用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现制造技术

本发明专利技术题为“用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现”。本发明专利技术公开了一种使用容纳在扬声器柜中的扬声器阵列来再现声音的方法，该方法包括选择多个声音呈现模式以及基于传感器数据和用户界面选择中的一者或两者的变化来改变所选择的声音呈现模式。声音呈现模式包括多个中置‑侧置模式和至少一个直接‑环境模式。还描述了其它实施方案并要求对其进行保护。

【技术实现步骤摘要】
用于波束形成扬声器阵列的空间音频呈现本专利申请要求2016年9月30日提交的共同未决的美国临时专利申请62/402,836的较早申请日期的权益。
本专利技术的实施方案涉及由扬声器阵列在空间上选择性地呈现音频以用于在房间中再现立体声记录。还描述了其他实施方案。
技术介绍
已作出许多努力来开发意在再现具有改进质量的声音记录的技术，使得听上去如原始记录环境中那样自然。此方法围绕收听者创建声音场，该声音场的空间分布更接近地近似原始记录环境的空间分布。在本领域中的早期实验显示出，例如，通过收听者前方的扬声器来播放音乐信号以及通过收听者后方的扬声器来播放稍微延迟版本的相同信号给收听者带来他处于大房间中并且音乐在他前面播放的感受。可通过向收听者左侧添加另外扬声器以及向右侧添加另一扬声器，以及将相同信号以不同于前置扬声器和后置扬声器之间的一个延迟的延迟馈送到这些侧置扬声器。立体声记录通过从在策略上相对于声源布置的至少两个麦克风同时记录来捕获声音环境。在通过相应扬声器回放这些(至少两个)输入音频声道期间，收听者能够(使用定时和声级上感受的小差别)大致推断声源的位置，从而体验空间感。在一种方法中，可选择产生两个信号的麦克风布置，两个信号为包含中央信息的中置信号以及针对位于中央的声源开始于大致为0以及随后随角度偏差增大的侧置信号(由此拾取“侧置”信息)。此类中置和侧置信号的回放可通过相联结并且彼此垂直取向的相应扬声器柜，并且这些扬声器柜可具有足够指向性以大致复制麦克风布置的拾取。扬声器阵列诸如线性阵列已用于大型场所诸如室外音乐节，以产生指向听众的空间选择性声音(波束)。线性阵列已用于封闭大型空间诸如礼拜堂、体育场和购物中心。
技术实现思路
本专利技术的实施方案目的在于使用扬声器阵列在房间或其他受限空间内呈现具有清晰度和沉浸感或空间感两者的音频。该系统具有扬声器柜，该扬声器柜中结合了多个驱动器，并且多个音频放大器耦接到驱动器的输入。呈现处理器接收将由驱动器转换为声音的一段声音程序内容诸如音乐作品的多个输入音频声道(例如立体声记录的左右声道)。呈现处理器具有通过数字音频通信链路耦接到放大器的输入的输出。呈现处理器还具有多个声音呈现操作模式，在该模式中，处理器为驱动器的输入产生各个信号。判决逻辑(判决处理器)用于接收传感器数据和用户界面选择中的一者或两者作为判决逻辑输入。判决逻辑输入可代表房间特征(例如，扬声器柜定位在其中)和/或收听位置(例如，房间中的收听者相对于扬声器柜的位置)，或可由房间特征和/或收听位置定义。还可通过判决逻辑对输入音频声道执行内容分析。使用内容分析、房间特征(例如，房间音响)和收听者位置中的一者或多者，根据回放一段声音程序内容期间驱动的扬声器，判决逻辑随后为呈现处理器作出呈现模式选择。呈现模式选择可基于判决逻辑输入的变化来例如在回放期间自动变化。声音呈现模式包括多个第一模式(例如，中置-侧置模式)以及一个或多个第二模式(例如，环境-直接模式)。呈现处理器可配置为第一模式中的任一者或者第二模式。在一个实施方案中，在中置-侧置模式中的每一者中，扬声器驱动器(共同操作为波束形成阵列)产生具有叠加有指向性波束(或波束方向图)的主要全向波束(或波束方向图)的声束。在环境-直接模式中，扬声器驱动器产生具有i)直接内容方向图的声束，该直接内容方向图指向收听者位置并且叠加有ii)指向远离收听者位置的环境内容方向图。直接内容方向图包含从输入音频声道截取的直接声音区段(例如，包含将由收听者感受如同来自某个方向的直接语音、对话或评论的区段)。环境内容方向图包含从输入音频声道截取的环境或扩散声音区段(例如，包含将由收听者感受为环绕或完全包围收听者的下雨或人群噪音的区段)。在一个实施方案中，环境内容方向图比直接内容方向图更具指向性，而在其他实施方案中情况相反。在第二模式与多个第一模式之间变化的能力使得音频系统能使用例如单个扬声器柜中的波束形成阵列来清晰呈现音乐(例如，针对可能小于或等于500Hz的较低截止频率以上的音频内容具有高指向性指数)并且能够利用声音“充满”房间(针对环境内容再现可能具有低或负指向性指数)。