脈衝響應決定裝置及方法和音件呈現裝置及方法
2023-12-06 16:51:51
專利名稱：脈衝響應決定裝置及方法和音件呈現裝置及方法
技術領域：
本發明是相關於決定一脈衝響應，以及相關於呈現在一脈衝響應於其中獲得決定的一環境中的一音件。
背景技術：
對於娛樂電子學領域中的新技術以及創新產品的需求是不斷地增加，而新的多媒體系統的成功所不可或缺的則是提供理想的功能、或能力，此可以藉由使用數位技術，以及，特別地是，計算機技術而加以達成，而這情況的例子是提供一已加強的接近現實視聽效果的應用，不過，在以前的音頻系統中，一實質性缺點是在於本位音的空間聲音重製(spatial sound reproduction of natural)的品質，但也在於實際環境的品質。
音頻信號的多頻揚聲器重製的方法是已知的且標準化多年，不過，所有慣用的技術所具有的缺點卻是，該等揚聲器的位置以及聽者的位置兩者皆會影響傳輸格式，隨著該等揚聲器關於該聽者的位置錯誤設置，該音頻品質將會遭受嚴重地影響，通常，理想的聲音僅有可能出現在重製空間的一小區域中，即所謂的甜蜜點(sweet point)。
一較佳地本位音空間效果(natural spatial impression)，以及在該音頻重製中的較佳封裝、包裹是可以在一新技術的幫助之下而加以達成，而此技術的原則，即所謂的波場合成(wave-field synthesis，WFS)，則已經在TU Delft中有所研究，並首先出現在80年代晚期(Berkout，A.J.；de Vries，D.；Vogel，P.Acoustic control by Wave-field synthesis.JASA 93，993)。
由於此方法對於計算機功率及傳輸率的龐大需求，因此，迄今，該波場合成已很少於實務上被使用，現今，僅有在微處理器技術以及音頻編碼的領域中的發展中才會允許使用此技術的具體應用，不過，在專業領域中的概念產品已期待於明年產生，且預計在幾年的內，用於消費者領域的初始波場合成應用將會出現在市場中。
WFS的基本概念是以波形理論(wave theory)的惠更斯原理(Huygen’sprinciple)的應用作為基礎一波所擷取的每一點是以球形、或環形方式傳播的一基礎波(elementarywave)的起始點。
應用在聲學中，一輸入波前的每一個任意形狀可以藉由大量彼此緊鄰配置的揚聲器(一所謂的揚聲器陣列)而加以複製，而在最簡單的例子，一待重製的單點聲源以及該等揚聲器的一線性配置中，每一個揚聲器的該等音頻信號必須被饋送以一時間延遲以及振幅比例(a time delay and amplitude scaling)，因而使得該等個別的揚聲器的輻射聲場(radiation sound fields)可以正確地重疊，而當具有數個聲源時，對每一個聲源而言，其對每一個揚聲器的貢獻是會分開地進行計算，然後再將結果信號相加，若是待重製的聲源是位在具有反射壁的空間中時，則反射也必須要被當成的額外的聲源而經由該揚聲器陣列進行重製，因此，在該計算的消耗會強烈地取決於聲源的數量、錄音空間的反射特性、以及揚聲器的數量。
特別地是，此技術的優點在於，一本位音空間聲音效果有可能跨越該重製空間的一大區域，因此，相較於習知技術，聲源的方向以及距離會以一非常精確的方式而進行重製，並且，對一受限的程度來說，虛擬聲源甚至可以設置在該真正的揚聲器陣列以及該聽者間。
雖然，該波場合成對已知特性的環境可以有良好的運作，但若是特性改變了、或是該波場合成是以不與該環境的真實特性相匹配的一環境特性作為基礎而加以執行時，則就會發生不規則的現象。
而一環境特性則是可以藉由該環境的脈衝響應而加以敘述。
關於此點，是以接續的實例作為基礎而提出更詳盡的說明。首先，其著眼點是在於，一揚聲器會發送出抵抗不想要的壁反射的一聲音信號，對此簡單的例子而言，首先，利用該波場合成的空間補償將會先決定此牆壁的該反射，以決定已經反射自該牆壁的一聲音信號何時會抵達該揚聲器，以及此以反射的聲音信號所具有的振幅為何，若是來自此牆壁的該反射不需要的時候，則該波場合成就有可能藉由影響相關於具有除了在該揚聲器上的原先音頻信號之外的相對應振幅的該反射信號的相反相位的一信號，而刪除來自此牆壁的該反射，因此該向外的補償波會使該反射波的消失，因而使得來自此牆壁的該反射將會自該正在考慮的環境中被刪除，而此則是可以藉由首先計算該環境的該脈衝，以及接著以此環境的該脈衝響應作為基礎而決定該牆壁的特性以及位置，而加以舉行，其中，該牆壁是被解釋為鏡像聲源，亦即，作為反射入射聲音的聲源。
