用于混響時(shí)間延長的裝置、方法和電聲系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于延長混響時(shí)間的裝置。該裝置包括：用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)；以及信號(hào)處理器(120)，用于基于由多個(gè)麥克風(fēng)接收的多個(gè)音頻輸入信號(hào)并且基于波場合成信息來產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)音頻輸出信號(hào)。該裝置還包括用于確定一個(gè)或多個(gè)虛擬墻的虛擬位置的操作單元(130)。用于計(jì)算波場信息的模塊(110)被設(shè)計(jì)為基于一個(gè)或多個(gè)虛擬墻的虛擬位置來計(jì)算波場合成信息。此外，可通過操作單元(130)調(diào)整至少一個(gè)虛擬墻的虛擬位置。
【專利說明】用于混響時(shí)間延長的裝置、方法和電聲系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于混響時(shí)間延長的裝置、方法和電聲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從音響(acoustic)角度來看，房間(room,空間)對于不同的應(yīng)用可能并不是最適合的。因此，音樂演出通常需要某些混響以聽起來很好。另一方面，當(dāng)房間太混響時(shí)，揚(yáng)聲器可能部分地未得到理解。因此，借助混響系統(tǒng)的混響時(shí)間的自適應(yīng)是有用的。
[0003]例如，在劇院、會(huì)議中心、天文館、研究室、多功能廳中，對于不同的情況，可能需要不同的音響條件，特別是，關(guān)于混響時(shí)間的不同要求成為必要的。為了影響混響時(shí)間，可使用用于混響時(shí)間延長的電聲系統(tǒng)。該系統(tǒng)可結(jié)合入到現(xiàn)有的音樂廳中，然而，當(dāng)構(gòu)建相應(yīng)大樓和大廳時(shí)(例如，在展館構(gòu)建中)設(shè)置用于混響時(shí)間延長的電聲系統(tǒng)也可有用。出于娛樂目的，也可期望用于音頻再現(xiàn)的混響時(shí)間延長。
[0004]在下面，將更加詳細(xì)地討論波場合成技術(shù)。波場合成(WFS)已經(jīng)在代爾夫特理工大學(xué)進(jìn)行了研究并且在80年代后期首次提出(Berkhout，A.J.；de Vries1D.；Vogel, P.:Acoustic control by ffave-field Synthesis.JASA93, 1993)。
[0005]由于該方法中關(guān)于計(jì)算能力和傳輸速率的巨大要求，波場合成迄今難以在實(shí)踐中應(yīng)用。只有如今在微處理器技術(shù)和音頻編碼領(lǐng)域中的發(fā)展允許在特定應(yīng)用中使用本技術(shù)。在專業(yè)領(lǐng)域中的首批產(chǎn)品有望在明年出現(xiàn)。WFS的基本思想基于波動(dòng)理論的惠更斯原理的應(yīng)用。
[0006]通過波捕獲的每個(gè)點(diǎn)為以球形或圓形傳播的元波的起點(diǎn)。應(yīng)用于音響,任何形式的入射波陣面可通過彼此相鄰(以所謂的揚(yáng)聲器陣列)排布的大量揚(yáng)聲器來再現(xiàn)。在再現(xiàn)單獨(dú)的點(diǎn)源并且揚(yáng)聲器為線性陣列的最簡單的情況下，必須利用時(shí)間延遲和振幅縮放來饋送每個(gè)揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)，從而使單獨(dú)的揚(yáng)聲器的福射聲場被正確地疊加。對于幾個(gè)聲源，分別計(jì)算每個(gè)源對每個(gè)揚(yáng)聲器的貢獻(xiàn)，并且將所產(chǎn)生的信號(hào)相加。在具有反射墻的房間中，反射也可經(jīng)由揚(yáng)聲器陣列再現(xiàn)為另外的源。因此，計(jì)算工作量在很大程度上取決于聲源的數(shù)量、錄音室反射特性和揚(yáng)聲器的數(shù)量。
[0007]該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于跨越再現(xiàn)房間的大范圍的自然空間聲音印象是可以的。與已知技術(shù)相比，聲源的方向和距離非常精確地再現(xiàn)。在一定程度上，虛擬聲源甚至可位于實(shí)際揚(yáng)聲器陣列與收聽者之間。
[0008]因此，通過波場合成(WFS)技術(shù)，可為大范圍的收聽者獲得良好的空間聲音。正如上文所述，波場合成基于惠更斯原理，根據(jù)惠更斯原理，波陣面可通過疊加元波來形成并構(gòu)建。根據(jù)數(shù)學(xué)上精確的理論描述，將必須使用在無限小距離處的無限數(shù)量的源來產(chǎn)生元波。然而，實(shí)際上，使用在彼此相距有限小距離處的有限數(shù)量的揚(yáng)聲器。根據(jù)WFS原理來控制具有來自虛擬源的音頻信號(hào)(具有特定延遲和特定電平)的這些揚(yáng)聲器的每一個(gè)。電平和延遲對于所有揚(yáng)聲器通常是不同的。
[0009]正如上文所述，波場合成系統(tǒng)基于惠更斯原理來操作且通過多個(gè)單獨(dú)的波重構(gòu)例如排布在相距收聽者特定距離處的虛擬源的給定波形。因此，波場合成算法從揚(yáng)聲器陣列接收關(guān)于單獨(dú)的揚(yáng)聲器的實(shí)際位置的信息以隨后計(jì)算該單獨(dú)的揚(yáng)聲器的分量信號(hào)，隨后該揚(yáng)聲器最終必須輻射該分量信號(hào)，從而對于收聽者，來自單獨(dú)的揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器信號(hào)與其它活躍的(active，激活的)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器信號(hào)的疊加執(zhí)行重構(gòu)，從而收聽者具有以下印象:他沒有接觸到(exposed to，暴露于)來自許多單獨(dú)的揚(yáng)聲器的聲音而只是接觸到來自在虛擬源的位置處的單個(gè)揚(yáng)聲器的聲音。