因此，在一个示例中，可使用针对所有内容的单个扬声器柜呈现具有清晰度和沉浸感两者的音频，例如，该内容在一些但并非所有输入音频声道中或者在较低截止频率以上的所有输入音频声道中。在一个实施方案中，例如使用定时/窗口相关性对输入音频声道执行内容分析来发现相关的内容和无关的内容。使用波束形成器，可在直接内容波束方向图中呈现相关的内容，而在一个或多个环境内容波束中同时呈现无关的内容。了解扬声器柜与房间之间的声学交互(可部分基于可描绘房间的判决逻辑输入)可用来有助于呈现任何环境内容。例如，当确定扬声器柜靠近声学反射面布置时，对此类房间音响的了解可用来选择用于呈现一段声音程序内容的环境-直接模式(而非中置-侧置模式中的任一者)。在收听者位置和房间音响的其他情况下，诸如当扬声器柜位于远离任何声音反射面时，可选择中置-侧置模式中的一者来呈现声音程序内容。这些模式中的每一者可被描述为“增强型”全向模式，其中音频跨360度一致地播放，同时还保留一些空间质量。可使用能产生逐渐增大的较高阶波束方向图，例如偶极子和四极的波束形成器，其中去相关的内容(例如，源自左右输入声道之间的差)被添加到或叠加有单声道主波束(实质上具有左右输入声道之和的全向波束)。以上概述不包括本专利技术的所有方面的详尽列表。可预期的是，本专利技术包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述
技术实现思路
中具体阐述的特定优点。附图说明本专利技术的实施方案以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，本公开中提到本专利技术的“一”或“一个”实施方案未必是同一实施方案，并且它们表示至少一个实施方案。另外，为了简洁以及减少附图的总数，可使用某个附图示出本专利技术的多于一个实施方案的特征，并且对于某个实施方案，可能并非需要该附图中的所有元素。图1为具有波束形成扬声器阵列的音频系统的框图。图2A为中置-侧置呈现模式中产生的声束的正视图。图2B示出在呈现的音频内容中作为水平面上的图2A的声束的叠加的空间变化。图3A为较高阶中置-侧置呈现模式产生的声束方向图的正视图。图3B示出在图3A的实施方案中针对可用于形成波束的两个输入音频声道的情况的呈现波束内容。图3C示出在图3A和图3B的水平面上源自波束叠加的呈现内容的空间变化。图4描绘了在环境-直接模式中产生的声束方向图的示例的正视图。图5为其中音频系统正工作的房间的向下观看水平面。具体实施方式现在将参考所附附图来解释本专利技术的若干个实施方案。每当在实施方案中描述的部件的形状、相对位置和其它方面未明确限定时，本专利技术的范围并不仅局限于所示出的部件，所示出的部件仅用于例证的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，本专利技术的一些实施方案可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免模糊对本具体实施方式的理解。图1为具有波束形成扬声器阵列的用于回放在多个输入音频声道中的一段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有扬声器阵列的音频系统，包括：扬声器柜，所述扬声器柜具有集成在其中的多个扬声器驱动器；多个音频放大器，所述多个音频放大器的输出耦接到所述多个扬声器驱动器的输入；呈现处理器，所述呈现处理器用于接收将由所述扬声器驱动器转换为声音的一段声音程序内容的多个输入音频声道，所述呈现处理器具有耦接到所述多个音频放大器的输入的输出，所述呈现处理器具有包括a)多个第一模式和b)第二模式的操作的多个声音呈现模式；和判决逻辑，所述判决逻辑用于接收传感器数据和用户界面选择中的一个或两者作为判决逻辑输入，其中所述判决逻辑输入中的每个判决逻辑输入指示i)房间特征或ii)收听位置中的一者，其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，所述呈现处理器的所述输出使得所述多个扬声器驱动器产生声束，所述声束具有i)包括所述多个输入音频声道中的两个或更多个输入音频声道之和的全向指向性方向图，叠加有ii)具有多个波瓣的指向性方向图，每个波瓣包含所述两个或更多输入音频声道的差，其中在所述呈现处理器的所述第二模式中，所述呈现驱动器的所述输出使得所述多个扬声器驱动器产生声束，所述声束具有i)指向所述收听位置的直接内容方向图，叠加有ii)指向远离所述收听位置的环境内容方向图，并且其中所述判决逻辑作出对所述呈现处理器的所述多个声音呈现模式中的一个声音呈现模式的呈现模式选择，所述呈现处理器被配置为根据所述呈现模式选择在回放所述一段声音程序内容期间驱动所述多个扬声器驱动器，并且其中所述判决逻辑基于所述判决逻辑输入的变化来改变所述呈现模式选择。...

