多通道聲音重放方法和設備的製作方法
2023-10-19 05:10:47 4
專利名稱：多通道聲音重放方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及通過揚聲器裝備進行聲音重放的領域，並且更具體地涉及用於獲得在寬的收聽區域上被重放的聲音的穩定的聽覺空間知覺的方法和系統。又更具體地，本發明涉及在受限的環境(例如汽車座艙)中使用的這樣的方法和系統。
背景技術：
立體聲是流行的空間音頻重放形式。立體聲信號可以通過原位的立體聲話筒錄音或通過混合多個單聲道信號來產生，這在現代流行音樂中是典型的。這種類型的材料通常意圖使用對稱地布置的匹配的揚聲器對進行重放，如在ITU-R BS. 1116[1997]和ITU-RBS. 775-1 [1994]中提出的。如果滿足上文的推薦，那麼收聽者將感知至少在揚聲器之間擴展的聽覺場景，如在Bregman [1994]中描述的，包括各種虛擬源、幻像。如果ITU推薦中的一個或多個不被滿 足,那麼後果可能是聽覺場景的劣化,見例如Bech [1998]。非常典型的是，在汽車中收聽立體聲的材料。最現代化的汽車在交付時就配備有出廠時已安裝好的由立體聲聲源例如CD播放器和2個或更多個揚聲器組成的音響系統。然而，當將汽車收聽環境與ITU推薦比較時，與理想條件之間通常將存在以下偏離( i )收聽位置是錯誤的；(ii)揚聲器位置是錯誤的；(iii)具有接近揚聲器的大的反射表面。至少由於這些原因，聽覺場景的保真度在汽車中典型地被劣化。將理解，雖然在本說明書中反覆地參考在汽車中的音頻重放，但是在下文中描述的本發明的原理的使用和本發明的系統和方法的具體的實施環境不限於汽車音頻重放，而是還可以在多種其他的收聽情況中獲得應用。將是有利的是，儘管具有上文提到的距理想的收聽條件的偏離，但是該重放系統和方法將能夠獲得具有高保真度的音頻重放。聽覺重放基本包括兩個知覺方面(i)聲音環境中的聲源的音色的重放，以及
(ii)聲音環境的空間屬性的重放，例如獲得聲音環境中的聲源的穩定的定位的能力以及獲得對環境中的單個聲源的空間延伸或寬度的正確的感知的能力。這些方面以及表徵這些的具體的感知屬性二者可能通過在封閉空間(例如汽車的座艙)中的音頻重放遭受劣化。發明概述本部分將初步比較和對比在汽車收聽環境與在自由場中的軸上和離軸環境中的立體聲重放。在該比較之後，根據人耳的耳間傳遞函數，對汽車收聽環境中的聽覺場景的劣化進行分析。在該介紹之後，將給出本發明的主要原理的概述，根據該原理提供方法和相應的立體向多-單通道轉換器(stereo to multi-mono converter)設備,藉助於該方法和設備，聽覺場景的聽覺部件的定位可以獨立於收聽位置進行。本發明的實施環境將在本發明的詳細描述中描述，該部分將還包括通過在Matlab軟體的輔助下對模擬的其輸出的分析，對根據本發明的立體向多-單通道轉換器的實施環境的性能進行評價。理想的立體聲收聽環塏雙通道立體聲(將在下文被稱為立體聲(stereo))是一種通過兩個聲源重放空間聽覺場景的方式。Blauert[1997]作出了在術語聲音和聽覺之間的以下的區分聲音是指作為事件的特徵的物理現象(例如聲波、聲源或聲信號)。聽覺是指被收聽者感知的(例如聽覺圖像或場景)。
這種區分也將在本說明書中應用。Blauert[1997]將空間聽覺定義為聽覺事件的地點和聲音事件的物理特性之間的關係。對於立體聲信號的揚聲器重放來說，收聽者和聲源的在水平面中的理想的相對位置在ITU-R BS. 1116[1997]和ITU-R BS. 775-1 [1994]中描述，並且在圖I中圖形地示出，圖I圖示了揚聲器和收聽者的對於立體聲信號的重放的理想的布置。收聽者應當位於具有最小值(I1 =火=dlr = 2米的等邊三角形的頂點處。揚聲器應當被分別地放置在其他的兩個頂點處。這些揚聲器應當在頻率響應和功率響應的方面匹配。距牆壁的最小距離應當是I米。距天花板的最小距離應當是I. 2米。在本說明書中，小寫字母變量將被用於時間域信號，例如x[n]，並且大寫字母變量將被用於頻率域表示，例如X[k]。聲音信號l￥[n] (Iear [n] )iPr,[n] (r· [η])涉及兩耳並且將在本說明書全文中被採用以意指在收聽者的耳道的入口處測量的那些信號。Hainmersh0i和M0ilei· [1996]顯示，所有的定位所需要的方向信息在這些信號中可獲得。兩耳的信號之間的差異的屬性被稱為兩耳間。參照