[0010]對于在波場合成設(shè)置中的幾個(gè)虛擬源，計(jì)算每個(gè)虛擬源對每個(gè)揚(yáng)聲器的貢獻(xiàn)(即，第一揚(yáng)聲器的第一虛擬源、第一揚(yáng)聲器的第二虛擬源的分量信號(hào)等)以隨后將分量信號(hào)相加，以最終獲得實(shí)際的揚(yáng)聲器信號(hào)。在例如三個(gè)虛擬源的情況下，所有活躍的揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器信號(hào)的疊加對于收聽者將具有以下效果:收聽者不會(huì)具有他接觸到來自大的揚(yáng)聲器陣列的聲音而是他聽見的聲音只源于位于特定位置處的三個(gè)聲源(等同于虛擬源)的印象。
[0011]實(shí)際上，執(zhí)行分量信號(hào)的計(jì)算的主要原因在于，根據(jù)虛擬源的位置和揚(yáng)聲器的位置，在特定時(shí)間處提供具有延遲和縮放因子的分配給虛擬源的音頻信號(hào)，以獲得虛擬源的延遲的和/或縮放的音頻信號(hào)，當(dāng)只存在一個(gè)虛擬源時(shí)，該延遲的和/或縮放的音頻信號(hào)直接表不揚(yáng)聲器信號(hào)，或者，在與所考慮的揚(yáng)聲器的來自其它虛擬源的更多分量信號(hào)相加之后，該延遲的和/或縮放的音頻信號(hào)對所考慮的揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器信號(hào)有貢獻(xiàn)。
[0012]典型的波場合成算法與在揚(yáng)聲器陣列中存在多少揚(yáng)聲器無關(guān)地進(jìn)行操作。波場合成的根本理論在于，每個(gè)任意聲場可通過無限多數(shù)量的單獨(dú)的揚(yáng)聲器來精確地重構(gòu)，其中，單獨(dú)的揚(yáng)聲器排布為彼此無限接近。然而，實(shí)際上，既無法實(shí)現(xiàn)無限多的數(shù)量，也無法實(shí)現(xiàn)無限接近的排布。相反，存在有限數(shù)量的并且排布在彼此相距預(yù)定間隔處的揚(yáng)聲器。因此，在真實(shí)的系統(tǒng)中，只獲得實(shí)際波形的近似(如果虛擬源實(shí)際存在，即為真實(shí)源，則這將會(huì)發(fā)生)。
[0013]波場合成方法還可再現(xiàn)幾種不同的源類型。突出源類型為其中電平與Ι/r成比例地降低的點(diǎn)源，其中，r為收聽者與虛擬源位置之間的距離。另一種源類型為輻射平面波的源。在此，由于可通過排布在彼此相距無限距離處的點(diǎn)源產(chǎn)生平面波，因此與相距收聽者的距離無關(guān)，電平保持恒定。
[0014]在上面對現(xiàn)有波場合成方法的瀏覽之后，我們現(xiàn)將處理現(xiàn)有技術(shù)已知的用于混響時(shí)間延長系統(tǒng)。
[0015]在US005109419A中，Griesinger描述了其中不同的聲源經(jīng)由麥克風(fēng)記錄或直接輸入并且經(jīng)由混響矩陣來人工地混響的用于混響時(shí)間延長電聲系統(tǒng)。該系統(tǒng)的輸出信號(hào)輸出到分布式揚(yáng)聲器，并且因此在房間中產(chǎn)生人工混響。
[0016]此外，Poletti 在 “Reverberators for use in wide band assistedreverberation systems,?US000000039189E中描述了基于空間信號(hào)的檢測并且在再次控制多個(gè)揚(yáng)聲器的延遲矩陣中處理空間信號(hào)的用于混響時(shí)間延長的電聲系統(tǒng)。
[0017]在US0051425869A中，Berkhout描述了其中在房間中記錄的信號(hào)經(jīng)由重構(gòu)波場來卷積并且再現(xiàn)的方法。
[0018]在專利文獻(xiàn)中，具有不同的用于混響時(shí)間延長的系統(tǒng)，諸如US3614320A和W02006092995A1。[0019]然而，沒有系統(tǒng)允許靈活地動(dòng)態(tài)自適應(yīng)于不同的和交替的音響條件以及關(guān)心混響事件延長的用戶的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]因此，本發(fā)明的目的在于提供用于混響時(shí)間延長的裝置、方法和電聲系統(tǒng)的改良概念。本發(fā)明的目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法、根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)、根據(jù)權(quán)利要求14所述的電聲系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法來解決。
[0021]本發(fā)明提供了用于混響時(shí)間延長的裝置。該裝置包括:用于計(jì)算波場合成信息的模塊；以及信號(hào)處理器，用于基于多個(gè)音頻輸入信號(hào)并且基于波場合成信息來產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)音頻輸出信號(hào)，其中，音頻信號(hào)已經(jīng)由多個(gè)麥克風(fēng)記錄或采集。進(jìn)一步地，該裝置包括用于確定一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置的操作單元。用于計(jì)算波場合成信息的模塊被實(shí)施為基于一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置來計(jì)算波場合成信息。進(jìn)一步地，可通過操作單元調(diào)整至少一個(gè)虛擬墻的虛擬位置。
