声音再现系统技术方案

一种包括扬声器阵列的声音再现系统和滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件，且进一步其中，滤波器组包括分别与扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用滤波器元件(12)，且还包括分别对阵列的多个扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件(10)。

Sound Reproduction System

A sound reproduction system comprising a speaker array and a filter bank comprising a plurality of delay gain filter elements, and further, a filter bank comprising a plurality of speaker-specific filter elements (12) associated with different corresponding speakers of the speaker array, respectively, and a plurality of Speaker-Independent filter elements (10) shared by a plurality of speakers of the array respectively. )

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声音再现系统
本专利技术总体涉及音频和声音再现系统，特别地但是非排外地涉及自适应于收听者的位置的3D声音的生成。
技术介绍
3D音频的再现在其传送到用户时已发生显著改变。这开始于引入多通道再现设备，诸如5.1扬声器系统，其变得仅部分地普及，主要因为其受限的实用性(布置在房间内的多个扬声器和电缆)。现今，音频消费市场正在朝向使用更紧凑的方案(诸如条形音响)发展。其迹象由这些设备的销售额来提供，该销售额在近几年中已明显提高。最近，家庭音频市场还发生了新的声音再现平台的引入，诸如移动手机或平板电脑。一些制造商已进行尝试以生产用于再现3D音频的这些设备的附件。用于再现3D音频的扬声器阵列技术已变得非常有吸引力，尤其因为处理电子器件的成本减低。这允许创建个性化声音区段，其中，不同用户可以收听不同音频材料而不会互相干扰。另外，由阵列再现的双耳音频可能在声音再现领域中变得日益重要。起初为头戴式耳机设计的双耳音频为由许多学术团体、公司和广播公司进行的密集研究工作的目标，这些学术团体、公司和广播公司当前正在开发新方案且在该技术上投资。利用扬声器阵列对该音频材料进行再现将3D音频的再现带到另一维度，允许向消费者提供高音频逼真度。大量用于通过扬声器再现双耳音频(有时也成为听觉传输型音频)的方案和提议想法是可用的，如下文更详细引用。所有这些系统依赖于使用两个或更多个扬声器以及用于生成扬声器信号的信号处理器装置，通常包括处理输入音频信号的数字滤波器网络。已提出用于双耳音频材料的自适应再现的一些方法，其表示数字信号处理(DigitalSignalProcessing，DSP)算法根据收听者的位置而被适配。这些自适应系统使用用于大量预定义收听位置的数字滤波器的数据库，然后选择最佳匹配收听者的位置的滤波器。这些方法的缺点是，需要预先计算数字滤波器的数据库，而且还要求仔细调谐的信号处理方案在关联到不同收听者位置的滤波器之间改变而不损害传送音频质量。因此，这些系统具有受限的操作范围，这由创建滤波器所针对的网格的尺寸给出，而且这些系统的应用因其实施所需的高计算负荷而受限。为了克服操作范围的该限制且提供个人局域化和/或双耳再现，可以实施改进的DSP策略，诸如本文中所公开的策略。自20世纪40年代起就已存在扬声器的概念；然而，将扬声器用于音频应用直到20世纪90年代才变得广泛，在PA应用中引入范式转换，因为需要少得多的电力来对广大听众获得音频的较好分布。在家庭音频领域中，条形音响对家庭影院应用的使用直到最近才变得流行。现在在市场中可购得的许多条形音响使用传统阵列技术，以及尽管这些条形音响提供比内置扬声器(现今作为许多电视机的一部分)更高的质量，但是它们的空间性能仍受限制。为了提供更好的空间音频性能，可以使用串扰消除技术。作为Atal和Schroeder在1966中首次引入的概念[1]，用于音频再现的串扰消除将其自身呈现为有效想法，然而实际上受限于当时可用的技术。这在20世纪90年代进一步发展，以导致出现作为立体声偶极子的最优扬声器装置[2]。在21世纪早期，Takeuchi和Nelson展示了OPSODIS的概念[3]，保证使空间性能以及音频质量最大化的三路立体声偶极子系统。将扬声器阵列用于串扰消除先前已被各个专利技术人考虑，包括Bauck[4]、Kuhn等人[5]、Li[6]和Hooley等人[7]，使用与先前引用的专利相同的原理，但是使用更大数量的扬声器。然而，已知的串扰消除再现设备的缺陷是，它们不会自适应收听者的位置且将收听者约束在声域的最佳听音位置上。为了允许收听者在收听音频的同时自由移动，一些系统采用收听者跟踪，如例如Hooley等人[9]提供的收听者跟踪。Mannerheim等人[10]展示了另一示例。该后一种方法通过创建各个串扰消除滤波器的数据库以及根据收听者位置切换不同的(存储的且预定的)滤波器来工作。因此，必须预先计算这些滤波器以考虑到大量潜在的收听者位置，因此需要大的存储需求。除此之外，它们的性能受限于用于计算滤波器的网格的尺寸，且在收听者头部在两个网格位置之间时，它们不提供有效的串扰消除。我们已设计改进的声音再现系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种声音再现系统，包括：扬声器的阵列；信号处理器，所述信号处理器布置成确定去往所述扬声器阵列的输入信号；以及收听者位置跟踪器，所述收听者位置跟踪器布置成感测一个收听者或多个收听者相对于所述扬声器阵列的瞬时位置，所述信号处理器配置成将滤波器组应用于待由所述扬声器阵列输出的声音记录，从而确定所述扬声器输入信号，其中，所述信号处理器还配置成至少部分地基于如由所述收听者位置跟踪器确定的收听者的所述瞬时位置确定所述滤波器组的更新的操作控制参数，且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数。