本公開涉及聲音再現(xiàn)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

有聽力障礙的人經(jīng)常會錯失例如電視節(jié)目或電影的樂趣，因為他們無法理解節(jié)目材料中的對話。這些障礙可能足夠顯著而需要助聽器，或他們可能較不嚴(yán)重且僅僅伴有與年齡相關(guān)聯(lián)的輕微的聽力損傷或聽力損失。不管聽力損失的原因如何，與其他人共享時間的樂趣可能會受顯著影響。調(diào)高音量可能使同一區(qū)域中的其他人不舒服。一些個人與房間內(nèi)其他人相比可能更喜歡較安靜的收聽體驗。為單個人調(diào)低音量對于看電影的其他人來說可能不可接受。因此，需要用于大量聽眾的個人化的聲音再現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種聲音再現(xiàn)系統(tǒng)包括：揚(yáng)聲器布置，其被配置用來視聲場位置控制信號而定在某一位置從定制的音頻信號產(chǎn)生聲學(xué)隔離的聲場，以及聽眾評估塊，其被配置用來提供表示聽眾的位置的收聽位置信號和表示所述聽眾的身份的聽眾標(biāo)識信號。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括音頻控制塊，所述音頻控制塊被配置用來接收和處理所述收聽位置信號、所述聽眾標(biāo)識信號和音頻信號；所述音頻控制塊被進(jìn)一步配置用來視所述收聽位置信號而定經(jīng)由所述聲場位置控制信號控制所述聲場的所述位置，使得所述聲場的所述位置處于所述聽眾的所述位置處，且根據(jù)音頻設(shè)置視所述聽眾的所述身份而定處理所述音頻信號以提供所述定制的音頻信號。

一種聲音再現(xiàn)方法包括視聲場位置控制信號而定在某一位置從定制的音頻信號產(chǎn)生聲學(xué)隔離的聲場，提供表示聽眾的位置的收聽位置信號和表示所述聽眾的身份的聽眾標(biāo)識信號，以及處理所述收聽位置信號、所述聽眾標(biāo)識信號和音頻信號。所述方法進(jìn)一步包括視所述收聽位置信號而定經(jīng)由所述聲場位置控制信號控制所述聲場的所述位置，使得所述聲場的所述位置處于所述聽眾的所述位置處，以及根據(jù)音頻設(shè)置視所述聽眾的所述身份而定處理所述音頻信號以提供所述定制的音頻信號。

在審查以下圖式和詳細(xì)描述后，其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將為或?qū)⒆兊蔑@而易見。希望所有這類額外系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點包括在這個描述內(nèi)且受所附權(quán)利要求書保護(hù)。

附圖說明

參看以下圖式和描述可較好地理解系統(tǒng)和方法。圖式中的組件未必按比例繪制，而是將重點放在說明本發(fā)明的原理上。此外，在圖式中，相似的參考數(shù)字指示所有不同視圖中的對應(yīng)部分。

圖1是圖示具有四個收聽位置和聲音再現(xiàn)系統(tǒng)的示例性收聽環(huán)境的示意圖，所述聲音再現(xiàn)系統(tǒng)為位于這些位置的聽眾提供個人化的聲音再現(xiàn)。

圖2是圖示基于三個高階揚(yáng)聲器組合件的示例性條形音箱的示意性俯視圖，所述條形音箱用于在房間內(nèi)的所要位置產(chǎn)生二維聲場。

圖3是圖示圖2中所示的條形音箱的示意性側(cè)視圖。

圖4是圖示具有兩個收聽位置和聲音再現(xiàn)系統(tǒng)的另一示例性收聽環(huán)境的示意圖，所述聲音再現(xiàn)系統(tǒng)為位于這些位置的聽眾提供個人化的聲音再現(xiàn)。

圖5是圖示采用加權(quán)矩陣以進(jìn)行矩陣化的示例性模態(tài)波束形成器的信號流程圖。

圖6是圖示采用多輸入多輸出塊以進(jìn)行矩陣化的示例性模態(tài)波束形成器的信號流程圖。

圖7是圖示用于姿勢評估和任選收聽位置評估的示例性光學(xué)檢測器的示意圖。

圖8是圖示為大量聽眾提供個人化的聲音再現(xiàn)的示例性聲音再現(xiàn)方法的圖。

圖9是圖示圖1中所示的示例性收聽環(huán)境的修改的示意圖；以及

圖10是圖示示例性遠(yuǎn)場麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

參看圖1，示例性聲音再現(xiàn)系統(tǒng)100使用個別地定制的音頻波束形成來執(zhí)行個人化的聲音控制功能，諸如例如均衡調(diào)節(jié)、音量調(diào)節(jié)、動態(tài)范圍壓縮調(diào)節(jié)等中的一個或多個，所述個人化的聲音控制功能為位于四個收聽位置101-104的個別聽眾調(diào)節(jié)響度。“記住”那些調(diào)節(jié)(在以下內(nèi)容中也稱作音頻設(shè)置)以用于未來參考，使得下一次系統(tǒng)可定位例如房間內(nèi)的同一聽眾，并自動使用他的/她的定制聲場，例如僅向他/她發(fā)送經(jīng)過個別地調(diào)節(jié)的音頻的聲區(qū)。這得以在不使用頭戴受話器或耳機(jī)的情況下實現(xiàn)。圖1所示的示例性系統(tǒng)允許在四個收聽位置101-104進(jìn)行個別響度調(diào)節(jié)并包括揚(yáng)聲器布置105，揚(yáng)聲器布置105從定制的音頻信號106產(chǎn)生三個聲學(xué)隔離的聲場(例如分別處于收聽位置101、103和104處的聲區(qū)107、108和109)和至少包括收聽位置102的一般聲區(qū)110，所述聲學(xué)隔離的聲場可以是從揚(yáng)聲器布置105定向至收聽位置101、103和104的聲束。可以借助聲區(qū)位置控制信號111操縱聲區(qū)的位置101-104。