[0022]通過使虛擬墻向外移動(dòng)，獲得音響房間(room，空間)擴(kuò)張。音響房間擴(kuò)張另外通過再生效果來獲得，再生效果包括再次通過麥克風(fēng)來記錄由揚(yáng)聲器輸出的所產(chǎn)生的音頻輸出信號(hào)，并且因此所產(chǎn)生的音頻輸出信號(hào)結(jié)合到在稍后時(shí)間產(chǎn)生的音頻輸出信號(hào)中。
[0023]因此，提供了用于產(chǎn)生音響房間擴(kuò)張的裝置和方法，其中，分布式麥克風(fēng)記錄相關(guān)的聲源和音響環(huán)境并且經(jīng)由波場合成系統(tǒng)相對于靜止或動(dòng)態(tài)的虛擬源位置再現(xiàn)相關(guān)的聲源和音響環(huán)境。
[0024]本發(fā)明基于虛擬源在基于波場合成的算法中產(chǎn)生的概念。在此，本發(fā)明描述了一種方法:其中，借助在待混響房間中的分布式麥克風(fēng)，房間的音響利用被放大的源來記錄并且經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器供應(yīng)至處理系統(tǒng)。在此，處理系統(tǒng)可由軟件組成，其中，信號(hào)首先經(jīng)由濾波器進(jìn)行處理并隨后在波場合成算法中處理為基于對象的聲源，該信號(hào)再次經(jīng)由濾波器進(jìn)行處理以隨后經(jīng)由波場合成系統(tǒng)輸出。由于波場合成的選擇，所記錄的空間信號(hào)可以任何方式進(jìn)行定位并且可以任意方式作為“虛擬墻”移動(dòng)。從而，可產(chǎn)生單獨(dú)的房間幾何形狀。所記錄的空間信號(hào)通常表示為平面波，并且因此對應(yīng)于墻的音響效果。該虛擬墻不僅可移動(dòng)，而且可相對于其角度進(jìn)行改進(jìn)，并且從而直接影響聲源的反射圖案。
[0025]在一種實(shí)施方式中，用于計(jì)算波場合成信息的模塊被實(shí)施為計(jì)算延遲值和振幅因子值作為波場合成信息。在此，延遲值規(guī)定通過其音頻輸入信號(hào)的其中一個(gè)以延遲的方式在揚(yáng)聲器的其中一個(gè)再現(xiàn)的延遲。振幅因子值規(guī)定通過其修改音頻輸入信號(hào)的其中一個(gè)的振幅以獲得在揚(yáng)聲器的其中一個(gè)輸出的修改的信號(hào)的振幅因子。
[0026]此外，用于計(jì)算波場合成信息的模塊可被實(shí)施為在任何時(shí)間點(diǎn)計(jì)算每個(gè)揚(yáng)聲器/虛擬墻對的延遲值和振幅因子，其中，揚(yáng)聲器/虛擬墻對為一個(gè)揚(yáng)聲器和一個(gè)虛擬墻的一對。
[0027]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，用于計(jì)算波場合成信息的模塊被實(shí)施為基于揚(yáng)聲器/虛擬墻對的揚(yáng)聲器與虛擬墻的距離來計(jì)算揚(yáng)聲器/虛擬墻對的延遲值和振幅因子值。
[0028]進(jìn)一步地，，用于計(jì)算波場合成信息的模塊可被實(shí)施為:揚(yáng)聲器與虛擬墻之間距離越大，則將揚(yáng)聲器/虛擬墻對的延遲值設(shè)置成越高。[0029]進(jìn)一步地，用于計(jì)算波場合成信息的模塊可被實(shí)施為:揚(yáng)聲器與虛擬墻之間距離越大，則將揚(yáng)聲器/虛擬墻對的振幅因子值設(shè)置成越小。
[0030]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，操作單元被實(shí)施為將至少一個(gè)虛擬墻從第一虛擬位置移到第二虛擬位置，從而使虛擬墻可平行于其第一位置任意地移動(dòng)。進(jìn)一步地，操作單元可被實(shí)施為將至少一個(gè)虛擬墻從第一虛擬位置移到第二虛擬位置，從而使虛擬墻可相對于其第一位置以可旋轉(zhuǎn)的方式任意地移動(dòng)。
[0031]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，操作單元被實(shí)施為使得可通過操作單元調(diào)整所有虛擬墻的虛擬位置。操作單元可被實(shí)施為使得每個(gè)虛擬墻可從第一虛擬位置移到第二虛擬位置，從而使每個(gè)虛擬墻平行于其第一位置和相對于其第一位置以可旋轉(zhuǎn)的方式任意地移動(dòng)。
[0032]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，用于混響時(shí)間延長裝置可包括用于過濾諧振頻率的參數(shù)濾波器。
[0033]進(jìn)一步地,提供了一種用于混響時(shí)間延長的電聲系統(tǒng),該電聲系統(tǒng)包括:多個(gè)麥克風(fēng)；根據(jù)上述實(shí)施方式中的其中一個(gè)的用于混響時(shí)間延長的裝置；以及多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列。在此，多個(gè)麥克風(fēng)被實(shí)施為產(chǎn)生饋入用于混響時(shí)間延長的裝置中的多個(gè)音頻輸入信號(hào)，并且其中，揚(yáng)聲器陣列的多個(gè)揚(yáng)聲器被實(shí)施為使音頻輸出信號(hào)通過混響時(shí)間延長裝置饋入并且再現(xiàn)所饋入的音頻輸出信號(hào)。
[0034]下面將參照附圖討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1示出根據(jù)實(shí) 施方式的用于混響時(shí)間延長的裝置的方框圖；
[0036]圖2示出了展示用于計(jì)算波場合成信息的模塊與信號(hào)處理器的協(xié)作的方框圖；
[0037]圖3不出了根據(jù)實(shí)施方式的用于混響時(shí)間延長的電聲WFS系統(tǒng)；
[0038]圖4示出了電聲WFS的進(jìn)一步的實(shí)施方式；
[0039]圖5示出了根據(jù)實(shí)施方式的設(shè)置有5個(gè)天花板麥克風(fēng)以及在減小的WFS陣列中的40個(gè)天花板揚(yáng)聲器和圓周水平帶狀的常規(guī)揚(yáng)聲器的普通會(huì)議室(5mX18mX15m)；
