(qū)域進行聲處理的目的。在下文中所述技術稱作波束成形（beamforming)。通過對 所有的信號產(chǎn)生個體的濾波的、在播放前以揚聲器的方式疊加的揚聲器信號的方式，也能 夠借助于所述技術同時播放具有不同的方向特性的多個音頻信號。由此，能夠實現(xiàn)空間選 擇性播放，在所述播放中借助于不同的信號對多個區(qū)域、所謂的"sound z〇neS(聲音區(qū)）" 進行聲處理，其中使聲音播放彼此間或對其他區(qū)、應盡可能安靜的所謂的" quiet zones (安 靜區(qū)）"的相互影響最小化。
[0003] 存在多種用于確定波束成形濾波器的算法。除了這些僅應用幅值權重和/或延遲 的算法，還存在基于頻率相關的濾波的方法。所述濾波通?；趦?yōu)化技術并且能夠實現(xiàn)期 望的放射特性的靈活的預設，例如可選的放射方向或對在相應于上述"quiet zones"的，能 限定的區(qū)域中的放射的抑制。
[0004] 盡管這種波束成形算法，空間選擇性發(fā)出聲音的效率、尤其對在聲音區(qū)之間的可 聽見的干擾的抑制常常受到限制并且不允許可接受的質量。對此的主要原因是揚聲器陣列 的限制、在所使用的頻域上獲得期望的方向特性、播放空間的影響以及由于波束成形濾波 器相對于揚聲器的偏差、信號幅值等的限定的魯棒性而產(chǎn)生的故障。由此，限定用于經(jīng)由物 理的和信號處理技術的措施的空間選擇性播放的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 期望的是，得到一種用于空間選擇性音頻播放的設計方案，所述設計方案能夠實 現(xiàn)，在聲處理區(qū)域的特定的區(qū)域處能夠實現(xiàn)將設為用于所述區(qū)域的音頻信號與一個或多個 其他的疊加地播放的音頻信號清晰地分離。
[0006] 本發(fā)明的目的在于，提出這種設計方案。
[0007] 所述目的通過所附的獨立權利要求的主題來實現(xiàn)。
[0008] 本發(fā)明的核心思想在于，能識別，在多個揚聲器的聲處理區(qū)域的第一區(qū)域中的第 一音頻信號的更好的分離能夠通過下述方式實現(xiàn)，即計算通過音頻信號在所述第一區(qū)域處 的空間選擇性播放得出的音頻信號的版本，根據(jù)在該區(qū)域處要從一個或多個其他的音頻信 號分離的音頻信號的版本計算掩蔽閾值，并且根據(jù)掩蔽閾值與一個或多個其他的、即進行 干擾的音頻信號的版本的比較來影響用于在多個揚聲器的輸出端處空間選擇性播放的音 頻信號的輸出。對所述第一區(qū)域中的音頻信號的計算或估算也能夠作為對所述第一區(qū)域中 的聲音傳播的模擬來圖解說明，并且用于執(zhí)行所述模擬的元件因此能夠作為計算器或模擬 器圖解說明。因此，能夠借助于評估掩蔽閾值來改進在聲處理區(qū)域的第一區(qū)域處通過空間 選擇性播放已經(jīng)能夠實現(xiàn)的音頻信號的分離，其方式為：計算或模擬通過空間選擇性播放 得出的音頻信號的版本。能夠以不同的方式實現(xiàn)對用于避免或減小在聲處理區(qū)域的第一區(qū) 域處的掩蔽閾值"傷害"的空間選擇性播放的影響，例如通過頻率選擇地減少在相應的模擬 的其他音頻信號超過掩蔽閾值的頻域中各進行干擾的其他音頻信號的方式實現(xiàn)。附加地或 替選地，可能的是，增強在相應的頻域處的實際感興趣的音頻信號。附加地或替選地，也可 考慮的是，根據(jù)與掩蔽閾值比較來改變實際感興趣的（第一）音頻信號的、進行干擾的（第 二）音頻信號或這兩個音頻信號的波束成形。
【附圖說明】
[0009] 有利的設計方案是從屬權利要求的主題。在下文中，參照附圖詳細闡述本申請的 優(yōu)選的實施例，其中：
[0010] 圖1示出用于空間選擇性播放的設備的方框圖；
[0011] 圖2示出用于圖解說明圖1中的適配器的可能的措施的草圖；
[0012] 圖3示出用于圖解說明圖1的適配器的附加的或替選的措施的草圖；
[0013] 圖4示出用于空間選擇性播放的常規(guī)的設備的方框圖；以及
[0014] 圖5示出圖1的具有初始點的實施例的實施變型方案的方框圖。
【具體實施方式】
[0015] 圖1示出根據(jù)一個實施例的用于空間選擇性音頻播放的設備。所述設備通常以附 圖標記10示出。設備10包括用于至少一個第一音頻信號14JP第二音頻信號14 2的輸入 端12以及用于多個揚聲器18的輸出端16。設備10的波束成形處理器20 -側在輸入端 12并且另一側在輸出端16之間連接并構成，以便將用于空間選擇性播放的第一和第二音 頻信號1七和14 2經(jīng)由輸出端16輸出給揚聲器18。揚聲器18能夠對聲處理區(qū)域22進行 聲處理，所述聲處理區(qū)域例如是由揚聲器在其所設置的揚聲器位置處包圍的或是揚聲器指 向的區(qū)域或者通常是至少由揚聲器18中的一個揚聲器進行聲處理的區(qū)域。聲處理區(qū)域能 夠是相對于揚聲器18的虛擬揚聲器位置的或理論揚聲器位置的虛擬的空間，例如不具有 進行反射的表面的虛擬的聲處理區(qū)域或者是能夠例如在壁等處具有反射效果的實際的聲 處理區(qū)域。