聲音再現(xiàn)系統(tǒng)100可以包括用于執(zhí)行某些功能的各種塊，其中塊可以是硬件、軟件或其組合。舉例來說，聽眾評估塊112、113和114(每個具有專用聲音調(diào)節(jié)的聽眾一個)提供無線信號115，無線信號115包括表示每個具有專用聲音調(diào)節(jié)的聽眾的位置的收聽位置信號和識別每個被指定進(jìn)行專用聲音調(diào)節(jié)的聽眾的聽眾標(biāo)識信號。聲音再現(xiàn)系統(tǒng)100需要允許確定特定聽眾坐在例如房間內(nèi)哪個位置的信息。這可以通過使用從房間的一側(cè)掃描至另一側(cè)的音調(diào)和靠近個別聽眾以識別掃描經(jīng)過他們的時間的麥克風(fēng)來實現(xiàn)。這類麥克風(fēng)無線地連接至或通過線連接至其它系統(tǒng)組件，而且可以是例如設(shè)置在聽眾身上或聽眾附近的有線的獨(dú)立麥克風(fēng)(圖1中未示出)，或借助無線wi-fi或藍(lán)牙連接集成在智能電話中的麥克風(fēng)。當(dāng)特定音調(diào)(諸如頻率>16khz的聽不見的音調(diào))使用單獨(dú)的定向聲束116掃描房間時，至少一個麥克風(fēng)檢測在麥克風(fēng)的位置處獲得最大音量的時間；在那時可以定位特定聽眾?？梢酝瑫r定位若干聽眾，只要他們具有其自己的清晰可辨識的和可分配的麥克風(fēng)。在圖1所示的示例性聲音再現(xiàn)系統(tǒng)中，聽眾評估塊112、113和114由具有內(nèi)置麥克風(fēng)的智能電話結(jié)合軟件應(yīng)用程序(app)提供，所述軟件應(yīng)用程序可以評估來自內(nèi)置麥克風(fēng)的信號，執(zhí)行聽眾識別并建立無線連接。在另一選項中，具有內(nèi)置麥克風(fēng)的遙控可以提供聽眾識別并控制個別聲區(qū)中的音頻的個別調(diào)節(jié)。

然而，可以應(yīng)用任何其它定位系統(tǒng)，諸如室內(nèi)定位系統(tǒng)(ips)。室內(nèi)定位系統(tǒng)是使用無線電波、磁場、聲信號或由移動裝置收集的其它感覺信息來定位建筑物內(nèi)的物體或人的系統(tǒng)。示例性技術(shù)包括基于相機(jī)的監(jiān)測、藍(lán)牙位置服務(wù)或全球定位系統(tǒng)(gps)位置服務(wù)。室內(nèi)定位系統(tǒng)可以使用不同的技術(shù)，包括與附近的錨節(jié)點(即，具有已知位置的節(jié)點，例如wifi接入點)的距離測量、磁性定位或航位推算。它們主動地定位移動裝置或標(biāo)記或提供將被感測的裝置的環(huán)境位置或環(huán)境背景。室內(nèi)定位系統(tǒng)可以利用各種技術(shù)，包括光學(xué)、無線電或甚至聲學(xué)技術(shù)(即，來自其它系統(tǒng)的額外處理信息)來處理物理模糊并實現(xiàn)誤差補(bǔ)償。

一旦通過聽眾評估塊112、113和114定位，聽眾接著可以將音頻設(shè)置配置為他們的特定偏好。這個配置可以借助對聲音再現(xiàn)系統(tǒng)100的手動控制或遙控，或借助智能電話、平板或計算機(jī)上的應(yīng)用程序來實現(xiàn)。聽眾還可以配置聲束的寬度以覆蓋他們所坐的區(qū)域。接著可以通過聲音再現(xiàn)系統(tǒng)100“記住”配置并使所述配置與用戶的姓名或某一其它類型的標(biāo)識相關(guān)聯(lián)。在圖1所示的聲音再現(xiàn)系統(tǒng)中，示例性音頻控制塊117被設(shè)計用來接收和處理無線信號115，具體來說是其中含有的收聽位置信號和聽眾標(biāo)識信號，以及來自音頻源119的音頻信號118。音頻控制塊117接著可以視收聽位置信號而定經(jīng)由聲場位置控制信號111控制聲場的位置，使得聲場的位置處于聽眾的位置處，且根據(jù)所調(diào)節(jié)的音頻設(shè)置各自視對應(yīng)的聽眾的身份而定來處理音頻信號118以提供定制的音頻信號106。然而，替代于追蹤聽眾和重新定位聲束，可以采用例如與固定收聽位置相關(guān)的一個或多個固定聲束。聽眾的身份可以對應(yīng)于收聽位置且可以從收聽位置獲得，或可以用任何其它合適的方式確定。

根據(jù)個別音頻設(shè)置處理音頻信號118可以包括以下中的至少一項：借助可控的均衡器120調(diào)節(jié)音頻信號的頻譜分量之間的平衡，借助可控的音量控制121調(diào)節(jié)音頻信號的音量以及借助可控的動態(tài)范圍壓縮器122調(diào)節(jié)音頻信號118的動態(tài)。均衡是調(diào)節(jié)電子信號內(nèi)的頻率分量之間的平衡的過程。然而，術(shù)語“均衡”(eq)出于實踐或美學(xué)原因已包括對頻率響應(yīng)的調(diào)節(jié)，從而經(jīng)常導(dǎo)致并非真正均衡的凈響應(yīng)。音量控制(vol)用于將聲級調(diào)節(jié)為預(yù)定等級。動態(tài)范圍壓縮(drc)或僅僅壓縮是通過使音頻信號的動態(tài)范圍變窄或壓縮音頻信號的動態(tài)范圍來降低響亮的聲音的音量和/或放大安靜的聲音的信號處理操作。舉例來說，音頻壓縮可以降低在某一閾值以上的響亮的聲音而使安靜的聲音不受影響。將定制的音頻信號106(各自為相應(yīng)地處理的音頻信號118)供應(yīng)至波束形成(bf)處理器123，波束形成(bf)處理器123又將經(jīng)過波束形成的信號124供應(yīng)至揚(yáng)聲器布置105以產(chǎn)生用于聲區(qū)107-110的波束和掃描波束(即聲場116)。