[0040]圖6示出了根據(jù)實(shí)施方式的揚(yáng)聲器陣列、虛擬墻和麥克風(fēng)；以及
[0041]圖7示出根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方式的揚(yáng)聲器陣列和虛擬墻。
【具體實(shí)施方式】
[0042]圖1示出根據(jù)實(shí)施方式的用于混響時(shí)間延長的裝置。該裝置包括用于計(jì)算波場合成信息的模塊110。此外，該裝置包括信號(hào)處理器120，信號(hào)處理器120用于基于已經(jīng)由多個(gè)麥克風(fēng)(未不出)記錄的多個(gè)音頻輸入信號(hào)sl, s2,…，sn并且基于波場合成信息來產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器(未不出)的多個(gè)音頻輸出信號(hào)yl, y2,…，yn。此外,該裝置包括用于確定一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置的操作單元130。在此，用于計(jì)算波場合成信息的模塊110被實(shí)施為基于一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置來計(jì)算波場合成信息WSinf。在此，對于至少一個(gè)虛擬墻，其虛擬位置可通過操作單元來調(diào)整。在一種實(shí)施方式中，用于計(jì)算波場合成信息的模塊110和信號(hào)處理器120可在一個(gè)模塊(波場合成模塊)中實(shí)現(xiàn)。
[0043]下文中，參照圖2，將說明用于計(jì)算波場合成信息的模塊與信號(hào)處理器的協(xié)作的實(shí)現(xiàn)。在圖2中，用于計(jì)算波場合成信息的模塊210和信號(hào)處理器220由虛線示出。[0044]用于計(jì)算波場合成信息的模塊210和信號(hào)處理器220具有強(qiáng)平行結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中從每個(gè)虛擬墻(虛擬源)的供應(yīng)至信號(hào)處理器的音頻信號(hào)開始且從相應(yīng)虛擬墻(虛擬源)的位置信息開始，其中，用于計(jì)算波場合成信息的模塊210從操作單元接收該位置信息，首先，計(jì)算延遲信息Vi和振幅因子(縮放因子)SFi,其取決于位置信息和恰好考慮的揚(yáng)聲器(即，具有編號(hào)j的揚(yáng)聲器，即，LSj)的位置?；谔摂M源(虛擬墻)的位置信息和所考慮的揚(yáng)聲器j的位置來計(jì)算延遲信息Vi以及縮放因子SFi是通過在器件300、302、304、306中實(shí)施的已知算法來進(jìn)行的。
[0045]基于延遲信息Vi⑴和SFi⑴以及基于分配給單獨(dú)的虛擬源的音頻信號(hào)ASi⑴，為最終獲得的揚(yáng)聲器信號(hào)中的分量信號(hào)Ku計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻tA的離散值A(chǔ)Wi (tA)。這通過如圖2示意性示出的器件310、312、314、316來執(zhí)行。圖2實(shí)際上還示出了在時(shí)刻tA處對單獨(dú)的分量信號(hào)的“閃拍(flash shot)”。單獨(dú)的分量信號(hào)隨后通過加法器320組合到節(jié)點(diǎn)，以確定揚(yáng)聲器j的揚(yáng)聲器信號(hào)(其隨后可被供應(yīng)至揚(yáng)聲器以輸出)的當(dāng)前時(shí)刻tA的離散值。
[0046]從圖2可以看出，首先，基于延遲信息和振幅縮放因子(縮放因子)為每個(gè)虛擬源單獨(dú)地計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻處有效的值，于是，基于不同的虛擬墻(虛擬源)將一個(gè)揚(yáng)聲器的所有分量信號(hào)相加。如果例如只存在一個(gè)虛擬源，則加法器將省略，并且例如當(dāng)虛擬源I為僅有的虛擬源時(shí)，施加于圖2中的加法器的輸出端的信號(hào)將對應(yīng)于由器件310輸出的信號(hào)。
[0047]在此，應(yīng)當(dāng)注意，揚(yáng)聲器信號(hào)的值在相應(yīng)的輸出端獲得，揚(yáng)聲器信號(hào)是歸因于不同虛擬源1，2，3，…，η的針對該揚(yáng)聲器的分量信號(hào)的疊加。將基本上會(huì)為每個(gè)揚(yáng)聲器設(shè)置這種陣列，除例如2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)組合揚(yáng)聲器總是由同一揚(yáng)聲器信號(hào)進(jìn)行控制外，由于實(shí)際原因，這是優(yōu)選的。
[0048] 圖3表不根據(jù)實(shí)施方式的用于混響時(shí)間延長的WFS系統(tǒng)。
[0049]根據(jù)圖3的實(shí)施方式，四個(gè)麥克風(fēng)350均勻地安裝于房間中，從天花板懸掛下一米。麥克風(fēng)信號(hào)在波場合成算法360中處理為一個(gè)虛擬源,其在相同的房間中經(jīng)由波場合成混響系統(tǒng)370作為平面波再現(xiàn)。WFS系統(tǒng)包括用于移動(dòng)四個(gè)麥克風(fēng)源的操作表面。利用該操作單元，四個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)被記錄且向外拉。結(jié)果為房間的音響擴(kuò)展。
[0050]以此方式，可產(chǎn)生任何大小的房間。通過定位虛擬墻，房間的混響時(shí)間相對于墻的位置和排布(角度)而變化。
[0051]在一種實(shí)施方式中，波場合成模塊360包括根據(jù)圖1的實(shí)施方式的用于計(jì)算波場合成信息的模塊和根據(jù)圖1的實(shí)施方式的信號(hào)處理器。
[0052]在一種實(shí)施方式中，操作單元375為根據(jù)圖1的實(shí)施方式的操作單元。
