用于修改在給定收聽空間內(nèi)指定位置處的聲場的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于修改在給定收聽空間內(nèi)指定位置處的聲場的方法和系 統(tǒng)
[oow] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2013年3月15日提交的美國臨時申請序列No. 61/800, 566的權(quán)益， 其通過引用并入在此，如在本文完整闡述的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的領(lǐng)域設(shè)及聲音再生系統(tǒng)，并且更具體地設(shè)及用于修改來自創(chuàng)建在有界或 半有界收聽空間內(nèi)的聲場的兩個或更多聲源的音頻信號的方法和系統(tǒng)，W實現(xiàn)在指定收聽 位置之間和之內(nèi)的期望聲場分布。
【背景技術(shù)】
[0004] 音頻系統(tǒng)常見于家庭、汽車和其它的環(huán)境中。通常情況下，針對某些期望特征（諸 如，高聲音保真度）選擇音頻系統(tǒng)組諸如放大器和揚聲器。但是，音頻系統(tǒng)組件僅是影響在 具體環(huán)境中的聲音質(zhì)量的一個因素。其它因素包含，除其它事項外，收聽環(huán)境本身、揚聲器 的數(shù)量和位置，W及收聽者的位置。
[0005] 例如，雖然許多房間是矩形的，但通常一維（長度或?qū)挾龋┍绕渌L，運意味著 聲音橫跨房間的不同維度而不同地展開，并且可W在不同的時間反射出不同的墻。運種效 果在形狀上沒有完整矩形的房間中更加顯著。此外，房間內(nèi)的開口或口道的存在可W影響 反射或重新定向聲音所用的方式。半有界的房間或空間，諸如露天舞臺，可能只有一個或兩 個墻，并且因此具有針對聲音再現(xiàn)的相當不對稱的特點。此外，房間或收聽空間內(nèi)的對象或 物理特征的存在，或沿相同或不同的墻的不同類型表面的存在（例如，與室內(nèi)裝飾品或軟 表面相比的窗戶或硬表面）還可能影響聲音展開所用的方式或在區(qū)域內(nèi)反射聲音所用的 方式。
[0006] 除了收聽區(qū)域的具體特征，房間或收聽空間內(nèi)的收聽者位置也影響音頻體驗，并 確定由聽眾體驗的聲音的質(zhì)量和特征。例如，已知的是，方式（mode)可W存在于通常與房 間或區(qū)域的長度或?qū)挾鹊木S度可比較的波長處的房間或其它有界區(qū)域內(nèi)。運些方式可能導(dǎo) 致建設(shè)性或破壞性干擾，并且因此創(chuàng)建與房間或其它區(qū)域的尺寸（或形狀）的某些特定的 頻率處的聲學抑制。對于非矩形房間或具有奇特形狀或物理障礙物的區(qū)域，運些方式很難 預(yù)測。揚聲器的數(shù)量和位置也將影響在收聽空間中的具體位置處的聽眾體驗。更接近收聽 位置的揚聲器通常將比更遠的揚聲器更大聲，并且因此在不同的收聽位置處，多個揚聲器 的聚合效應(yīng)可能會相當顯著地不同。某些揚聲器，諸如雙極，還具有方向分量，并且因此關(guān) 于揚聲器的收聽位置的相對取向在某些情況下還可W影響聽眾的體驗。
[0007] 上述問題可W表現(xiàn)為在規(guī)定收聽區(qū)域內(nèi)的不同收聽位置之間的一個或多個頻率 或頻帶內(nèi)功率電平的可檢測差異。在功率電平中運種變化性存在的情況下，除其它事項外， 音頻系統(tǒng)可W被看作是低效或浪費的，因為最大功率比在所有收聽位置處體驗更少。