示例性音頻控制塊117可以進(jìn)一步包括控制塊(cu)125，控制塊(cu)125連接至存儲器(m)126、無線收發(fā)器(wt)127和波束掃描音調(diào)產(chǎn)生器(bs)128。存儲器126存儲表示大量聽眾的身份和對應(yīng)的音頻設(shè)置，以及任選地波束設(shè)置(諸如波束位置、波束寬度等)的數(shù)據(jù)?？刂茐K125基于聽眾標(biāo)識信號從存儲器126中選擇對應(yīng)的音頻設(shè)置以便處理音頻信號118，并基于收聽位置信號操縱對應(yīng)的聲束的方向。收聽位置信號和聽眾標(biāo)識信號由無線收發(fā)器127從無線信號115產(chǎn)生。波束掃描音調(diào)產(chǎn)生器128向波束形成處理器123提供用于掃描波束116的信號，而且也受控制塊125控制。

音頻控制塊117可以進(jìn)一步包括視頻處理器(vp)129，視頻處理器(vp)129連接至相機(jī)130，而且允許結(jié)合相機(jī)130辨識聽眾的姿勢并根據(jù)所辨識的姿勢控制處理音頻信號118和配置相應(yīng)聲區(qū)(例如，對應(yīng)聲束的形狀或?qū)挾?中的至少一者。相機(jī)130定向至可包括聽眾的位置(即，收聽位置101-104)的區(qū)域。聽眾可以從這個接口使用姿勢來使聲束變寬或變窄和/或?qū)⒙暿苿又磷髠?cè)或右側(cè)和/或動態(tài)地追蹤個別區(qū)中的聽眾的移動。選擇特定聲束將允許用戶調(diào)節(jié)那個聲束的聲音設(shè)置參數(shù)。這個接口還可允許較有經(jīng)驗的聽眾為對系統(tǒng)不熟悉的另一個較沒經(jīng)驗的聽眾配置聲束和相關(guān)的聲音設(shè)置。另外，聽眾可能夠提高在他的/她的“聲束”內(nèi)的音量以掩蓋其它環(huán)境噪音，或降低他的/她的“聲束”內(nèi)的音量，使得他/她可以與坐在他/她旁邊的某人進(jìn)行對話，收聽智能電話上的語音郵件等。

示例性聲音再現(xiàn)系統(tǒng)可以設(shè)置在房間131內(nèi)。如果特定聽眾離開房間131，那么系統(tǒng)可以停用對應(yīng)的專用聲束(例如，聲束107-109中的一者)且普通聲場(例如，由聲束110所提供)將取代這個聽眾的波束形成區(qū)域，使得占用那個特定座位的下一個聽眾將聽到在整個房間131的其余地方所聽到的內(nèi)容。也可以在不需要聲區(qū)時使用普通聲場。當(dāng)特定聽眾重新進(jìn)入房間131時，可以重新啟用對應(yīng)的專用聲束。聽眾可以選擇在欣賞節(jié)目的同時調(diào)節(jié)配置參數(shù)，以及刪除那些參數(shù)或?qū)⒛切﹨?shù)保存為他們的新的個人默認(rèn)值。聽眾的配置信息可以由系統(tǒng)存儲并例如通過聽眾的用戶名或面部辨識數(shù)據(jù)(如果采用相機(jī)的話)來識別。舉例來說，下一次這個聽眾在與揚(yáng)聲器布置105相關(guān)聯(lián)的屏幕132上看電影時，他/她可以選擇他的/她的配置并在他的/她的當(dāng)前座位立即恢復(fù)相關(guān)聯(lián)的定制聲束。系統(tǒng)可以在聽眾進(jìn)入房間131時例如經(jīng)由入侵防護(hù)系統(tǒng)(ips)和智能電話接近來識別他/她，并自動加載定制的配置。

如已經(jīng)提到，聲場可以借助波束形成，例如聲束107-110和116而產(chǎn)生。波束形成或空間濾波是用于揚(yáng)聲器或麥克風(fēng)陣列中以用于定向信號發(fā)射或接收的信號處理技術(shù)。這通過將元件以一種方式組合在相控陣列中而實現(xiàn)，在所述方式中特定角度下的信號經(jīng)歷相長干涉而其它信號經(jīng)歷相消干涉。與全向接收/發(fā)射相比的改進(jìn)稱作元件的指向性。

聲場也可以使用聲場描述借助稱作高階環(huán)境立體學(xué)聲的技術(shù)實現(xiàn)。環(huán)境立體學(xué)聲是除了水平平面之外還可覆蓋聽眾上方和下方的聲源的球形環(huán)繞聲技術(shù)。不同于其它多聲道環(huán)繞格式，其傳輸聲道不攜載揚(yáng)聲器信號。替代地，它們含有聲場的揚(yáng)聲器獨(dú)立表示，其接著被解碼為聽眾的揚(yáng)聲器設(shè)置。這就用于回放的揚(yáng)聲器的布局和數(shù)目來說向聽眾提供了相當(dāng)大的靈活程度。可以將環(huán)境立體學(xué)聲理解為中/側(cè)(m/s)立體聲的三維擴(kuò)展，加上高度和深度的不同的額外聲道。就一階環(huán)境立體學(xué)聲來說，所得信號集稱作b格式。一階環(huán)境立體學(xué)聲的空間分辨率相當(dāng)?shù)汀嶋H上，這個轉(zhuǎn)化為略微模糊的源，而且也轉(zhuǎn)化為比較小的可使用的收聽區(qū)域(也稱作甜蜜點或甜蜜區(qū)域)。

通過將更多選擇性的定向分量的群組添加至b格式，分辨率可以增大且所要聲場(也稱作聲區(qū))擴(kuò)大。就二階環(huán)境立體學(xué)聲來說，這些不再對應(yīng)于常規(guī)麥克風(fēng)極性圖案，而是看起來像例如三葉草葉片。所得信號集接著稱作二階、三階或總地來說高階環(huán)境立體學(xué)聲(hoa)。然而，視處理的是二維(2d)還是三維(3d)聲場而定，hoa技術(shù)的常見應(yīng)用需要特定空間配置而不管對聲場進(jìn)行了測量(編碼/寫碼)還是再現(xiàn)(解碼)：2d聲場的處理需要圓柱形配置且3d聲場的處理需要球形配置，每一配置具有麥克風(fēng)或揚(yáng)聲器的規(guī)則或準(zhǔn)規(guī)則分布，以便將實現(xiàn)某一階所必要的傳感器數(shù)目保持為盡可能小的。