[0053]根據(jù)實(shí)施方式，圖3中的單元355表示用于過濾諧振頻率的濾波器。當(dāng)經(jīng)由揚(yáng)聲器產(chǎn)生稍候的音頻信號(hào)輸出時(shí)，在揚(yáng)聲器370的其中一個(gè)輸出的聲波再次由麥克風(fēng)350記錄并且再次被考慮。為了避免發(fā)生不希望有的諧振，濾波器355可被用于抑制這些諧振。
[0054]根據(jù)一種實(shí)施方式，濾波器365可為例如用于適配揚(yáng)聲器的常規(guī)的濾波器。
[0055]圖4不出了電聲WFS系統(tǒng)的又一種實(shí)施方式。天花板麥克風(fēng)的信號(hào)在中央處理單元中被處理且在被濾波之后在矩陣中被處理為虛擬源，該虛擬源在電平自適應(yīng)、房間(room,空間)比例調(diào)節(jié)和揚(yáng)聲器濾波之后經(jīng)由WFS陣列和均勻分布的天花板揚(yáng)聲器被再次再現(xiàn)為虛擬聲源。
[0056]在圖4中，麥克風(fēng)411、412將音頻輸入信號(hào)饋入麥克風(fēng)前置放大器416、417中。麥克風(fēng)411為靠近聲源(例如，講臺(tái))的麥克風(fēng)。麥克風(fēng)412為在房間內(nèi)的但比麥克風(fēng)411相距聲源更遠(yuǎn)的房間麥克風(fēng)。通常，使用靠近聲源的幾個(gè)房間麥克風(fēng)和/或幾個(gè)麥克風(fēng)。
[0057]麥克風(fēng)前置放大器416、417放大從麥克風(fēng)411、412接收的音頻輸入信號(hào)以獲得預(yù)放大的音頻輸入信號(hào)。麥克風(fēng)前置放大器416、417可為普通的麥克風(fēng)前置放大器。預(yù)放大的音頻輸入信號(hào)饋入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器420中，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器420將最初是模擬形式的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器420可為普通的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
[0058]模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器420將數(shù)字音頻信號(hào)饋入吸收濾波器425中。吸收濾波器425執(zhí)行濾波，吸收濾波器425用于使數(shù)字音頻信號(hào)自適應(yīng)于墻材料。在一種實(shí)施方式中，吸收濾波器425進(jìn)行濾波從而使當(dāng)再現(xiàn)強(qiáng)烈反射墻時(shí)，數(shù)字音頻信號(hào)以幾乎未經(jīng)濾波的方式通過吸收濾波器425。然而，如果再現(xiàn)強(qiáng)烈衰減墻時(shí)，在一種實(shí)施方式中，則吸收濾波器425在很大程度上對數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0059]濾波器430為用于反饋補(bǔ)償和音調(diào)控制的濾波器。如果揚(yáng)聲器再現(xiàn)信號(hào)，則該信號(hào)的聲波再次由麥克風(fēng)記錄并且這導(dǎo)致反饋。在一種實(shí)施方式中，濾波器430可被用于完全或部分地補(bǔ)償該反饋。此外，濾波器430可用于音調(diào)控制。在一種實(shí)施方式中，反饋補(bǔ)償和/或音調(diào)控制可以常規(guī)的方式來執(zhí)行。
[0060]此外，圖4中的系統(tǒng)包括中央操作單元435和用于計(jì)算波場合成信息的模塊440。在此，中央操作單元435可對應(yīng)于圖1中的操作單元。圖4中的中央操作單元可設(shè)置有GUI (圖形用戶界面)。用于計(jì)算波場合成信息的模塊440可對應(yīng)于圖1中的用于計(jì)算波場合成信息的模塊。
[0061]用于計(jì)算波場合成信息的模塊440將所計(jì)算的波場合成參數(shù)傳給模塊445。這些波場合成參數(shù)可例如為延遲值和振幅值，諸如振幅因子值。
[0062]模塊445從由模塊440傳遞的值建立延遲振幅矩陣。在一種實(shí)施方式中，延遲振幅矩陣可例如包括特定時(shí)刻的每個(gè)揚(yáng)聲器/虛擬墻對的一個(gè)延遲值和一個(gè)振幅因子。
[0063]模塊445基于從用于計(jì)算波場合成信息的模塊440獲得的波場合成參數(shù)執(zhí)行音頻縮放。如果例如已經(jīng)為揚(yáng)聲器/虛擬墻對獲得了延遲值和振幅因子值，則例如由虛擬墻輻射(例如，表面上由虛擬墻反射的)的信號(hào)延遲了所獲得的延遲值，并且從模塊440獲得的振幅因子值通過振幅因子值修改為待輸出信號(hào)的振幅，例如通過將振幅因子值與待輸出信號(hào)的振幅相乘。
[0064]下文中，濾波器450對由模塊445修改的音頻信號(hào)進(jìn)行濾波以獲得揚(yáng)聲器自適應(yīng)。在主增益模塊455中，修改音頻信號(hào)以調(diào)整總量。這可以常規(guī)方式進(jìn)行。在增益房間(room，空間)比例模塊460中，執(zhí)行房間比例與原始信號(hào)的比值調(diào)整。在一種實(shí)施方式中，例如，從房間麥克風(fēng)的音頻信號(hào)產(chǎn)生的音頻信號(hào)與從靠近講臺(tái)的麥克風(fēng)的音頻信號(hào)產(chǎn)生的音頻信號(hào)的比值是可調(diào)整的，例如通過調(diào)整相應(yīng)信號(hào)的振幅。
[0065]修改的數(shù)字音頻信號(hào)隨后被饋入數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器465中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器465將修改的數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬音頻輸出信號(hào)。模擬音頻輸出信號(hào)隨后通過功率放大器471、472來放大并且通過揚(yáng)聲器481、482輸出。在圖4的實(shí)施方式中，音頻信號(hào)通過波場合成揚(yáng)聲器481或天花板揚(yáng)聲器482輸出。很明顯，在實(shí)際系統(tǒng)中可使用多個(gè)波場合成揚(yáng)聲器和/或天花板揚(yáng)聲器。