若是此環境的該脈衝響應是先加以測量，然後才計算必須要對重疊在該音頻信號上的該揚聲器造成影響的該補償信號時，則來自此牆壁的該反射的取消將會發生，因而使得在此環境中的一傾聽者會在聲音上具有此牆壁所根本不存在的效果。
然而，事實上，由於該空間的該脈衝響應所決定的該已反射波的理想補償是很嚴苛的，因此並不會有過度以及不足的補償發生。
在一呈現空間中，所具有的問題為，其幾乎不可能測量一環境的真實脈衝響應，因為在一呈現空間中，例如，一電影院，一音樂廳，或是家中的客廳，該環境是會不斷的發生改變，換言之，在一電影院呈現空間中，並無法預測某一演出會有多少人前來，所以，對該波場合成而言，若是使用為了一空的呈現空間所理想計算的一脈衝響應時，且其中，在該脈衝響應的計算中，該空間中並無人群存在，則將會由於出現在演出的人群所造成的衰減而發生該被反射聲波的過渡補償，而這則是因為所產生的兩個缺點，一方面，在該牆壁的該反射不再理想地受到補償，另一方面，由於該過渡補償，在該波場合成下的該脈衝響應所造成的該已反射波的衰減將不再理想地受到感測，因此，將會發生降低自總音頻效果的一額外可聽見的假信號。
該聲場合成的理想應用是取決於其所呈現的環境總是會理想地受到感測，以達成所需的目標，例如，特殊的音響效果，或是不會導入聲音的幹擾。
一個可能性將會是，舉例而言，具有假觀眾的一音樂廳，而其反射特性即會對應於真實觀眾的反射特性，接著，一相對應的脈衝響應就可以被決定，因此，對波場合成而言，此至少會較利用空音樂廳，亦即，沒有任何觀眾，的脈衝響應為佳，可以對應於真實的情形。
此程序的缺點在於，在一公開演出中，正如，在家中的客廳裡，並無法預期會有多少觀眾出現在該演出，則一理想的聲音效果只有在假觀眾的數量以及假觀眾的位置幾乎對應於真實觀眾的真實數量以及位置時才能達成，再者，為了要配合一大電影院、或音樂廳，將會使用到大量的假觀眾。
或者，決定一真實脈衝響應的替代方案也可以是，在開始該演出不久之前，亦即，當該演出空間已經被要在該演出中出現的觀眾所填滿的時候，先行測量該空間的脈衝響應，以獲得有關環境的一實際可行的描述，而此將僅在，舉例而言，若是在一休息之後，大量的觀眾不再出現在該演出中等狀況時，才會強烈偏離該真實狀況。
然而，此程序確有兩方面的問題，一方面，一空間的脈衝響應的計算需要花費一定的時間，以及另一方面，必須在該演出開始之前立即做出決定，因此，若有可能的話，是所有的觀眾都已經位在該演出空間中時，而由於其是準確地為關鍵的出現觀眾，因此，在此程序中並無法避免所有的觀眾必須要等待到該測量完成為止，所以，在此程序中該演出真正的開始時間將總是會受到延誤，並且，當觀眾都已經知道會發生這種情形時，則將會變成，觀眾將會被真正開場時間更晚到達演出現場，因此，真正的目標，亦即，感測一環境在實際可行的周圍事物中的一脈衝響應，將再次地無法達成。
另外的問題的是，對在一演出空間中決定脈衝響應而言，為了達成確定無誤的脈衝響應決定，音響信號必須被饋送進入該空間中，以及這些音響信號應該會具有相當的能量，特別是在較大的演出空間中，並且，在該演出前藉由音響唧唧聲而用於決定該脈衝響應的試驗，亦即，作為經由揚聲器而發送出去測量信號，已經顯示了此方法並不特別地可行，另一方面，許多的傾聽者會發現大量送出的音響唧唧聲相當的惱人，至於其它的觀眾會開始模仿自該揚聲器所發出的該唧唧聲，因此，對於該音響唧唧聲的反應信號的測量會發生問題，甚至是不真實的，因為無法區分該唧唧聲是來自該揚聲器、還是由群眾模仿所發生的唧唧聲。
決定一空間的脈衝響應的替代程序也可以是，使用具有一白譜(whitespectrum)的一偽噪音(pseudonoise)作為測量信號。不過，雖然該噪音並無法馬上被觀眾所模仿，但是其仍然對許多人而言是很惱人的，並且，當此方法一再地應用時，則所產生的結果將會是，觀眾不再會如指示地於演出的一開始出現，而是在一段時間之後，亦即，當他們可以有把握地假定被理解為惱人的該演出空間的該脈衝決定已經完成的時候。
本發明的目的是提供一用於決定一脈衝響應的概念，以及一用於利用一已確定脈衝響應而呈現一音件的概念，進而達成一準確的脈衝響應，以及因此，具有高音頻品質的一呈現。
此目的是藉由本發明提出的一種用於決定一脈衝響應的設備、一種用於呈現一音件的設備、一種用於決定一脈衝響應的方法、另一種用於呈現一音件的設備，或是一種電腦程式而加以達成。