【技术特征摘要】
2016.09.30 US 62/402,836;2017.05.12 US 15/593,8871.一种具有扬声器阵列的音频系统，包括：扬声器柜，所述扬声器柜具有集成在其中的多个扬声器驱动器；多个音频放大器，所述多个音频放大器的输出耦接到所述多个扬声器驱动器的输入；呈现处理器，所述呈现处理器用于接收将由所述扬声器驱动器转换为声音的一段声音程序内容的多个输入音频声道，所述呈现处理器具有耦接到所述多个音频放大器的输入的输出，所述呈现处理器具有包括a)多个第一模式和b)第二模式的操作的多个声音呈现模式；和判决逻辑，所述判决逻辑用于接收传感器数据和用户界面选择中的一个或两者作为判决逻辑输入，其中所述判决逻辑输入中的每个判决逻辑输入指示i)房间特征或ii)收听位置中的一者，其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，所述呈现处理器的所述输出使得所述多个扬声器驱动器产生声束，所述声束具有i)包括所述多个输入音频声道中的两个或更多个输入音频声道之和的全向指向性方向图，叠加有ii)具有多个波瓣的指向性方向图，每个波瓣包含所述两个或更多输入音频声道的差，其中在所述呈现处理器的所述第二模式中，所述呈现驱动器的所述输出使得所述多个扬声器驱动器产生声束，所述声束具有i)指向所述收听位置的直接内容方向图，叠加有ii)指向远离所述收听位置的环境内容方向图，并且其中所述判决逻辑作出对所述呈现处理器的所述多个声音呈现模式中的一个声音呈现模式的呈现模式选择，所述呈现处理器被配置为根据所述呈现模式选择在回放所述一段声音程序内容期间驱动所述多个扬声器驱动器，并且其中所述判决逻辑基于所述判决逻辑输入的变化来改变所述呈现模式选择。2.根据权利要求1所述的系统，其中大于500Hz的所有内容将由所述扬声器柜中的所述多个驱动器转换为声音。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述扬声器柜中的所述多个驱动器比所述一段声音程序内容的所述多个输入音频声道的数量多。4.根据权利要求2所述的系统，其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，其中所述指向性方向图中的所述多个波瓣中的每个波瓣包含两个或更多个输入声道的差，所述多个波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。5.根据权利要求1所述的系统，其中在所述呈现处理器的所述多个第一模式中的每个第一模式中，其中所述指向性方向图中的所述多个波瓣中的每个波瓣包含所述两个或更多个输入声道的差，所述多个波瓣中的相邻波瓣彼此极性相反。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个第一模式包括低阶第一模式和高阶第一模式，其中所述高阶第一模式具有比所述低阶第一模式具有更大的指向性指数或更大数量的波瓣的波束方向图。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述判决逻辑用于分析所述多个输入音频声道来发现相关内容和无关内容，其中所述相关内容随后在所述直接内容方向图中呈现，而所述无关内容在所述环境内容方向图中呈现。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述一段声音程序内容为电影胶片的音轨，并且所述多个音频声道为所述音轨的所有音频声道。9.一种用于使用容纳在扬声器柜中的扬声器阵列来再现声音的过程，包括：接收将由容纳在扬声器柜中的扬声器阵列转换为声音的一段声音程序内容的多个输入音频声道；接收传感器数据和用户界面选择中的一个或两者作为判决输入，其中所述判决输入中的每个判决输入指示i)房间特征或ii)收听位置中的一者；选择多个声音呈现模式中的一个声音呈现模式，所述一段声音程序内容的回放根据所选择的声音呈现模式通过所述扬声器阵列发生，并且基于所述判决输入的变化来改变所选择的声音呈现模式，其中所述多个声音呈现模式包括a)多个第一模式和b)第二模式，其中在所述多个第一模式中的每个第一模式中，所述扬声器阵列产生声束，所述声束具有i)包括所述多个输入音频声道中的两个或更多个输入音频声道之和的全向指向性方向图，叠加有ii)具有多个波瓣的指向性方向图，每个波瓣包...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·法米利，M·R·勒纳，S·J·舒瓦塞尔，T·霍尔曼，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US