圖2和3圖示了聲音再現(xiàn)系統(tǒng)200，其包括三個(或適當(dāng)時僅兩個)緊密間隔的可操縱的(高階)揚(yáng)聲器組合件201、202、203，揚(yáng)聲器組合件201、202、203在此處例如按水平線性陣列布置(其在本文中稱作高階條形音箱)。具有全向指向性特性、偶極指向性特性和/或任何高階極性響應(yīng)的揚(yáng)聲器組合件在本文中也稱作高階揚(yáng)聲器。每一高階揚(yáng)聲器201、202、203具有可調(diào)節(jié)的、可控的或可操縱的指向性特性(極性響應(yīng))，如下文進(jìn)一步概述。每一高階揚(yáng)聲器201、202、203可以包括低階揚(yáng)聲器的水平圓形陣列(例如，全向揚(yáng)聲器)。舉例來說，圓形陣列可以各自包括例如四個低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234(諸如常見揚(yáng)聲器且因此也稱作揚(yáng)聲器)，在這個實例中，四個低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234各自定向于徑向平面內(nèi)的四個垂直方向中的一個方向上。高階揚(yáng)聲器201、202、203的陣列可以設(shè)置在任選底板204上且在頂部可以具有任選頂板301(例如，以承載平面屏幕電視機(jī))?；蛘撸娲谒膫€低階揚(yáng)聲器，每個高階揚(yáng)聲器組合件可以僅采用三個低階揚(yáng)聲器以使用環(huán)境立體學(xué)聲技術(shù)形成一階的二維高階揚(yáng)聲器。

替代地使用多輸入多輸出技術(shù)以代替環(huán)境立體學(xué)聲技術(shù)允許甚至借助僅僅兩個低階揚(yáng)聲器來形成一階的二維高階揚(yáng)聲器。其它選項包括借助規(guī)則地分布在球面上的四個低階揚(yáng)聲器(例如，安裝在四面體的四個面的中心，四面體是總共五個正多面體的第一代表)使用環(huán)境立體學(xué)聲技術(shù)和借助規(guī)則地分布在球面上的四個低階揚(yáng)聲器使用多輸入多輸出技術(shù)形成三維高階揚(yáng)聲器。此外，高階揚(yáng)聲器組合件可以不是按直線而是按距彼此成對數(shù)改變的距離布置在例如任意曲線上或以完全任意的三維布置而布置在房間內(nèi)。

四個低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234必須為基本上相同大小，且具有外圍前表面，以及具有空心的圓柱形主體和端蓋的外殼。圓柱形主體和端蓋可以由不透空氣的材料制成。圓柱形主體可以在其中包括開口。開口可以被設(shè)計大小和形狀以對應(yīng)于低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234的外圍前表面，且具有中心軸線。開口的中心軸線可以包含在一個徑向平面內(nèi)，且相鄰軸線之間的角度可以相同。低階揚(yáng)聲器211至214、221至224和231至234可以設(shè)置在開口中且密封地緊固至圓柱形主體。然而，額外揚(yáng)聲器可以設(shè)置在一個以上這類徑向平面內(nèi)，例如設(shè)置在上述徑向平面上方和/或下方的一個或多個額外平面內(nèi)。任選地，低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234各自可以在單獨(dú)的聲學(xué)封閉的體積215至218、225至228、235至238中操作，以便減少或甚至防止特定高階揚(yáng)聲器組合件的低階揚(yáng)聲器之間的任何聲交互。另外，低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234可以各自布置在凹痕、孔、凹口等中。另外或替代地，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(諸如但不限于喇叭、倒喇叭、聲學(xué)透鏡等)可以布置在低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234前方。

控制塊240接收例如三個環(huán)境立體學(xué)聲信號244、245、246以根據(jù)操縱信息247處理環(huán)境立體學(xué)聲信號244、245、246，并基于環(huán)境立體學(xué)聲信號244、245、246驅(qū)動和操縱高階揚(yáng)聲器201、202、203，使得視操縱信息而定至少在一個位置產(chǎn)生至少一個聲場?？刂茐K240包括驅(qū)動低階揚(yáng)聲器211至214、221至224、231至234的波束形成器塊241、242、243。下文進(jìn)一步描述波束形成器塊的實例。

圖4示出如何使用高階揚(yáng)聲器的水平線性陣列(本文中也稱作水平高階條形音箱或僅僅高階條形音箱)以便在家庭娛樂中實現(xiàn)虛擬聲源的可能性。舉例來說，這樣的線性陣列可以設(shè)置在電視(tv)機(jī)下方以用于再現(xiàn)例如家庭影院的常用布局的前聲道，5.1環(huán)繞聲。5.1音響系統(tǒng)的前聲道包括前置左(lf)聲道、前置右(rf)聲道和中置(c)聲道。將單個高階揚(yáng)聲器替代于水平高階條形音箱布置在tv機(jī)下方將意謂c聲道可以定向至tv機(jī)的前方且lf和rf聲道可以定向至其側(cè)面，使得lf和rf聲道將不會直接傳送至坐在tv機(jī)前方的聽眾(在甜蜜點或甜蜜區(qū)域)，而只是經(jīng)由側(cè)壁間接地傳送，從而構(gòu)成傳送路徑，傳送路徑視眾多未知參數(shù)而定，且因此可能很難被控制。因此，在具有至少兩個將要被再現(xiàn)的聲道的多聲道系統(tǒng)中，具有(至少)兩個按水平線布置的高階揚(yáng)聲器的高階條形音箱允許直接傳送前聲道(例如，lf和rf聲道)直接至甜蜜區(qū)域，即聽眾應(yīng)該在的區(qū)域。