發明內容
本發明作為基礎的發現是，準確的脈衝響應決定可以藉由將一用於決定該脈衝響應的一測試信號到入一音頻信號中而加以達成，因而使得其為無法聽見、或是幾乎無法聽見，並且也無法變成一傾聽者的一幹擾，該傾聽者仍然可以聽見幹音頻信號，並且不會不利地受到該脈衝決定的影響，因此，他們將不會在該脈衝響應的決定期間離開該正在考慮中的環境，而由於沒有參觀者會試著要逃避在該呈現空間中的該脈衝決定，因此，一準確的脈衝響應可以加以達成，因為該脈衝響應的一實際可行決定是在不需要幹擾該聽者的情形下舉行。
根據本發明，該待導入該音頻信號中的該測試信號會再導入該音頻信號之前，利用該音頻信號的一偽噪音遮蔽閾值而進行頻譜著色，以獲得一已著色的測試信號，接著，該已著色測試信號會藉由頻譜的增加而被導入該音頻信號中、或是導入時域中，以獲得一測量信號，然後，被接收作為該測量信號的反應的一反應信號將會與該測試信號一起被饋至一交互關聯，以基於在一相對應環境中的此交互關聯而確定在，一方面，一揚聲器以及，另一方面，一麥克風間的一傳輸信道的該脈衝響應。
本發明將該測試信號隱藏於該音頻信號中會造成，該參觀者甚至不會注意到一脈衝響應剛剛被決定，因此，根據習知技術所述的如此測量的缺乏接受性將不再會出現在本發明的內容中，而此則會再次地造成所有觀眾皆出現在該脈衝響應決定中的事實，因此，即可以獲得該環境的一準確脈衝響應。
在一較佳實施例中，該測試信號是具有一白頻的一偽噪音信號，以及其因此可以在該脈衝響應決定時特別良好的被使用，再者，利用該音頻信號的該聽覺心理遮蔽閾值的該頻譜著色是可以簡單地以及迅速地加以執行。
各種、相互成直角的偽噪音序列的使用會導致數個個別脈衝響應可以同時在一具有數個揚聲器以及一或多個麥克風的環境中被決定。
或者，二者擇一地，數個個別的脈衝響應亦可以接續地加以決定。
在根據本發明的一較佳實施例中，該環境的一當前脈衝響應亦可以在該音件的呈現期間加以決定，而此特徵則是在一音件的該呈現期間，持續決定以及追蹤該環境的該脈衝響應時特別地有用，因此，總是可以獲得理想的聲音，無論該環境是否改變。
其是有可能，該傾聽者不會注意到任何異樣、或是僅會注意到非常少，因為該測試信號是已經為了該脈衝響應的決定，而利用該音頻信號的該聽覺心理遮蔽閾值來進行頻譜著色，因此，該測試信號不是被完全隱藏在該遮蔽閾值之下，就是被導入為有一預先決定的量會高於該遮蔽閾值，所以，在一些例子中，雖然該參觀者可能會察覺一幹擾，但是，此幹擾是已經顯然地比已經程序中幹擾更小。
本發明的這些與其它目的以及特點將會由於接下來結合附圖的描述而變得更為清晰，其中圖1是顯示根據本發明的用以決定一脈衝響應的概念的一方塊電路圖；圖2是顯示根據本發明的用以呈現一音件的概念的一方塊電路圖；圖3是顯示一具有數個揚聲器以及數個麥克風的環境的一示意圖例；圖4是顯示一脈衝響應所寫入的一傳輸信道的一一般圖例；以及圖5是顯示藉由具有彩色、或光譜平板測試的交互關連性而決定脈衝響應的一簡短推論。
具體實施例方式
圖1是顯示一用以決定在一揚聲器10以及一麥克風12所處的一環境中的一脈衝響應的裝置的一方塊電路圖，其中，為了該脈衝響應決定，一音頻信號被用以饋送至進入一音頻信號輸入端14，再者，一測試信號則被用以饋送進入一測試信號輸入端16，並且，為了確定該音頻信號14的聽覺心理遮蔽閾值(psychoacoustic masking threshold)，是可以使用任何已知的聽覺心理模型18，利用計算自該聽覺心理模式18的一聽覺心理遮蔽閾值，即可以達成被饋送在該輸入端16的該測試信號的光譜著色(spectral coloring)20，因此，在該用於光譜著色的裝置20的輸出端處，會呈現一已光譜著色的測試信號，而其會被饋送至用於將該已光譜著色的測試信號導入該音頻信號14的裝置22。
為了接續所解釋的功能性，亦會提供一模式控制裝置24，以控制該用於導入的裝置22，進而執行各種的測量模式，接著，在該用於導入的裝置22的輸出端處，在圖1中是被標示為26，會出現一被饋送至該揚聲器10的測量信號，至於將一信號導入一音頻信號的個別可能性則在歐洲專利EP 0 875 107 B1中有所敘述，因此，使該已光譜著色的測試信號進入該音頻信號的導入可以藉由取樣取向的添加(sample-wise adding)而在時域(time domain)中發生，在此例子中，該已光譜著色的測試信號，正如該音頻信號，必須呈現於該時域中，以執行該取樣取向的添加。