[0016] 音頻信號1七和14 2在揚聲器18處的"空間選擇性"播放應意味著，音頻信號不簡 單地以彼此相同的副本的形式以疊加的方式輸出給揚聲器18,而是所述音頻信號如在本申 請的說明書引言中描述的那樣，借助于例如揚聲器個體的延遲和/或幅值改變或通常借助 于揚聲器個體的濾波裝置濾波地經(jīng)由揚聲器18輸出，更確切地說，對于音頻信號14JP 14 2 以不同的方式輸出，使得存在聲處理區(qū)域的至少一個第一區(qū)域24,與第一音頻信號11相 比，由第二音頻信號H2更少地對第一區(qū)域進行聲處理或完全不對第一區(qū)域進行聲處理。也 能夠存在相反地表現(xiàn)的第二區(qū)域26,也就是說由于經(jīng)由揚聲器18空間選擇性播放，與第二 音頻信號H 2相比，第一音頻信號14 i更少地對所述區(qū)域26進行聲處理或完全不對所述區(qū) 域進行聲處理。之后還指出的是，多于兩個的疊加地播放的音頻信號的并存是可能的。
[0017] 最佳的前提條件能夠是，在第一區(qū)域24處的第一音頻信號H1與其他的音頻信號 H2分離至，使得聽筒在所述區(qū)域24中不會聽到其他的音頻信號14 2。然而不幸的是，空間 選擇性經(jīng)由通過揚聲器18進行的播放進行限界，所述限界能夠由實際存在的反射或簡單 地由揚聲器18的位置分布的限定的整體擴展造成。在這種意義上，包含在設備10中的其 他的元件用于改進"空間選擇性"。在下文中再研究對此的細節(jié)。
[0018] 然而首先還要簡短提到的是，音頻信號1七和14 2能夠在輸入端12處以任意形式 存在，例如以模擬的或數(shù)字的形式，以分開的或以m/s編碼的形式或者以包括參數(shù)化的向 下混合的形式，以未被壓縮或被壓縮的形式，在時域中或在頻域中等。所述情況對于在輸出 端16的用于揚聲器18的揚聲器信號是類似的。用于揚聲器18的揚聲器個體的揚聲器信號 能夠經(jīng)由輸出端16彼此分離地輸出，以模擬的或數(shù)字的形式，以壓縮的或未壓縮的形式， 以已經(jīng)增強的、僅預先增強的或未增強的形式等輸出。類似地可能的是，揚聲器信號以壓縮 的形式以向下混合的方式，與空間線索（spatial cues)參數(shù)一起輸出，例如以MPEG-環(huán)繞 編碼或SAOV編碼的形式輸出。波束成形處理器20例如最初完全彼此分開地處理到達的音 頻信號11和H 2，以便對于每個音頻信號產(chǎn)生用于揚聲器18的一組揚聲器信號，使得用于 相應的音頻信號的每個揚聲器信號經(jīng)受特定的、對于相應的揚聲器的相應的揚聲器位置個 體的濾波，例如延遲和/或幅值改變。在結束時例如才將每個信道或揚聲器的這樣從各個 揚聲器信號得到的揚聲器信號組彼此疊加。在下面的附圖中，也再次對其進行圖解說明。
[0019] 盡管區(qū)域24和可選的區(qū)域26在圖1中示例地以圓形示出，也就是說作為不僅沿 穿過揚聲器18伸展的方向而且沿橫向于其的方向限界的二維的區(qū)域示出，但是當然也應 足夠廣義地理解術語"空間選擇性"，以便僅表示"角度選擇性"，在此范圍內(nèi)，在波束成形處 理器20之內(nèi)的音頻信號個體的處理造成，音頻信號11和14 2從揚聲器18觀察在不同的空 間角區(qū)域中放射。這種角度選擇性能夠解釋為對在揚聲器設置的遠場中的放射的影響。以 距揚聲器設置的小的間距（與揚聲器設置的大小相比，即在幾何結構的近場中）也可考慮 對二維的區(qū)域中的放射的有針對性的改變。
[0020] 如在下文中還將詳細研究的，波束成形處理器20能夠固定地對空間選擇性播放 進行設定或優(yōu)化。換言之，波束成形處理器20的播放的空間選擇性能夠是恒定的。所述 空間選擇性能夠事先針對區(qū)域24或區(qū)域24和26進行優(yōu)化，也就是說如下進行：使得在區(qū) 域24中僅第一音頻信號H 1并且，如果提供，在區(qū)域26中僅第二音頻信號H2能由在相應 的區(qū)域中的聽筒聽見。因此，所述優(yōu)化限定前面提到的延遲、幅值改變和/或濾波器，例如 FIR濾波器（有限長單位沖激響應濾波器），對于各個信道或揚聲器18和波束成形處理器 20而言例如能夠是硬接線的，或者然而固定地以軟件或能編程的硬件實現(xiàn)，以便實現(xiàn)經(jīng)由 輸出端16到揚聲器18的空間選擇性播放。當然，同樣替選可能的是，波束成形處理器也在 用于一個或多個音頻信號11、14 2的揚聲器個體的處理（延遲、幅值改變或濾波）方面是能 設定的。一般而言，波束成形處理器20在其音頻信號11、14 2在輸出端16處的空間選擇性 播放方面是能設定或影響的，如在下文中還將詳細描述那樣。附加地或替選地，所述設定也 能夠通過