此外，中置聲道(例如，c聲道)可以借助兩個高階揚(yáng)聲器在甜蜜區(qū)域再現(xiàn)。替代地，設(shè)置在兩個高階揚(yáng)聲器之間的第三個高階揚(yáng)聲器可用以單獨(dú)地將lf和rf聲道以及c聲道定向至甜蜜區(qū)域。由于對于三個高階揚(yáng)聲器，每個聲道由單獨(dú)的塊再現(xiàn)，因此可以進(jìn)一步改進(jìn)處于甜蜜區(qū)域的聽眾的空間聲音印象。此外，對于添加至高階條形音箱的每個額外高階揚(yáng)聲器，可以實現(xiàn)較擴(kuò)散的聲音印象且其它聲道(諸如，例如效果聲道)可以從高階條形音箱的后側(cè)輻射，此在本實例中為從tv機(jī)的后側(cè)到例如后壁，由效果聲道提供的聲音在后壁處擴(kuò)散。

與其中低階揚(yáng)聲器成一直線布置的常見條形音箱相比，高階條形音箱對定向聲源(例如)在側(cè)面和后方的定位提供更多選項，使得在常見的收聽環(huán)境(諸如起居室)中，可借助高階條形音箱實現(xiàn)始終與空間方向無關(guān)的指向性特性。舉例來說，具有在70cm的距離內(nèi)成一直線等距離地分布的十四個低階揚(yáng)聲器的常見側(cè)欄僅可在距離前方方向最大±90°(度)的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生虛擬聲源，而高階條形音箱允許在±180°的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生虛擬聲源。

圖4圖示了關(guān)于包括三個高階揚(yáng)聲器410、411、422的高階條形音箱的示例性設(shè)置。音頻控制塊401驅(qū)動目標(biāo)房間413(例如，常見起居室)內(nèi)的三個高階揚(yáng)聲器410、411、422，音頻控制塊401接收一個或多個音頻信號402且包括控制塊，諸如圖2所示的控制塊240。在由處于甜蜜點414處的麥克風(fēng)陣列表示的收聽位置(甜蜜點、甜蜜區(qū)域)處，可接著產(chǎn)生至少一個所要虛擬源的聲場。在目標(biāo)房間413內(nèi)，布置了其它高階揚(yáng)聲器，例如用于左環(huán)繞(ls)聲道的高階揚(yáng)聲器424、用于低頻效應(yīng)(sub)聲道的低階重低頻揚(yáng)聲器423，和用于右環(huán)繞(rs)聲道的高階揚(yáng)聲器412。目標(biāo)房間413在聲學(xué)上非常不利，因為它在左側(cè)墻壁中包括窗戶417和法式門418且在右側(cè)墻壁中包括門419，其呈不平衡的配置。此外，沙發(fā)421設(shè)置在右側(cè)墻壁處且大致延伸至目標(biāo)房間413的中心且桌子420布置在沙發(fā)421前方。

電視機(jī)416布置在前方墻壁處(例如，在高階條形音箱上方)且在沙發(fā)421的視線中。前置左(lf)聲道高階揚(yáng)聲器410和前置右(rf)聲道高階揚(yáng)聲器411布置在電視機(jī)416的左側(cè)角落和右側(cè)角落下方且中置(c)高階揚(yáng)聲器422布置在電視機(jī)416的中間下方。低頻效應(yīng)(sub)聲道揚(yáng)聲器423設(shè)置在前方墻壁與右側(cè)墻壁之間的角落處。后方墻壁上的揚(yáng)聲器布置(包括左環(huán)繞(ls)聲道高階揚(yáng)聲器424和右環(huán)繞(rs)聲道高階揚(yáng)聲器412)與前方墻壁上的揚(yáng)聲器布置(包括前置左(lf)聲道揚(yáng)聲器410、前置右(rs)聲道揚(yáng)聲器411和低頻效應(yīng)(sub)聲道揚(yáng)聲器423)并不共享同一中心線。示例性甜蜜區(qū)域414可以在沙發(fā)421上，而桌子420和電視機(jī)416在前方。如可見，圖4所示的揚(yáng)聲器設(shè)置并不基于圓柱形或球形基本配置且不采用規(guī)則分布。在圖4所示的示例性設(shè)置中，甜蜜區(qū)域414和425可以從條形音箱接收直接聲束以在那些甜蜜區(qū)域414和425允許預(yù)置的個別聲音印象。

如果在甜蜜區(qū)域后面和在后方墻壁前方或條形音箱的水平面上方某處(未示出)使用其它(高階)揚(yáng)聲器，例如用于環(huán)繞聲道ls和rs，那么可以進(jìn)一步增強(qiáng)環(huán)繞印象。此外，已發(fā)現(xiàn)可顯著減少(低階)揚(yáng)聲器的數(shù)目。舉例來說，在甜蜜區(qū)域周圍有五個4階虛擬源的情況下，聲場可以近似地類似于借助甜蜜區(qū)域周圍的四十五個低階揚(yáng)聲器，或在圖4所示的示例性環(huán)境中，借助具有三個高階揚(yáng)聲器的高階條形音箱實現(xiàn)的聲場，高階條形音箱由總共十二個低階揚(yáng)聲器建立，且與具有成一直線的十四個低階揚(yáng)聲器的常見條形音箱相比展現(xiàn)較好的空間聲音印象，兩個條形音箱的尺寸相當(dāng)。