[0066]圖5示出了設(shè)置有5個(gè)天花板麥克風(fēng)511、512、513、514、515以及在減小波場合成陣列530中的40個(gè)天花板揚(yáng)聲器和圓周水平帶狀的常規(guī)揚(yáng)聲器的普通會(huì)議室(5mX 18mX 15m)。天花板麥克風(fēng)511，512，513，514，515的信號(hào)在中央處理單元中進(jìn)行處理并且在濾波之后在矩陣中處理為虛擬源，該虛擬源在電平自適應(yīng)、房間比例調(diào)節(jié)和揚(yáng)聲器濾波之后經(jīng)由WFS陣列和均勻分布的天花板揚(yáng)聲器作為虛擬聲源521，522，523，524，525再次輸出。圖4示出了結(jié)構(gòu)。在此，麥克風(fēng)信號(hào)由分別相對的虛擬源表示以防止反饋。通過使用靈活矩陣和將任何輸入(麥克風(fēng)輸入/線路入)表示為虛擬聲源521，522，523，524，525的選擇，直接輸入麥克風(fēng)的信號(hào)結(jié)合到房間仿真中，并且由于它們的定位，它們還被用于在人工混響延長房間中的表示。然而，這些信號(hào)必須視為很難再生，這是因?yàn)樗鼈儙缀醪话ǚ块g比例?？商砑痈嗟柠溈孙L(fēng)以記錄復(fù)雜的反射分布。此外，在天花板上的虛擬聲源521，522，523，524，525的表示是可行的，當(dāng)表示真實(shí)房間時(shí)，這可視為重要品質(zhì)要求。在矩陣的輸入分支中，除了具有用于反饋抑制的窄帶濾波器的濾波器單元外，還有考慮不同房間材料的濾波器單元，以將不同的吸收和反射參數(shù)結(jié)合在待混響的房間中。如所描述的，所檢測的麥克風(fēng)信號(hào)再次被模擬成可自由定位的源并且具有現(xiàn)有的房間特性，再次由麥克風(fēng)記錄，這導(dǎo)致房間音響再生。
[0067]圖6示出了特定實(shí)施方式的基本概念。如圖6所示，示出了包括12個(gè)揚(yáng)聲器611、612,613的揚(yáng)聲器陣列。在實(shí)際實(shí)施方式中，揚(yáng)聲器的數(shù)量通常會(huì)明顯更高并且包括例如60個(gè)、100個(gè)、200個(gè)、300個(gè)或更多個(gè)揚(yáng)聲器。此外，示出了四個(gè)虛擬墻621、622、623、624。
[0068]下文中，將更詳細(xì)地考慮揚(yáng)聲器611和虛擬墻621。揚(yáng)聲器611和虛擬墻621形成揚(yáng)聲器/虛擬墻對(611,621)。一個(gè)揚(yáng)聲器和一個(gè)虛擬墻的任何其它組合也形成揚(yáng)聲器/虛擬墻對。揚(yáng)聲器與虛擬墻之間距離由箭頭d表示。此外，在圖6中，設(shè)置了多個(gè)麥克風(fēng)631，632，633。為 了簡單起見，假設(shè)麥克風(fēng)631通過記錄聲波來產(chǎn)生音頻信號(hào)，其將經(jīng)由揚(yáng)聲器611再現(xiàn)。在此，通過揚(yáng)聲器611再現(xiàn)的信號(hào)對應(yīng)于由麥克風(fēng)631記錄的聲波在虛擬墻621上的反射。這意味著由麥克風(fēng)記錄的信號(hào)僅可通過揚(yáng)聲器611利用時(shí)間延遲來再現(xiàn)，這取決于揚(yáng)聲器與虛擬墻之間距離:虛擬墻621與揚(yáng)聲器611之間的距離越大，時(shí)間延遲(即，通過其由麥克風(fēng)631記錄的信號(hào)在揚(yáng)聲器611中再現(xiàn)的延遲值)越大。圖6示出了虛擬墻621移動(dòng)至虛線629，其中，虛擬墻到揚(yáng)聲器611的距離從d增加到2d。延遲值相應(yīng)地增加。
[0069]在特定實(shí)施方式中，延遲值可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0070]延遲=(d+c)^p1
[0071]其中，d為揚(yáng)聲器/虛擬墻對的揚(yáng)聲器與虛擬墻之間的距離，c為常數(shù)值，Pl為大于O的比例常數(shù)。揚(yáng)聲器與虛擬墻之間距離越大，延遲值變得越大。
[0072]在一種實(shí)施方式中，由于虛擬墻越遠(yuǎn)離聲源，真實(shí)聲源的振幅也變得越小，因此虛擬墻與揚(yáng)聲器之間距離變得越高，所選擇的振幅因子越小，其中虛擬聲源表示表面上反射聲波的虛擬墻。振幅因子是通過其修改輸出信號(hào)的其中一個(gè)的振幅以獲得在其中一個(gè)揚(yáng)聲器輸出的修改的信號(hào)的因子。
[0073]在特定實(shí)施方式中，振幅因子可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0074]振幅因子=[l/(d+h)]*p2
[0075]其中，d為揚(yáng)聲器/虛擬墻對的揚(yáng)聲器與虛擬墻之間的距離，h為常數(shù)值，P2為大于O的比例常數(shù)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，比例常數(shù)P2被選擇為使得振幅因子總是假設(shè)大于O且小于I的值。
[0076]基本上，增加延遲值可導(dǎo)致混響時(shí)間延長。
[0077]圖7示出了又一種實(shí)施方式，其中，虛擬墻的當(dāng)前位置729被改變?yōu)槭沟锰摂M墻的當(dāng)前位置729相對于其舊位置721已經(jīng)以可旋轉(zhuǎn)的方式改變。虛擬墻的舊位置到揚(yáng)聲器711的距離由箭頭e表示，虛擬墻的新位置到揚(yáng)聲器711的距離由箭頭f表示。
[0078]雖然已經(jīng)在裝置的情況下描述了某些些方面，但是，很明顯，這些方面也表示相應(yīng)方法的描述，其中方塊或裝置對應(yīng)于方法步驟或方法步驟的特征。類似地，已經(jīng)在方法步驟的背景下描述的方面也表示相應(yīng)裝置的相應(yīng)方塊或元件或特征的描述。