二者擇一地，該音頻信號或該測試信號的一特定時間部分亦可以被轉換至頻域(frequency domain)，以於稍後執行在該已轉換音頻信號以及該已轉換測試信號間的光譜的數值取向添加(value-wise addition)，因此，在該頻率中所產生的該測量信號接著必須被轉換至該時域，並再次被饋送至一揚聲器，以作為測量信號，至於在該揚聲器10之前，關於數字/模擬轉換的可選擇性預-以及後-處理的相對應詳細內容，則未於圖1中進行舉例說明，因為他們對熟習此技術的人而言是已知的。
被饋送至該揚聲器10的該測量信號會被轉變成為該麥克風22所接收的一聲音信號28，並且被指定為該揚聲器的反應信號，該反應信號會被饋送至在該反應信號以及該已光譜著色的測試信號、或者，二者擇一地，在該光譜著色之前所立即呈現的測試信號，間執行一交互關連的一交互關連裝置30，接著，取決於所使用的測試信號、或是取決於測試信號以及光譜著色，在該交互關連之後，仍然會發生一後處理裝置32所造成的後處理，以獲得在該揚聲器10以及該麥克風12間的該信道的該脈衝響應。
在本發明的一較佳實施例中，一具有一白譜的偽噪音信號會被使用作為測試信號，在此例子中，其有可能以彼此不同的實質上成直角的偽噪音序列作為基礎，而同時地藉由將測量信號提供予各式的揚聲器來決定各種脈衝響應，再者，一偽噪音信號的使用也是較為適合的，因為其可以輕易地且迅速地被產生在任意的位置，舉例而言，在使用具有反饋移位緩存器(feedbackshift register)、且會根據在習知技術亦被稱的為種子(seed)的一特定開始數值而產生一可重複的偽噪音序列的一單元時，而當如此的移位緩存器在每一個揚聲器以及每一個麥克風處皆為可利用時，則該測試信號即沒有必要自一相關於一揚聲器的單元34而被傳輸至一相關於一麥克風的單元36，而是可以合宜地被產生在任意的位置，或者，二者擇一地，其也有可能將該等單元34，36執行為一單一單元，在此例子中，用於該揚聲器10的該測量信號以及來自該麥克風的該反應信號將會經由電纜連接，例如，玻璃纖維電纜、或無線連接，而被傳輸至由單元34以及36所形成的中央單元。
當本發明被使用於利用大量揚聲器來重製錄音室的本位音音響效果、或是由音響師所設計的人工音響效果的多揚聲器系統時是特別地具有優勢，為此，一波場合成模塊會被使用作為模塊，正如在一開始所舉例說明的一樣，接著，該錄音室的合成音響效果、或是本位音音響效果即可以在該重製空間的該音響效果並未由於「補償出(compensating out)″這些音響效果而受到太大的影響時，進行良好的重製，為此，舉例而言，該波場合成是藉由施加具有根據本發明所決定的空間脈衝響應的反相濾波，而被用於降低該真實重製空間的強烈反射，而由於該空間脈衝響應會受到在該空間中人的數量、及/或物體，例如，家具、窗簾等，的移動的影響，因此，本發明用於決定該脈衝響應的程序是特別地具有優勢，因為在某種程度上，其總是會被執行，亦即，在一真實演出之前所演奏的音樂期間、或是甚至在該真實演出期間，因為該測試信號會隱藏在為了取悅傾聽者的該音件中。
較佳地是，因此一偽噪音信號會被嵌入用於一揚聲器的一音頻信號中，且該音頻信號是已根據一個、或每一個揚聲器所重製的該音頻信號的該遮蔽閾值而進行光譜著色。
該脈衝響應的測量可以利用不同的PNS序列而同時對所有揚聲器執行、或是接續地在一所謂的循環方式(round robin approach)中執行，當第一個版本具有較佳的時間行為的同時，則該第二版本會產生較佳的信號/噪音率，亦即，一更正確的脈衝響應，並且，對兩個測量而言，不會、或鮮少被一傾聽者所察覺的應用是取決於該光譜著色在該聽覺心理遮蔽閾值時的引導有多困難，對，例如，在該音件本身的重製期間的測量來說，由於傾聽者的前來，其會較佳地確保該光譜著色是加以執行為該測試信號總是會維持為低於該聽覺心理遮蔽閾值，然而，對，舉例而言，在該真實演出之前的迎入音樂(play-in music)而言、或是對在一電影之前所舉行的廣告而言，其亦有可能提供該測試信號更多關於該音頻信號的能量，因為，在此，輕微的幹擾並不必然會特別地為傾聽者所感知，在此例子中，潛在地，更迅速地收斂、或是更準確的脈衝響應測量可以加以達成，因為平均地，該測試信號將會伴隨著更多的能量而進行發射，而此則會使得該測試信號具有一較佳的信號噪音比。