對于條形音箱的高階揚(yáng)聲器(和其它高階揚(yáng)聲器)中的每一者，可以采用如圖5或6中所示的波束形成器塊500或600(例如，可應(yīng)用為圖2和3中的波束形成器241、242、243)。圖5所示的波束形成塊500視n個(環(huán)境立體學(xué)聲)輸入信號502而定控制具有q個揚(yáng)聲器501的揚(yáng)聲器組合件(或q個揚(yáng)聲器群組，每一群組具有大量揚(yáng)聲器，諸如高頻揚(yáng)聲器、中頻范圍揚(yáng)聲器和/或低頻揚(yáng)聲器)，輸入信號502也稱作輸入信號x(n)或環(huán)境立體學(xué)聲信號其中對于二維n是n2d＝(2m+1)且對于三維n3d＝(m+1)²。波束形成塊500可以進(jìn)一步包括模態(tài)加權(quán)子塊503、動態(tài)波場操控子塊505、正則化子塊509和矩陣化子塊507。向模態(tài)加權(quán)子塊503供應(yīng)輸入信號502[x(n)]，在模態(tài)加權(quán)子塊503中用模態(tài)加權(quán)系數(shù)(即，濾波系數(shù)c0(ω),c1(ω)…cn(ω))對輸入信號502進(jìn)行加權(quán)以基于n個球諧函數(shù)提供所要波束圖案，即輻射圖案從而遞送n個經(jīng)過加權(quán)的環(huán)境立體學(xué)聲信號504，也稱作通過動態(tài)波場操控子塊505使用n×1加權(quán)系數(shù)對經(jīng)過加權(quán)的環(huán)境立體學(xué)聲信號504進(jìn)行變換，例如以將所要波束圖案旋轉(zhuǎn)至所要位置因此，通過動態(tài)波場操控子塊505輸出n個經(jīng)過修改的(例如，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的、經(jīng)過聚焦的和/或經(jīng)過縮放的)且經(jīng)過加權(quán)的環(huán)境立體學(xué)聲信號506，也稱作

接著將n個經(jīng)過修改的且經(jīng)過加權(quán)的環(huán)境立體學(xué)聲信號506輸入至正則化子塊509中，正則化子塊509包括正則化的徑向均衡濾波器以用于考慮回放裝置高階揚(yáng)聲器(hol)的易感性，從而防止例如給定白噪聲增益(wng)閾值被削弱。接著通過矩陣化子塊507使用如圖5所示的n×q加權(quán)矩陣?yán)缤ㄟ^偽逆y⁺＝(y^ty^)-1y^t將正則化子塊509的輸出信號510變換為q個揚(yáng)聲器信號508[y1(n),…,yq(n)]，如果q個低階揚(yáng)聲器以規(guī)則方式布置在高階揚(yáng)聲器的主體處，那么所述偽逆簡化為替代地，可通過多輸入多輸出子塊601使用如圖6中所示的n×q濾波矩陣從n個正則化的、經(jīng)過修改的且經(jīng)過加權(quán)的環(huán)境立體學(xué)聲信號510產(chǎn)生q個揚(yáng)聲器信號508。圖5和6所示的系統(tǒng)可用以使用聲場描述(諸如高階環(huán)境立體學(xué)聲)實現(xiàn)二維或三維音頻。

簡單的環(huán)境立體學(xué)聲聲相調(diào)節(jié)器(panner)(或解碼器)采用輸入信號，例如源信號s和兩個參數(shù)，即水平角θ和仰角它通過在具有不同增益的環(huán)境立體學(xué)聲分量內(nèi)針對對應(yīng)的環(huán)境立體學(xué)聲信號和分布信號來按所要角度定位源：

且

作為全向的，w聲道始終遞送相同信號，而不管收聽角度如何。為了使其可具有與其它聲道差不多相同的平均能量，使w衰減w，即約3db(精確地說，除以二的平方根)。x、y、z的項可產(chǎn)生八字形的極性圖案。在角度θ和下取其所要加權(quán)值，且將結(jié)果乘以對應(yīng)的環(huán)境立體學(xué)聲信號(x,y,z)，輸出總和現(xiàn)在以指向所要方向的八字形輻射圖案結(jié)束，所述輸出總和由方位角θ和仰角給出，用于計算加權(quán)值x、y和z，且具有可處理用w加權(quán)的w分量的能量含量。可組合b格式分量以導(dǎo)出可處理任何三維方向上的任何一階極性圖案(全向的、心形、超心形、八字形或介于其之間的任何圖案)和點的虛擬輻射圖案。可以同時導(dǎo)出具有不同參數(shù)的若干這類波束圖案以形成重合的立體聲對或環(huán)繞陣列。類似于上文結(jié)合圖2至圖4所描述的高階揚(yáng)聲器或揚(yáng)聲器組合件(包括諸如圖5和圖6所示的波束形成器塊)允許通過疊加基本函數(shù)(即，球諧函數(shù))而近似任何所要指向性特性。

矩陣化塊601可以實施為多輸入多輸出系統(tǒng)，所述系統(tǒng)提供對高階揚(yáng)聲器的輸出信號的調(diào)節(jié)，使得輻射圖案盡可能地近似所要球諧函數(shù)。為了在利用若干高階揚(yáng)聲器的房間內(nèi)的某個位置或區(qū)域產(chǎn)生所要聲場，在調(diào)適過程中僅僅調(diào)適所采用的個別高階揚(yáng)聲器的模態(tài)權(quán)數(shù)(即，在波域中直接進(jìn)行調(diào)適)可能為足夠的。因為聲場(波場)域中的這個調(diào)適，這個過程稱作波域自適應(yīng)濾波(wdaf)。wdaf是同樣已知的頻域自適應(yīng)濾波(fdaf)的已知的有效的時空一般化。通過并入有聲場的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，wdaf甚至適合于具有高度交叉相關(guān)的寬帶輸入信號的大量多輸入多輸出系統(tǒng)。借助波域自適應(yīng)濾波，自適應(yīng)地確定高階揚(yáng)聲器的方向特性，使得甜蜜區(qū)域中的個別聲束的疊加近似所要聲場。