[0079]發(fā)明性計(jì)算機(jī)程序或信號(hào)可存儲(chǔ)于數(shù)字存儲(chǔ)器介質(zhì)中或可在傳輸介質(zhì)(諸如無線傳輸介質(zhì)或有線傳輸介質(zhì)，諸如因特網(wǎng))上進(jìn)行傳輸。
[0080]根據(jù)特定的實(shí)施要求，本發(fā)明的實(shí)施方式可實(shí)施為硬件或軟件?？赏ㄟ^使用數(shù)字存儲(chǔ)器介質(zhì)來實(shí)施，諸如存儲(chǔ)電子可讀控制信號(hào)的光盤、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或快閃存儲(chǔ)器，其與可編程的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作(或能夠協(xié)作)從而執(zhí)行相應(yīng)的方法。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式包括具有電子可讀控制信號(hào)的非瞬時(shí)性數(shù)據(jù)載體，電子可讀控制信號(hào)能夠與可編程的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作從而執(zhí)行本文中所述的方法之一。
[0082]一般地，本發(fā)明的實(shí)施方式可被實(shí)施為具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品時(shí)，該程序代碼有效地執(zhí)行方法之一。例如，程序代碼可存儲(chǔ)于機(jī)器可讀的載體上。
[0083]其它實(shí)施方式包括存儲(chǔ)于機(jī)器可讀的載體上的用于執(zhí)行本文中所述的方法之一的計(jì)算機(jī)程序。
[0084]換言之，本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式為具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序時(shí)，該程序代碼用于執(zhí)行本文中所述的方法之一。
[0085]本發(fā)明方法的又一種實(shí)施方式為數(shù)據(jù)載體(或數(shù)字存儲(chǔ)器介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))，該數(shù)據(jù)載體包括記錄在其上的用于執(zhí)行本文中所述的方法之一的計(jì)算機(jī)程序。
[0086]因此，本發(fā)明方法的又一種實(shí)施方式為表示用于執(zhí)行本文中所述的方法之一的計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)流或一系列信號(hào)。該數(shù)據(jù)流或一系列信號(hào)可被配置為經(jīng)由數(shù)據(jù)通信連接(諸如經(jīng)由因特網(wǎng))進(jìn)行傳輸。
[0087]又一種實(shí)施方式包括被配置為或適配為執(zhí)行本文中所述的方法之一的處理器件，例如計(jì)算機(jī)或可編程的邏輯設(shè)備。
[0088]又一種實(shí)施方式包括安裝了用于執(zhí)行本文中所述的方法之一的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)。
[0089]在某些實(shí)施方式中，可編程的邏輯設(shè)備(例如，現(xiàn)場可編程門陣列)可被用于執(zhí)行本文中所述的方法的一個(gè)或所有功能。在某些實(shí)施方式中，現(xiàn)場可編程門陣列可與微處理器協(xié)作以執(zhí)行本文中所述的方法之一。一般地，優(yōu)選地通過任何硬件設(shè)備執(zhí)行方法。
[0090]上述實(shí)施方式僅呈現(xiàn)本發(fā)明的原理的說明。很明顯，本文中所述的陣列和細(xì)節(jié)的修改和變更對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，旨在本發(fā)明僅通過所附權(quán)利要求的范圍而不是通過本文中基于實(shí)施方式的描述和討論已經(jīng)呈現(xiàn)的特定細(xì)節(jié)來限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于混響時(shí)間延長的裝置，包括: 用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)； 信號(hào)處理器(120)，用于基于已經(jīng)由多個(gè)麥克風(fēng)記錄的多個(gè)音頻輸入信號(hào)并且基于所述波場合成信息來產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)音頻輸出信號(hào)；以及 操作單元(130)，用于確定一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置， 其中，所述用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)被實(shí)施為基于所述一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的所述虛擬位置來計(jì)算所述波場合成信息，并且 其中，通過所述操作單元(130)能夠調(diào)整至少一個(gè)所述虛擬墻的所述虛擬位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)被實(shí)施為計(jì)算延遲值和振幅因子值以作為波場合成信息，其中，所述延遲值表示所述音頻輸入信號(hào)的其中一個(gè)以延遲的方式在所述揚(yáng)聲器的其中一個(gè)處再現(xiàn)的延遲，并且其中，所述振幅因子表不修改所述音頻輸入信號(hào)的其中一個(gè)的振幅以獲得在所述揚(yáng)聲器的其中一個(gè)處輸出的修改的信號(hào)所采用的因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)被實(shí)施為計(jì)算特定時(shí)間的每個(gè)揚(yáng)聲器/虛擬墻對的延遲值和振幅因子，其中，揚(yáng)聲器/虛擬墻對為一個(gè)所述揚(yáng)聲器和一個(gè)所述虛擬墻所成的一對。