接下來，以圖2作為基礎，舉例說明一種根據本發明的用於在一環境中呈現一音件的裝置，且在其中設置有複數個揚聲器以及數個麥克風，為此，一揚聲器/麥克風陣列40是於圖2中進行概略地敘述，在該揚聲器/麥克風陣列40的上遊，具有在圖1中所舉例說明的該脈衝響應決定裝置44，而為了該脈衝響應決定，該波場合成模塊會以一被饋送的音件作為基礎，以及以用於該環境的該音響效果的系統默認值作為基礎，而計算在該揚聲器陣列40中、用於該等揚聲器的音頻信號，再者，這些信號會經由該波場合成模塊的一輸出端46而被輸出，並且是會直接被饋送至該揚聲器/麥克風陣列40，如一虛線路徑48所示，或者，當一脈衝響應決定被執行時，被饋送至該的脈衝響應決定裝置42，而該裝置42則是會經由在該輸入側上的該線路46而接收該等音頻信號，以及會經由在該輸出側上的一線路50而將該等測量信號發散至該揚聲器陣列40。
由於該等反應信號會被該麥克風陣列所擷取，並且，會再次地經由為雙向線路的該線路50而被饋送至該脈衝響應決定裝置42，因此，可以執行用於本發明的一交互關連性處理，以及一可能必須的處理，接著，在用於該環境52的該音響效果的該波場合成模塊中的系統默認值，則是可以藉由已利用裝置42，例如，在該音件的呈現期間，計算過的一當前脈衝響應而進行更新，因此，該波場合成模塊所使用的該等音響效果設定可以經由該環境而持續地進行更新，並且可以更良好地適應該真實環境52。此功能是藉由在圖2中的一反饋路徑54而加以舉例說明。
因此，該波場合成模塊44可以由用於該脈衝響應的系統默認值開始，然後再利用該脈衝響應決定裝置42的當前測量而進行更新，而該些包括該等揚聲器的位置的系統默認值則是可以利用根據本發明的在該演出外面的該脈衝響應決定裝置42、藉由使用與音樂一起的已聽覺心理著色的PNS序列，或是藉由利用沒有音樂但純的PNS序列而加以測量。
在此點上，需要注意的是，其是於習知技術中已知，舉例而言，可將來自許多各式脈衝響應的此環境的整體多面脈衝響應插入一環境中，再者，在習知技術中亦已知可以以在如此的一方法中所發現的一脈衝響應作為基礎而使聲音輸出源與在該三度空間中的特定位置產生關聯，在此，在慣用的聲源，例如，揚聲器，以及所謂的鏡像聲源，例如，反射牆壁，間亦具有一差異，因此，在沒有必要，舉例而言，藉由距離測量而確定該等麥克風的相互位置的情形下，根據本發明的脈衝響應決定會致能，而在不打擾傾聽者的情形下獲得有關環境的描述。
關於用於該脈衝響應決定的該等麥克風的設置，有各種可能，若是關於該待決定的脈衝響應，則最佳的是將該等麥克風至於該環境42中，遠離該等揚聲器，然而，在一具有人群的呈現空間中，這通常是無法實行的，因此，在此例子中，較佳地是將該等麥克風置於該等揚聲器間，因而使得它們不會″擋在路上″。
在該等麥克風遠離該等揚聲器的配置是有利於執行計算用於該波場合成模塊44的一系統設定值的脈衝響應測量的同時，其較佳地在該波場合成模塊44的一適應於該呈現期間加以執行的時候，將該等麥克風設至於該等揚聲器間。
該等麥克風可以固定地、或移動地配置為圓形、線性、或是十字形架構，而以該麥克風移動作為參考，它們可以在該測量期間，於一圓中移動、或是利用在該空間中的一x/y取代裝置，在該呈現期間，如此的程序在一脈衝響應適應中是較少實行，因此，在此，較佳地位在該等揚聲器間的不動麥克風是較佳的。
就更便宜的應用而言，特別是，在消費者的領域中，該等麥克風是可以配揚聲器所取代，以降低構件的數量，而每一個揚聲器的作用則是由於在其在進行相對應地讀取時，是具有一膜以及一振動線圈同樣地作為麥克風，為了這個目的，其是較佳地使用，無論如何，為了該重製所呈現的該揚聲器陣列的一或多個揚聲器，以作為在一脈衝響應決定模式中的麥克風，進而在一音件的呈現之前決定該脈衝響應，以在接著播放該音件時再次地使用所有揚聲器作為揚聲器，而為了在該呈現期間的適應，任意選擇的揚聲器可以不時地被使用作為麥克風，以在不需要使用額外麥克風的情形下執行適應，當使用大量的揚聲器時，一些少數揚聲器的暫時切換對於該音頻效果將不會有影響。