為了按照特定房間條件和揚(yáng)聲器設(shè)置(其包括高階條形音箱和可能其它(高階)揚(yáng)聲器)的甜蜜區(qū)域的特定要求來調(diào)節(jié)或(特別地或永久地)調(diào)適由條形音箱再現(xiàn)的聲音，需要測量和量化聲場。這可以借助麥克風(fēng)的陣列(麥克風(fēng)陣列)和能夠?qū)o定聲場進(jìn)行解碼的信號處理塊實現(xiàn)，麥克風(fēng)的陣列和信號處理塊例如形成高階環(huán)境立體學(xué)聲系統(tǒng)以確定三維下的聲場，或，這在許多情況下可能為足夠的，確定二維下的聲場，這需要較少麥克風(fēng)。對于二維聲場的測量，需要s個麥克風(fēng)來測量高達(dá)m階的聲場，其中s≥2m+1。相比之下，對于三維聲場，需要s≥(2m+1)²個麥克風(fēng)。此外，在許多情況下，將麥克風(fēng)(等距離地)設(shè)置在圓形線上為足夠的。麥克風(fēng)可以設(shè)置在剛性的或開放的球體或圓柱體上，且在需要時可以結(jié)合環(huán)境立體學(xué)聲解碼器操作。在替代實例中，處于甜蜜點414處的麥克風(fēng)陣列可以集成在高階揚(yáng)聲器(未示出)中的一者中。類似于甜蜜點414處的麥克風(fēng)陣列的麥克風(fēng)陣列可以設(shè)置在甜蜜點425處。甜蜜點414和425處的麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列可以用于定位甜蜜點414和425處的聽眾。

相機(jī)(諸如圖1所示的相機(jī)130)不僅可用以辨識聽眾的姿勢，而且可用以檢測聽眾的位置并通過操縱高階揚(yáng)聲器的方向來重新定位聲區(qū)。圖7中示出示例性光學(xué)檢測器。如所示，具有鏡頭702的相機(jī)701可以設(shè)置在鏡像半球703上方(或下方)的適當(dāng)距離處，其中鏡頭702指向半球703的彎曲的鏡像表面，而且可以在水平平面內(nèi)提供360°視野704。舉例來說，當(dāng)這種檢測器安裝(例如)在房間的天花板上時，可以發(fā)現(xiàn)在房間內(nèi)任何地方的聽眾的位置。替代地，可以使用在水平平面內(nèi)也提供360°視野的所謂的魚眼鏡頭(作為鏡頭702)，使得可以省略鏡像半球703。

圖8示出示例性聲音再現(xiàn)方法，其中視聲場位置控制信號而定在某一位置從定制的音頻信號產(chǎn)生聲學(xué)隔離的聲場(程序801)。提供表示聽眾的位置的收聽位置信號和表示聽眾的身份的聽眾標(biāo)識信號(程序802)。處理收聽位置信號、聽眾標(biāo)識信號和音頻信號以提供定制的音頻信號(程序803)，從而視收聽位置信號而定經(jīng)由聲場位置控制信號控制聲場的位置，使得聲場的位置處于聽眾的位置處(程序804)，且根據(jù)音頻設(shè)置視聽眾的身份而定處理音頻信號以提供定制的音頻信號(程序805)。

上述技術(shù)使用個別定制的音頻波束形成來執(zhí)行(基本的)聲音設(shè)置功能，所述功能為個別聽眾調(diào)節(jié)(例如)某些頻率的響度。將“記住”那些調(diào)節(jié)以用于未來參考，使得下一次那個個人坐下來時，系統(tǒng)可以在房間內(nèi)定位那個人，并自動使用他們定制的“聲束”，所述定制的“聲束”僅向那個聽眾發(fā)送經(jīng)過調(diào)節(jié)的音頻。這都可在不使用頭戴受話器或耳機(jī)的情況下實現(xiàn)。

通過使用例如高階揚(yáng)聲器的陣列(例如，呈高階條形音箱的形式)，高階揚(yáng)聲器中的每一者具有通用指向性，可甚至在反射性場地(諸如通常安裝了家庭音頻系統(tǒng)的起居室)近似任意聲場。這是可能的，因為可因為使用高階揚(yáng)聲器而形成通用指向性，從而僅在無反射表面存在的方向上輻射聲音，或在證明某些反射積極地促成將被近似的所要的包絡(luò)聲場的形成時故意利用這些反射。因此，在目標(biāo)房間內(nèi)的所要位置(例如，在起居室的長沙發(fā)椅處的某個區(qū))的所要聲場的近似可以通過使用(例如)由多樣fxlms濾波輸入最小均方(多樣fxlms)算法給出的自適應(yīng)方法(諸如自適應(yīng)多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng))來實現(xiàn)，所述算法不僅可在時域或譜域中操作，而且可在所謂的波域中操作。

利用波域自適應(yīng)濾波(wdaf)令人特別感興趣，因為這在所要聲場的近似方面保證非常好的結(jié)果。如果記錄裝置實現(xiàn)某些要求，那么可以使用wdaf。舉例來說，在表面配備有規(guī)則地或準(zhǔn)規(guī)則地分布的麥克風(fēng)的圓形(針對2d)或球形麥克風(fēng)陣列(3d)可以用以記錄聲場，從而視必須記錄的聲場的所要次序而定分別再現(xiàn)了必須被相應(yīng)地選擇的最小數(shù)目的麥克風(fēng)。然而，如果使用例如mimo系統(tǒng)計算波束形成濾波，那么具有不同形狀和麥克風(fēng)分布的任意麥克風(fēng)陣列也可以用以測量聲場，從而導(dǎo)致記錄裝置的高靈活性。記錄裝置可以集成在完整的新的聲學(xué)系統(tǒng)的主塊中。因此，它不僅可用于已經(jīng)提到的記錄任務(wù)，而且可用于其它所需目的，諸如使聲學(xué)系統(tǒng)的語音控制能夠口頭地控制例如音量、標(biāo)題的切換等等。此外，麥克風(fēng)陣列所附接至的主塊也可用作獨(dú)立裝置，例如作為電話會議集線器或作為便攜式音樂裝置，其能夠依靠聽眾與裝置的相對位置而調(diào)節(jié)聲音，這只有在視頻相機(jī)也集成在主塊中時才為可能的。

具有可調(diào)節(jié)的、可控的或可操縱的指向性特性的揚(yáng)聲器布置包括至少兩個相同的或類似的揚(yáng)聲器，所述揚(yáng)聲器可以布置在一個、兩個或兩個以上揚(yáng)聲器組合件中，例如，一個揚(yáng)聲器組合件具有兩個揚(yáng)聲器或兩個揚(yáng)聲器組合件各自具有一個揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器組合件可以分布在例如房間內(nèi)的顯示器周圍的某個地方。借助于高階揚(yáng)聲器的陣列，有可能形成具有相同質(zhì)量的聲場，但與普通揚(yáng)聲器相比使用的裝置較少。高階揚(yáng)聲器的陣列可以用以在真實的，例如反射性環(huán)境中形成任意聲場。