圖1，考慮其中僅具有由信號Iis [η] (1__[η])饋送的一個聲源的情況。在這種情況下，左耳被稱為和聲源在身體的同側，因為其和聲源在相對於0°方位或正中線的同一個半球中，、[η]是和l_[n]之間的傳輸路徑的脈衝響應。相似地，右耳被稱為在身體的對側的，並且hjn]是IstjurcJn]和r_[n]之間的傳輸路徑的脈衝響應。在理想的情況下 l=6)r=30°。如果本環境是用於自由場中的點源，那麼這些脈衝響應、或頻率域中的頭部相關的傳遞函數(HRTF)，將含有關於由軀幹、頭部和耳廓(外耳)導致的衍射、散射、幹涉和共振效應的信息並且在表徵源和收聽者的相對位置的方式上有差異。在本發明中使用的HRTF是來自CIPIC Interface Laboratory[2004]資料庫，並且具體地用於具有小的耳廓的KEMAR 頭部和軀幹模擬器。然而，將理解，頭部相關的傳遞函數的其他的實例也可以根據本發明被使用，例如來自真實的人耳的、來自人造的人耳(人造的頭部)的，以及甚至模擬的HRTF的頭部相關的傳遞函數。這些信號的頻率域表示使用離散傅立葉變換DFT來計算，如在以下的六個等式中以公式表示的，這些等式在Oppenheim和Schafer [1999,頁561]中共同被稱為傅立葉分析等式。4 .w=2u k(2轉
W=O
權利要求
1.一種用於選擇通過一個或多個補充聲音重放換能器進行重放的聽覺信號分量的方法，所述一個或多個補充聲音重放換能器，例如揚聲器，被放置在一對主要聲音重放換能器之間，例如在立體聲揚聲器裝備中的左揚聲器和右揚聲器之間或在環繞聲揚聲器裝備中的毗鄰的揚聲器之間，所述方法包括以下步驟 (i)指定所述補充聲音重放換能器中的一個被定位在其內或待被定位在其內的方位角範圍，以及收聽方向； (ii)基於所述方位角範圍和所述收聽方向，分別確定左右兩耳間聲強差極限和左右兩耳間時間差極限； (iii)將一對輸入信號提供至所述一對主要聲音重放換能器； (iv)預處理所述輸入信號中的每個，由此提供一對已預處理的輸入信號； (V)確定所述已預處理的信號之間的、隨頻率而變的兩耳間聲強差和兩耳間時間差；以及 (vi)將所述輸入信號的分別具有在所述左右兩耳間聲強差極限之間的區間內的兩耳間聲強差和在所述左右兩耳間時間差極限之間的區間內的兩耳間時間差的那些信號分量提供至相應的補充聲音重放換能器。
2.根據權利要求I所述的方法，其中具有在所述極限外部的兩耳間聲強差和兩耳間時間差的那些信號分量被分別提供至所述左主要聲音重放換能器和所述右主要聲音重放換能器。
3.根據權利要求I所述的方法，其中具有在所述極限外部的兩耳間差的那些信號分量被作為輸入信號提供至用於實施根據權利要求I所述的方法的裝置。
4.根據權利要求I所述的方法，其中所述預處理裝置是頭部相關的傳遞函數裝置。
5.根據權利要求I所述的方法，還包括確定所述一對輸入信號之間的相干性，並且其中所述信號分量在被提供至所述一個或多個補充聲音重放換能器之前按所述相干性加權。
6.根據權利要求I所述的方法，其中相對於收聽者的正面方向以及因此由所述預處理裝置例如頭部相關的傳遞函數進行的分別的處理由所述收聽者選擇。
7.根據權利要求I所述的方法，其中相對於收聽者的正面方向以及因此由所述預處理裝置例如頭部相關的傳遞函數進行的分別的處理藉助於被附接於收聽者的頭部跟蹤裝置進行控制。
8.一種用於選擇通過一個或多個補充聲音重放換能器(56)進行重放的聽覺信號分量的設備，所述一個或多個補充聲音重放換能器(56),例如揚聲器,被放置在一對主要聲音重放換能器(2、3)之間，例如在立體聲揚聲器裝備中的左揚聲器和右揚聲器之間或在環繞聲揚聲器裝備中的毗鄰的揚聲器之間，所述設備包括 (i)指定裝置(53、54、55)，例如鍵盤或觸控螢幕，其用於指定所述補充聲音重放換能器(56)中的一個被定位在其內或待被定位在其內的方位角範圍，並且用於指定收聽方向； (11)確定裝置(25、26、27、28、31、32、33、34)，其基於所述方位角範圍和所述收聽方向分別確定左右兩耳間聲強差極限和左右兩耳間時間差極限； (iii)左和右輸入終端(14、15),其將一對輸入信號提供至所述一對主要聲音重放換能器(2、3)； (iv)預處理裝置(24)，其用於預處理被提供在所述左和右輸入終端(14、15)上的所述輸入信號中的每個，由此提供一對已預處理的輸入信號； (V)確定裝置(24)，其用於確定所述已預處理的輸入信號之間的隨頻率而變的兩耳間聲強差和兩耳間時間差；以及 (vi)信號處理裝置(22、23)，其用於將所述輸入信號的分別具有在所述左右兩耳間聲強差極限之間的區間內的兩耳間聲強差和在所述左右兩耳間時間差極限之間的區間內的兩耳間時間差的那些信號分量提供至補充輸出終端(18)以提供至相應的補充聲音重放換能器(56)。
9.根據權利要求8所述的設備，其中具有在所述極限外部的兩耳間聲強差和兩耳間時間差的那些信號分量被分別提供至所述左主要聲音重放換能器和所述右主要聲音重放換能器(2、3)。
10.根據權利要求8所述的設備，其中具有在所述極限外部的兩耳間差的那些信號分量被作為輸入信號提供至根據權利要求8或9所述的設備。
11.根據權利要求8所述的設備，其中所述預處理裝置(24)是頭部相關的傳遞函數裝置。
12.根據權利要求8所述的設備，還包括確定所述一對輸入信號(14、15)之間的相干性的相干性確定裝置(35)，並且其中所述輸入信號(14、15)的所述信號分量在通過所述補充輸出終端(18)提供至所述一個或多個補充聲音重放換能器(56)之前按所述輸入信號(14、15)之間的通道間相干性加權。
13.根據權利要求8所述的設備，其中相對於收聽者的正面方向以及因此由所述預處理裝置(24)例如頭部相關的傳遞函數進行的分別的處理由所述收聽者選擇。
14.根據權利要求8所述的設備，其中相對於收聽者的正面方向以及因此由所述預處理裝置(24)例如頭部相關的傳遞函數進行的分別的處理藉助於被附接於收聽者的頭部跟蹤裝置或其他的用於確定所述收聽者相對於聲音重放換能器的裝備的取向的裝置進行控制。
15.一種用於選擇通過一個或多個補充聲音重放換能器(56)進行重放的聽覺信號分量的系統，所述一個或多個補充聲音重放換能器(56),例如揚聲器,被放置在一對主要聲音重放換能器(2、3)之間,例如在立體聲揚聲器裝備中的左揚聲器和右揚聲器之間或在環繞聲揚聲器裝備中的毗鄰的揚聲器之間，所述系統包括根據前述權利要求8至14中任一項所述的設備中的至少兩個，其中所述設備中的第一個被提供有第一左和右輸入信號(14、15)，並且其中所述第一設備在左輸出終端(16)、右輸出終端(17)和補充輸出終端(18)上提供輸出信號，在所述補充輸出終端(18)上的輸出信號被提供至補充聲音重放換能器，並且在所述左輸出信號和所述右輸出信號上的輸出信號被分別提供至隨後的根據前述權利要求8至14中任一項所述的設備的各自的輸入信號，由此輸出信號被提供至多個補充聲音重放換能器(56)中的相應的補充聲音重放換能器。
全文摘要
本發明涉及用於選擇通過一個或多個補充聲音重放換能器進行重放的聽覺信號分量的方法，所述一個或多個補充聲音重放換能器，例如揚聲器，被放置在一對主要聲音重放換能器之間，例如在立體聲揚聲器裝備中的左揚聲器和右揚聲器之間或在環繞聲揚聲器裝備中的毗鄰的揚聲器之間，所述方法包括以下步驟(i)指定所述補充聲音重放換能器中的一個被定位在其內或待被定位在其內的方位角範圍，以及收聽方向；(Ii)基於所述方位角範圍和所述收聽方向，分別確定左右兩耳間聲強差極限和左右兩耳間時間差極限；(iii)將一對輸入信號提供至所述一對主要聲音重放換能器；(iv)預處理所述輸入信號中的每個，由此提供一對已預處理的輸入信號；(v)確定在所述已預處理的信號之間的隨頻率而變的兩耳間聲強差和兩耳間時間差；以及(vi)將所述輸入信號的分別具有在所述左右兩耳間聲強差極限之間的區間內的兩耳間聲強差和在所述左右兩耳間時間差極限之間的區間內的兩耳間時間差的那些信號分量提供至相應的補充聲音重放換能器。本發明還涉及用於實施以上方法的設備以及這些設備的系統。
文檔編號H04S5/00GK102804814SQ201080065614
公開日2012年11月28日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年3月26日
發明者派屈克·詹姆斯·赫加蒂, 簡·阿比爾高·佩德森 申請人:邦及歐路夫森有限公司