圖3是顯示使用許多揚聲器以及許多麥克風的一真實情形。一脈衝響應可以為了自每一個揚聲器至每一個麥克風的信道而加以指示，在該揚聲器(LS1)至該麥克風1(M1)間的該信道是標示為K11，依此類推，在該第一揚聲器(LS1)至該第三麥克風(M3)間的該信道是標示為K31等，若是所有的揚聲器LS1，LS2，LS3同時發送的話，則接收自該麥克風M1的該反應信號可以被用以計算三個各式的脈衝響應，此現象的基礎是，一第一偽噪音序列PN1會在用於該第一揚聲器的該測量信號期間對該第一揚聲器(LS1)造成影響，相對應地，該第二揚聲器(LS2)會獲得一第二偽噪音序列(PN2)，另外，該第三揚聲器(LS3)則是會獲得一第三偽噪音序列(PN3)，並且，位在該第一揚聲器LS1以及該第一麥克風M1間的該信道K11是藉由執行具有該偽噪音序列1的該第一麥克風M1所接收的該反應信號的一交互關聯性而加以計算，自該第二揚聲器至該第一麥克風的該信道K21是藉由與該偽噪音序列2的關聯而加以計算，以及自該第三揚聲器LS3至該第一麥克風M1的該信道K31是藉由與該偽噪音序列3的關聯而加以獲得，所以，當所有三個揚聲器以及所有三個麥克風皆同時進行操作時，則會因此要計算所有九個脈衝響應，此測量模式提供了較佳的時間行為，因為該環境自該已確定的九個個別脈衝響應、並藉由插入所決定的該結果多面脈衝響應是會以同時發送的測量信號作為基礎而加以決定。
或者，二者擇一地，當該揚聲器1一開始即進行操作，且同時間，所有三個麥克風皆會藉由將該已接收的信號與該偽噪音序列1產生關聯而計算該三個信道K11，K12，以及K13時，可以獲得一較佳的信號/噪音比，以及因此，一更正確的脈衝響應，接著，在一接續的時間瞬間，相同的狀況會於該揚聲器2執行，以及最後，相同的狀況也會於該揚聲器3執行，據此，各種脈衝響應可以一個接著一個地加以確定，其中，總是會有與麥克風一樣多的脈衝響應在進行確定。
接續地，總結一信道的該脈衝響應h(t)如何藉由交互關聯而加以決定，為此，一時間離散測試信號p(t)會被施加至該信道上，該信道會於輸出側輸出一接收信號y(t)，而，正如已知的，其會對應於該輸入信號的迴旋以及該信道脈衝響應，再者，為了以圖5作為基礎的用於決定該交互關聯的程序的接續解釋，其是發展成一矩陣標記，作為範例，一僅具有兩數值h0以及h1的信道脈衝響應是假設為不具有通常的限制，該信道脈衝響應h0以及h1可以寫為具有顯示在圖5中的頻帶結構的信道脈衝響應矩陣H(t)，其中，該矩陣的剩餘該等組件是填滿0，再者，該刺激信號p(t)是被寫為向量，其中，在此，其是假設該刺激信號僅具三個不具一般限制的取樣p0，p1，p2。
可以看出，在圖4中所舉例說明的該迴旋是對應於在圖5中所舉例說明的該矩陣向量乘法運算，因此，會得出該輸出信號的一向量y，另外，該交互關聯可以藉由共軛複數已移項刺激信號p*T而被寫為該輸出信號y(t)的該乘法運算的預期數值E{…}，該預期數值是在N的限制為無限大時，經由在圖5中所舉例說明的各個刺激信號pi的各別乘積的總和而加以計算，而該乘法運算以及接著發生的總和即會產生在圖5左上半部所舉例說明的該交互關聯矩陣，其中，其是會加權以該刺激信號p的有效數值，以σp2作為舉例，再者，為了立即地獲得該信道脈衝響應h(t)，舉例而言，是擷取該信道脈衝響應矩陣的第一行，據此，該等個別的分量即會被除以σp2，因而立即地獲得該信道脈衝響應h0，h1的該等個別分量。
若是一已頻譜著色的刺激信號被用以取代一白刺激信號p(t)時，則該頻譜著色是可以藉由數字濾波而加以重製，且其中，該濾波器是藉由一濾波器是數矩陣Q而加以敘述，並且，在圖5的最後一列中所舉例說明的該方程式中，該關聯矩陣H也會產生在該輸出側，但是現在，亦會經由QxQH而被加權以預期數值，再者，藉由該等個別脈衝響應是數h0，h1經由QxQH而被除以該預期數值，亦即，藉由考慮該著色濾波器(coloring filter)，在圖1的該後處理裝置32中，舉例而言，該信道脈衝響應是亦可以相關於其個別的分量而立即地加以決定。
要指出的是，該用於計算該脈衝響應的交互關聯概念是一反覆概念，正如其可以由在圖5中所舉例說明的該預期數值的總和接近而明顯看出一樣，該反應信號藉由該共軛複數已移項刺激信號的該第一乘法運算是已經產生用於該信道脈衝響應的一第一、但仍然非常粗略的評估，而其將會隨著每一次更進一步的乘法運算以及加總而變得越來越好，若是該整個矩陣H(t)是藉由該反覆總和逼近而加以計算時，則其結果會是，該頻帶矩陣H(t)在圖5左上半部中設定為0的該等組件是會逐漸地接近0，反之，在中心點，亦即，該矩陣的該頻帶，該信道脈衝響應h(t)的該等是數是會留下並具有某些數值，另外，再次要指出的是，其是不需要計算該整個矩陣，僅計算，例如，該矩陣H(t)的一行就足以獲得該整個信道脈衝響應。