[0008] 呈現(xiàn)具體挑戰(zhàn)的有界收聽區(qū)域的示例是在汽車或其它交通工具內(nèi)的封閉空間，其 中收聽位置被預(yù)先確定并且針對低頻驅(qū)動器的合適位置被限制。另外，收聽位置被限制到 所提供的座位位置（通常為4或5)，并且所有的運些都相對于揚聲器的位置而非常不對稱 地放置。空間在汽車內(nèi)部總是非常珍貴的，并且因此揚聲器經(jīng)常被放置在物理上方便的位 置中，但是從聲學觀點上來說仍然常常很差，諸如腳部空間W及前后側(cè)口的底部。
[0009] 在汽車音響系統(tǒng)或者其它的音響系統(tǒng)中提供了某些特征，它們可W部分地減輕對 于一個收聽位置但處于另一個損害處的上述問題。例如，乘員可W手動調(diào)節(jié)聲音平衡W增 加成比例音量到左或右揚聲器。一些汽車音頻系統(tǒng)具有一個"驅(qū)動方式"按鈕，運使聲音對 于駕駛員最佳。但是，因為對于左和右乘員或聽眾存在不同的收聽軸，所W對于滿足在收聽 區(qū)域一側(cè)上的乘員（例如駕駛員）的平衡調(diào)節(jié)通常會使得對于就座在收聽區(qū)域另一側(cè)的乘 員的聲音惡化。此外，平衡調(diào)節(jié)需要由乘員或聽眾之一手動調(diào)節(jié)，并且運通常希望最小化用 戶干預(yù)。各種類型的均衡也可W被使用，但運些在性質(zhì)上都是全局性的，并且因此沒有充分 解決在不同收聽位置處的不同體驗。此外，全局均衡可W改善在一個位置處的聲音質(zhì)量或 體驗，但不利于在收聽空間中的其它位置處的聲音質(zhì)量或體驗。
[0010] 其它技術(shù)提出在揚聲器周圍移動W找到最佳揚聲器位置，但是那些技術(shù)在揚聲器 位置固定時是無效的。
[0011] 在聲音體驗和其它相關(guān)問題中的類似不對稱性可能在任何其它部分或全部有界 的收聽空間，W及諸如在家庭房間、禮堂、競技場W及其它限定收聽區(qū)域中發(fā)生。在某些情 況下，相對于收聽位置存在靈活性，但往往收聽位置一般是固定的。類似地，通常的情況是 揚聲器位置是固定的，并且因此移動揚聲器不是一個選項。
[0012] 在一些情況下，如相對于具有在具體收聽區(qū)域中的收聽位置處的類似聲音質(zhì)量和 電平的目標，可能需要為不同的乘員或聽眾提供不同的收聽體驗。例如，可能期望具有針對 一個或多個乘員的安靜區(qū)（zone)，同時保持針對剩余乘員的良好的音質(zhì)。
[0013] 因此，將有利的是提供一種改進的聲音系統(tǒng)，其克服一個或多個前述的問題或缺 點，并能提供改進的聲音質(zhì)量或選定的聲場變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 在一個方面中，本發(fā)明的實施例可W包含用于在規(guī)定收聽區(qū)域（諸如半有界或有 界收聽空間）內(nèi)的聲音分配的技術(shù)?？蒞采用聲音分配技術(shù)W最小化在不同收聽位置處的 頻率響應(yīng)或音頻電平的變化，同時可選地還獲得最大的輸出能力，或可替換地可W采用聲 音分配技術(shù)W實現(xiàn)期望的聲音電平模式（pattern)或聲場變化，同時可選地獲得最大功率 輸出。聲音分配技術(shù)還可W用于實現(xiàn)在指定收聽位置處的通常均勻的頻率響應(yīng)（即，傳遞 函數(shù)）或音頻電平的具體區(qū)。
[0015] 在第一方面中，具有預(yù)限定揚聲器位置的音頻系統(tǒng)經(jīng)配置W實現(xiàn)在收聽位置處的 具有最小變化（例如在所選公差內(nèi)）的最大或最優(yōu)功率輸出。
[0016] 在另一個獨立方面中，具有預(yù)限定揚聲器位置的音頻系統(tǒng)經(jīng)配置W當產(chǎn)生期望的 聲音電平模式或聲場變化時實現(xiàn)最大或最優(yōu)功率輸出。