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)被實(shí)施為基于所述揚(yáng)聲器/虛擬墻對的所述揚(yáng)聲器與所述虛擬墻的距離來計(jì)算揚(yáng)聲器/虛擬墻對的所述延遲值和所述振幅因子值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中，所述用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)被實(shí)施為:所述揚(yáng)聲器與所述虛擬墻之間的所述距離越大，則將揚(yáng)聲器/虛擬墻對的延遲值設(shè)置成越大。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述用于計(jì)算波場合成信息的模塊(110)被實(shí)施為:所述揚(yáng)聲器與所述虛擬墻之間距離越大，則將揚(yáng)聲器/虛擬墻對的振幅值設(shè)置成越小。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述操作單元(130)被實(shí)施為使得至少一個(gè)所述虛擬墻能夠從第一虛擬位置移動(dòng)到第二虛擬位置，從而所述虛擬墻能夠平行于它的第一位置而任意地移動(dòng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述操作單元(130)被實(shí)施為使得至少一個(gè)所述虛擬墻能夠從第一虛擬位置移動(dòng)到第二虛擬位置，從而所述虛擬墻能夠相對于所述第一位置以能夠旋轉(zhuǎn)的方式任意地移動(dòng)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，通過所述操作單元(130)能夠調(diào)整所有所述虛擬墻的所述虛擬位置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述操作單元(130)被實(shí)施為使得每個(gè)所述虛擬墻能夠從第一虛擬位置移動(dòng)到第二虛擬位置，從而每個(gè)虛擬墻能夠平行于它的第一位置和相對于它的第一位置以能夠旋轉(zhuǎn)的方式任意地移動(dòng)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一 項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置還包括用于過濾諧振頻率的參數(shù)濾波器。
12.—種用于混響時(shí)間延長的方法,包括:確定一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置； 接收已經(jīng)由多個(gè)麥克風(fēng)記錄的多個(gè)音頻輸入信號(hào)； 計(jì)算波場合成信息；以及 基于所述音頻輸入信號(hào)并且基于所述波場合成信息來產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)輸出信號(hào)， 其中，基于所述一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的所述虛擬位置來計(jì)算所述波場合成信息，并且 其中，能夠調(diào)整至少一個(gè)所述虛擬墻的所述虛擬位置。
13.一種計(jì)算機(jī)程序，具有用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法的程序代碼。
14.一種用于混響時(shí)間延長的電聲系統(tǒng),包括: 多個(gè)麥克風(fēng)(350 ;411，412)； 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的用于混響時(shí)間延長的裝置；以及 揚(yáng)聲器陣列，包括多個(gè)揚(yáng)聲器(370 ；481,482), 其中，所述多個(gè)麥克風(fēng)(350 ;411，412)被實(shí)施為產(chǎn)生饋入所述用于混響時(shí)間延長的裝置中的多個(gè)音頻輸入 信號(hào)，并且其中，所述揚(yáng)聲器陣列的所述多個(gè)揚(yáng)聲器(370 ;481，482)被實(shí)施為使所述音頻輸出信號(hào)通過所述用于混響時(shí)間延長的裝置饋入并且再現(xiàn)所饋入的音頻輸出信號(hào)。
15.—種利用電聲系統(tǒng)的用于混響時(shí)間延長的方法,包括: 確定一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的虛擬位置； 產(chǎn)生由多個(gè)麥克風(fēng)記錄的多個(gè)音頻輸入信號(hào)； 計(jì)算波場合成信息； 基于所述音頻輸入信號(hào)并且基于所述波場合成信息來產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器的多個(gè)音頻輸出信號(hào)；以及 利用包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列來輸出所述音頻輸出信號(hào)， 其中，基于所述一個(gè)或幾個(gè)虛擬墻的所述虛擬位置來計(jì)算所述波場合成信息，并且 其中，能夠調(diào)整至少一個(gè)所述虛擬墻的所述虛擬位置。
【文檔編號(hào)】G10K15/12GK103907151SQ201280054539
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月7日
【發(fā)明者】勒內(nèi)·羅迪加斯特 申請人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司