在此點上，要指出的是，本發明的概念並不受限於以圖5作為基礎處所敘述的該用於計算該交互關聯性的程序，所有其它用於計算在一測量信號以及一反應信號間的該交互關聯的方法是亦可以加以使用，同時，其它用於決定一脈衝響應以取代該交互關聯性的方法也是可以加以使用。
在此點上，要點出的是，所使用的該等偽噪音序列是應該關於其長度、並根據該所考慮的信道的該所預期的脈衝響應而進行尺寸規劃，對較大的音響環境而言，具有少數秒的長度的脈衝響應是真的是有可能的，而此事實則是必須要藉由選擇用於該關聯的該偽噪音序列的一相對應長度而加以考慮。
根據該等情況，根據本發明的決定該脈衝響應的方法，或是根據本發明的呈現一音件的方法是可以於硬體中、或於軟體中執行，而該執行則是可以在一數字儲存媒體，特別是，具有可與一可程序化系統產生互動的電子可讀控制信號的一軟盤機、或CD，上舉行，因而可以執行該相對應的方法，一般而言，本發明是因此為具有儲存用於執行本發明的方法的在一機器可讀載體上的一程序代碼的一電腦程式產品，在該電腦程式產品是於一計算機上執行的時候，換言之，因此，本發明是可以實現為具有用於執行該方法的一程序代碼的一電腦程式，當該電腦程式在一計算機上執行的時候。
權利要求
1.一種利用一音頻信號而決定在設置有一揚聲器(10)以及一麥克風(12)的一環境中的一脈衝響應的設備，包括一用於利用該音頻信號的一聽覺心理遮蔽閾值而頻譜著色一測試信號的裝置(20)；一用於將該已著色測試信號導入該音頻信號中，以獲得饋送至該揚聲器(10)的一測量信號的裝置(22)；以及一用於利用經由該麥克風而接收自該環境的一反應信號、該測試信號、或該已著色測試信號，而計算該脈衝響應的裝置(30，32)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於包含用於計算的裝置，用以執行經由麥克風而接收自該環境的反應信號、該測試信號、或該已著色測試信號的一交互關聯。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，該測試信號是一偽噪音信號。
4.根據權利要求1、2或3所述的設備，其特徵在於，該用於頻譜著色的裝置(20)用以著色該測試信號，以使得該已著色測試信號的一頻譜連續低於該音頻信號的該頻譜聽覺心理遮蔽閾值，從而該已著色測試信號在該測量信號中不會被聽見。
5.根據前述權利要求之任一項所述的設備，其特徵在於，該環境包括數個揚聲器以及數個麥克風，其中，一脈衝響應是為自一揚聲器至一麥克風的一信道而進行定義，其中，該設備進一步包括一用於控制該用於導入的裝置(22)的裝置(24)，以使其將一已著色測試信號導入用於該數個揚聲器的音頻信號中，進而產生其本身用於每一個揚聲器的一測量信號，其中，該用於控制的裝置(24)進一步用以接續地將測量信號施加至該等揚聲器上；以及一用於與產生一已產生的測量信號的揚聲器，以及與產生一已相關反應信號的麥克風有關而識別一已獲得的脈衝響應的裝置。
6.根據權利要求2至4之任一項所述的設備，其特徵在於，該環境包括數個揚聲器以及數個麥克風，其中，一脈衝響應是為自一揚聲器至一麥克風的一信道而進行定義，其中，該設備進一步包括一用於控制該用於導入的裝置(22)的裝置(24)，以使其將一已著色測試信號導入用於該數個揚聲器的音頻信號中，進而產生其本身用於每一個揚聲器的一測量信號，其中，該用於控制的裝置(24)進一步地使得每一個測量信號以其本身的一測試信號作為基礎，其中，用於各種測量信號的測試信號是相互成直角；以及其中，對每一個麥克風有其本身所擁有的一用於交互關聯的裝置(30，32)，而其可以用於交互關聯該等成直角的測試信號；以及一用於識別一已獲得的脈衝響應的裝置，其利用用以計算該已獲得脈衝響應的該用於交互關聯的裝置所藉以產生關聯的麥克風，以及利用用以獲得該脈衝響應的該相關測試信號所藉以產生關聯的揚聲器來進行識別。
7.根據權利要求2至6之任一項所述的設備，其特徵在於，該用於計算該脈衝響應的裝置用以利用在該用於頻譜著色的裝置(20)上的信息而後處理(32)的一交互關聯結果，進而獲得與該音頻信號的該聽覺心理遮蔽閾值無關的一脈衝響應。
8.根據權利要求2至7之任一項所述的設備，其特徵在於，該用於計算該脈衝響應的裝置用以獲得該反應信號以及該測試信號的一共軛複數已移項表述的該已交互關聯的反覆乘法運算，並獲得乘法運算結果的總和，進而隨著每一個反覆步驟而獲得該脈衝響應的經改善評估。