[0017] 還在另一個獨立方面中，具有預(yù)限定揚聲器或聲學輸出源位置的音頻系統(tǒng)可W經(jīng) 配置W產(chǎn)生在規(guī)定收聽空間（諸如有界或半有界收聽區(qū)域）內(nèi)的均勻頻率響應(yīng)或音頻電平 的區(qū)。
[0018] 根據(jù)本文公開的一個或多個實施例，具有預(yù)限定聲學輸出源（例如揚聲器）位置 的音頻系統(tǒng)包括修改被發(fā)送到每個揚聲器的信號的聲音分配處理器，W使得所有聲源的矢 量和給出在每個收聽位置處的期望響應(yīng)特征。該技術(shù)通?？蛇m用于任何類型的揚聲器，無 論定向與否，并且包含例如單極或雙極揚聲器。
[0019] 本文也公開了進一步的實施例、變型和改進。
【附圖說明】
[0020] 圖1是根據(jù)如本文公開的一個實施例的聲音分配系統(tǒng)實施例的示圖。
[0021] 圖2是示出根據(jù)如本文公開的一個示例的聲音分配的過程的流程圖。
[0022] 圖3是示出用于確定相對于不同收聽位置的收聽區(qū)域的聲音再現(xiàn)特征的聲音測 量位置的示例的頂視圖。
[0023] 圖4示出根據(jù)如本文公開的一個或多個實施例的可W連同聲音分配系統(tǒng)使用的 聲音分配處理器的可能實施方式。
[0024] 圖5是顯示根據(jù)一個示例的聚集的修改揚聲器輸出如何在收聽區(qū)域內(nèi)的每個收 聽位置處組合W生成在每個收聽位置處的修改聲場或頻率響應(yīng)的概念圖。
[0025] 圖6是示出具有一組揚聲器的有界收聽區(qū)域的示圖，W及在收聽區(qū)域中指定收聽 位置處采取的聲音測量的示例的各種曲線圖。
[0026] 圖7是示出與在圖6中相同的收聽區(qū)域但具有如根據(jù)本文實例提供的聲音分配的 示圖，W及顯示在修改的聲音信號通過各種揚聲器播放之后在每個相同收聽位置處的修改 音頻特征或頻率響應(yīng)的所附曲線圖。
【具體實施方式】
[0027] 根據(jù)本文公開的實施例的一個或多個方面，提供了具有布置在收聽區(qū)域中或周圍 的多個聲學輸出源的音頻系統(tǒng)，其中聲音分配處理器接收音頻源信號。聲音分配處理器可 W包含多個音頻修改元件，針對每個聲輸出源的一個音頻修改元件，修改相對于針對每個 聲學輸出源頻率的音頻源信號的某些特征（例如，增益和/或相位），W例如創(chuàng)建在收聽區(qū) 域內(nèi)或收聽區(qū)域內(nèi)的限定區(qū)內(nèi)的均勻聲音電平。聲音分配處理器可W在某些情況下經(jīng)配 置W最大化或優(yōu)化聲學輸出源的輸出能力，而在相同時間最小化所選擇公差范圍內(nèi)的椅間 (inter-seat)響應(yīng)變化和帶內(nèi)響應(yīng)均勻性。
[0028] 在各種實施例中，每個音頻修改元件可W包含針對每個聲學輸出源的一個或多 個定制濾波器，并且可選地進一步包含針對每個聲學輸出源的定制增益級。音頻修改元 件可W例如包含延遲和/或非最小相移調(diào)節(jié)，其針對每個揚聲器或聲音源而被?？谡{(diào)整 (tailore)。此外，聲音分配處理器可W包含應(yīng)用于針對所有聲學輸出源的音頻源信號的全 局均衡調(diào)節(jié)。
[0029] 在優(yōu)選實施例中，聲學輸出源包含低頻驅(qū)動器單元，并且聲音分配處理器經(jīng)配置 W主要影響音頻信號源的低頻。
[0030] 在另一個單獨的方面中，提供了用于在音頻系統(tǒng)中聲音分配的方法，其包含：接收 音頻源信號，并對于多個聲學輸出源中的每個，獨立地修改相對于頻率的音頻源信號增益 和/或相位，W創(chuàng)建在收聽區(qū)域內(nèi)或在收聽區(qū)域內(nèi)限定區(qū)內(nèi)的基本上均勻的聲音電平或期 望的聲場變化。修改的音頻源信號隨后被傳送到每個相應(yīng)的聲學輸出源。