參看圖9，圖1所示的系統(tǒng)可以被更改以使用麥克風(fēng)陣列901以作為相機(jī)130的替代物(或外加相機(jī)130)，麥克風(fēng)陣列901位于例如揚(yáng)聲器布置105處且能夠檢測聲音的到達(dá)方向(doa)。揚(yáng)聲器布置105可以具有大量定向麥克風(fēng)和/或可以包括(麥克風(fēng))波束形成功能。智能電話112、113和114可以具有能夠發(fā)送聽不見的音調(diào)902、903和904的揚(yáng)聲器，所述音調(diào)902、903和904由麥克風(fēng)陣列901拾取。麥克風(fēng)陣列901可以是遠(yuǎn)場麥克風(fēng)系統(tǒng)的一部分且結(jié)合doa處理塊905識別音調(diào)來自的方向，doa處理塊905取代圖1所示的無線收發(fā)器127。音調(diào)可以進(jìn)一步包括允許識別與特定智能電話相關(guān)聯(lián)的聽眾的信息。舉例來說，音調(diào)的不同頻率可以與不同聽眾相關(guān)聯(lián)。也可以使用經(jīng)過相應(yīng)地調(diào)適的遙控塊以代替智能電話。此外，音調(diào)還可包括關(guān)于相關(guān)聯(lián)的聽眾的特定聲音設(shè)置的信息或更改對應(yīng)的聲音設(shè)置的指令。如果與語音辨識塊906耦合，那么麥克風(fēng)陣列901允許在聽眾在收聽位置中的一個位置處講話時檢測個別聽眾或收聽位置。因此，如果利用不同關(guān)鍵字(例如，用戶的姓名)，那么在房間131內(nèi)的任何聲區(qū)處可獲得經(jīng)過個別地調(diào)節(jié)的音頻。語音辨識可以進(jìn)一步用以更改對應(yīng)的聲音設(shè)置。

參看圖10，在可應(yīng)用于圖9所示的系統(tǒng)中的示例性遠(yuǎn)場麥克風(fēng)系統(tǒng)中，來自所要聲源1007的聲音經(jīng)由一個揚(yáng)聲器或多個揚(yáng)聲器而輻射，行進(jìn)通過借助對應(yīng)的房間脈沖響應(yīng)(rir)1001對所述聲音進(jìn)行濾波所在的房間，且可最終在對應(yīng)的信號被遠(yuǎn)場麥克風(fēng)系統(tǒng)的m個麥克風(fēng)1011拾取之前被噪聲破壞。圖10所示的遠(yuǎn)場麥克風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括聲學(xué)回聲消除(aec)塊1002、隨后的固定波束形成器(fb)塊1003、隨后的波束操縱塊1004、隨后的自適應(yīng)阻塞濾波器(abf)塊1005、隨后的自適應(yīng)干擾消除器塊1006，和隨后的自適應(yīng)后置濾波器塊1010。如從圖10中可見，通過rir(h1，…，hm)濾波且最終被噪聲覆蓋的n個源信號用作aec塊1002的輸入。固定ds波束形成器塊1003的輸出信號用作波束操縱(bs)塊1004的輸入bi(n)，其中i＝1,2,…b。來自固定波束形成器塊1003的每一信號來自不同的房間方向且可具有不同的snr等級。

bs塊1004遞送表示固定波束形成器塊1003的指向房間方向的具有最佳/最高當(dāng)前snr值的信號的輸出信號b(n)(稱作正波束)和表示固定波束形成器塊1003的具有最小/最低snr值的當(dāng)前信號的信號bn(n)(稱作負(fù)波束)。自適應(yīng)阻塞濾波器(abf)塊1005基于這兩個信號b(n)和bn(n)計算輸出信號e(n)，輸出信號e(n)理想地僅含有當(dāng)前噪聲信號，而不再含有有用的信號部分。表達(dá)“自適應(yīng)阻塞濾波器”來自于其目的，其按自適應(yīng)方式阻塞負(fù)波束的信號bn(n)中仍然含有的有用的信號部分。輸出信號e(n)與任選地通過延遲(d)線1008得到的表示正波束的延遲信號b(n-γ)一起進(jìn)入aic塊1006，aic塊1006從結(jié)構(gòu)角度還包括減法器塊1009。aic塊1006基于這兩個輸入信號e(n)和b(n-γ)產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號一方面用作相繼的自適應(yīng)后置濾波器(pf)塊1010的輸入信號，且另一方面被反饋至aic塊1006，從而用作調(diào)適過程的誤差信號，調(diào)適過程也采用aic塊1006。這個調(diào)適過程的目的在于從延遲的正波束信號產(chǎn)生信號，所述信號在從延遲的正波束信號減去時主要減小諧波噪聲信號。另外，aic塊1006還產(chǎn)生用于自適應(yīng)pf塊1010的隨時間變化的濾波器系數(shù)，自適應(yīng)pf塊1010被設(shè)計用來從減法器塊1009的輸出信號主要去除統(tǒng)計噪聲分量并最終產(chǎn)生總輸出信號y(n)。

已出于說明和描述的目的呈現(xiàn)了對實施方案的描述。可鑒于以上描述對實施方案執(zhí)行合適的修改和變化。所描述的組合件、系統(tǒng)和方法本質(zhì)上是示例性的，且可包括額外元件或步驟和/或省略元件或步驟。如本申請中所使用，以單數(shù)敘述且接在單詞“一”之后的元件或步驟應(yīng)理解為不排除多個所述元件或步驟，除非聲明此排除。此外，對本公開的“一個實施方案”或“一個實例”的提及無意解釋為排除也并入有所述特征的額外實施方案的存在。術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標(biāo)簽，且無意對其對象施加數(shù)字要求或特定位置次序。單個流程圖可以視實現(xiàn)的類型而定將系統(tǒng)、方法或?qū)嵤┧龇椒ǖ能浖枋?例如)為硬件、軟件或其組合?？梢詫K實施為硬件、軟件或其組合。