9.根據權利要求2至8之任一項所述的設備，其特徵在於，該音頻信號是在該環境中待呈現的一音頻信號。
10.根據前述權利要求任一項所述的設備，其特徵在於，該音頻信號是一音樂信號。
11.根據前述權利要求之任一項所述的設備，其特徵在於，該揚聲器可以被使用作為在一脈衝響應測量模式中的麥克風。
12.一種用於在設置有數個揚聲器以及數個麥克風的一環境中呈現一音件的設備，包括一用於以該音件作為基礎而執行一波場合成，進而計算該複數個揚聲器的音頻信號的裝置(44)；以及一用於決定在根據權利要求1至11之任一項所述的環境(52)中的該脈衝響應的裝置(42)，其中，該用於決定的裝置(42)用以在呈現該音件期間計算一當前脈衝響應；其中，該用於執行該波場合成的裝置(44)是可控制(54)以在該音件的呈現期間於用於該複數個揚聲器(40)的該音頻信號的一計算中，考量一脈衝響應。
13.根據權利要求12所述的設備，其特徵在於，該環境本身的脈衝響應在呈現該音件時是會不同於沒有音件呈現時。
14.根據權利要求13所述的設備，其特徵在於，在該環境中的一差異在於，有一些人會自一個情形脫軌至下一個情形、或是沒有人在該環境中。
15.根據權利要求12至14之任一項所述的設備，其特徵在於，該環境是一音樂廳，一電影院，或是在家中的一聲音呈現空間。
16.根據權利要求12至15之一項所述的設備，其特徵在於，該用於執行該波場合成的裝置(44)用以計算聲音刺激源以及因該環境(52)的一脈衝響應所造成的聲音反射源的位置，以及其會在用於該複數個揚聲器(40)的該音頻信號的計算中考慮到它們。
17.根據權利要求16所述的設備，其特徵在於，該用於執行該波場合成的裝置(44)用以在自一起始設定開始即考慮到該當前脈衝響應，其中，該用於決定該脈衝響應的裝置(42)用以計算用於該起始呈現的該脈衝響應，如該當前脈衝響應，或是在不具有音頻信號的情形下，以及利用一未著色的測試信號。
18.根據權利要求12至17之任一項所述的設備，其特徵在於，該等麥克風是遠離該等揚聲器而設置、或設置在該等揚聲器間。
19.根據權利要求12至17之任一項所述的設備，其特徵在於，該等麥克風是配置為一圓形、一線性、或是一十字形陣列。
20.根據權利要求19所述的設備，其特徵在於，該等麥克風會於個別的交互關聯計算間移動。
21.一種利用一音頻信號而決定在設置有一揚聲器(10)以及一麥克風(12)的一環境中的一脈衝響應的方法，包括下列步驟利用該音頻信號的一聽覺心理遮蔽閾值而頻譜著色一測試信號；將該已著色測試信號導入該音頻信號中，以獲得可以被饋送至該揚聲器(10)的一測量信號；以及利用經由該麥克風而接收自該環境的一反應信號、該測試信號、或該已著色測試信號，而計算該脈衝響應。
22.一種用於在設置有數個揚聲器以及數個麥克風的一環境中呈現一音件的方法，包括下列步驟以該音件作為基礎而執行(44)一波場合成，進而計算用於該複數個揚聲器的音頻信號；以及決定在根據權利要求1至11之任一項所述的環境(52)中的該脈衝響應，其中，該用於決定的裝置(42)是用以在呈現該音件期間計算一當前脈衝響應，其中，該用於執行該波場合成的裝置(44)是可控制(54)用來在該音件的呈現期間中，在用於該複數個揚聲器(40)的該音頻信號的一計算中考量一脈衝響應。
23.一種在一計算機上執行時會具有用於執行權利要求21或22所述的方法的一程序代碼的電腦程式。
全文摘要
一種用以在設置有一揚聲器(10)以及一麥克風(12)的環境中決定一脈衝響應的設備是利用一音頻信號而運作。用於頻譜著色一測試信號，較佳地是，一偽噪音信號的裝置(20)是利用該音頻信號的一聽覺心理遮蔽閾值(psychoacoustic masking threshold)而運作，進而獲得一已著色測試信號，並再被嵌入該音頻信號中，以獲得可以被饋送至該揚聲器(10)的一測試信號。並且，較佳地，用於計算該脈衝響應的裝置(30，32)可執行經由該麥克風而接收自該環境的一反應信號，以及該測試信號、或該已著色測試信號的一交互關聯，藉此，一環境的脈衝響應也可以在一音頻信號的呈現期間決定，以為一波場合成提供環境的一理想描述。
文檔編號H04S7/00GK1711802SQ200380103398
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月6日 優先權日2002年11月21日
發明者湯瑪斯·史波瑞爾, 克裡斯蒂安·諾包爾 申請人:德商弗朗霍夫應用研究促進學會