在本专利技术的实施方式中，可以实现所需的信号处理负荷的减小，这是因为不需要针对新收听者位置的每个情况重新生成滤波器元件，而是需要计算对操作参数中所需变化的更新。这可以有利地导致处理负荷和时间的减少。本专利技术可以被视为包括由数字滤波器的网络控制的扬声器阵列，所述数字滤波器根据一个或多个收听者的瞬时位置而‘动态地’(即实时地)来创建和调整。滤波器组和信号处理器可以(共同地)由数字信号处理器来实现。不同于现有方法，声音再现系统的实施方式的信号处理需求可以有利地较低，且底层处理步骤(例如如可以以算法形式表达)不受用于创建预先计算的滤波器数据库的收听者位置网格的规格和分辨率的约束。滤波器组可以被视为基本上固定或不可变的逻辑底层结构或功能架构，且其中，所述信号处理器布置成能够自适应地控制该逻辑结构的控制参数。通过逻辑结构，我们包括对多种类型的滤波器元件的引用、它们的功能和相对于彼此和扬声器阵列的布置。优选地，在该背景下，仅仅地或主要地，通过计算和实施控制参数来改变滤波器组作用于声音记录的方式。简单的说，该可以被认为是实施关于输入数据(诸如声音记录数据)的方程式或公式的处理器，且该方程式包括变量，诸如系数。底层方程式/公式保持不变，然而，系数在输入数据的处理期间改变，因此输出根据对系数进行的改变而变化。信号处理器优选地布置成实时地实施滤波器组的操作控制参数的变化。可替选地，滤波器组可以为非自适应的，因为例如针对一个或多个收听者不太可能相对于扬声器阵列移动位置的声音再现系统预先确定特性(诸如滤波器系数或其它控制参数)。然而，这类装置(尽管未通过收听者位置跟踪而(自动)自适应)可以布置成或配置成允许在校准或设置过程期间以其它方式(诸如通过人为干预)或在多种情况下按需以其它方式更新滤波器特性。更新的控制参数的实施优选地布置成控制滤波器组关于如在生成扬声器输入信号时应用于声音记录的滤波器组的效果的操作特性。信号处理器可以布置成确定用于更新所述滤波器组的所述操作参数的值或值集。信号处理器可以布置成直接地或间接地确定更新的操作控制参数。操作控制参数可以被视为或包括滤波器系数。信号处理器可以包括滤波器系数计算器。信号处理器可以布置成确定新操作参数的测量值或所需的操作参数的变化。信号处理器可以被视为实施两个处理阶段或迭代的序列，第一者包括确定滤波器的针对感测的收听者位置的变化的更新操作参数(或合适改变它们的测量值或值)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声音再现系统，包括：扬声器阵列；信号处理器，所述信号处理器确定去往所述扬声器阵列的输入信号；以及收听者位置跟踪器，所述收听者位置跟踪器布置成感测收听者相对于所述扬声器阵列的瞬时位置，所述信号处理器配置成将滤波器组应用于待由所述扬声器阵列输出的声音记录，从而确定扬声器输入信号，其中，所述信号处理器还配置成至少部分地基于如由所述收听者位置跟踪器确定的收听者的所述瞬时位置确定滤波器的更新的操作控制参数，且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数，且其中，所述滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件，且进一步其中，所述滤波器组包括分别与所述扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用滤波器元件，且还包括分别对所述扬声器阵列的多个所述扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.14 GB 1604295.41.一种声音再现系统，包括：扬声器阵列；信号处理器，所述信号处理器确定去往所述扬声器阵列的输入信号；以及收听者位置跟踪器，所述收听者位置跟踪器布置成感测收听者相对于所述扬声器阵列的瞬时位置，所述信号处理器配置成将滤波器组应用于待由所述扬声器阵列输出的声音记录，从而确定扬声器输入信号，其中，所述信号处理器还配置成至少部分地基于如由所述收听者位置跟踪器确定的收听者的所述瞬时位置确定滤波器的更新的操作控制参数，且相应地自适应地制定所述滤波器组的所述操作控制参数，且其中，所述滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件，且进一步其中，所述滤波器组包括分别与所述扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用滤波器元件，且还包括分别对所述扬声器阵列的多个所述扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件。2.如权利要求1所述的声音再现系统，所述声音再现系统布置成确定用于更新所述滤波器组的所述操作参数的值或值集。3.如任一项前述权利要求所述的声音再现系统，其中，所述滤波器组包括或构成多个声束发生器，每个声束发生器布置成控制所述扬声器输出多个声束。4.如权利要求3所述的声音再现系统，其中，产生的所述声束的转向方向布置成响应于相对于所述扬声器阵列的所感测的收听者定位而改变。5.如权利要求3或4所述的声音再现系统，其中，所述声束发生器布置成生成将双耳音频信号传送到一个或多个收听者的声束。6.如权利要求3、4或5中任一项所述的声音再现系统，其中，所述声束发生器布置成考虑所感测的收听者定位而控制在至少一个收听者的耳朵处再现的压力。7.一种用于将输入信号提供给扬声器阵列的滤波器组信号处理装置，所述滤波器组信号处理装置包括滤波器组，所述滤波器组包括多个延迟增益滤波器元件，且进一步其中，所述滤波器组包括分别与所述扬声器阵列的不同的相应扬声器相关联的多个扬声器专用滤波器元件，且还包括分别对所述扬声器阵列的多个所述扬声器共用的多个独立于扬声器的滤波器元件。8.如权利要求7所述的滤波器组，所述滤波器组包括或构成多个声束发生器，每个声束发生器布置成...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·M·法齐，M·F·西蒙·加尔维兹，
申请(专利权)人：南安普顿大学，
类型：发明
国别省市：英国,GB