專利名稱：在房間中均衡揚(yáng)聲器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻和聲音再現(xiàn)設(shè)備的領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明提供了一種在 房間中均衡揚(yáng)聲器的方法和系統(tǒng)，目的在于使揚(yáng)聲器適應(yīng)于房間并且因此改善 聲音再現(xiàn)。更具體地，這種均衡是為了校正在房間中的收聽位置所感覺的頻率 特征，以便獲得具有所感覺的中間音色的聲音再現(xiàn)，該中間音色更加獨(dú)立于房 間的房間特點(diǎn)、揚(yáng)聲器位置以及收聽位置。
背景技術(shù)：
在音頻再現(xiàn)領(lǐng)域中，例如家用高保真立體聲或環(huán)繞聲系統(tǒng)，采用預(yù)均衡來 補(bǔ)償由于收聽房間或是由于揚(yáng)聲器與收聽房間之間的相互作用所引入的音色 的聲音再現(xiàn)是公知的。當(dāng)在給定的房間的給定位置聆聽揚(yáng)聲器時(shí)，已經(jīng)采用不 同方案來提供具有更中性的音色的改進(jìn)的聲音再現(xiàn)質(zhì)量。
現(xiàn)有技術(shù)的解決方案包括基于從揚(yáng)聲器至收聽位置的傳遞特征的測量和 隨后設(shè)計(jì)補(bǔ)償這種傳遞特征的濾波器的方法。除非執(zhí)行多次額外的修改，由于 房間模式的存在，這種方法在特定的低頻出現(xiàn)諸如不可控制的高增益的多種公 知的缺點(diǎn)。然而，與不施加均衡相比，這些種均衡方法導(dǎo)致在收聽位置之外的 位置，導(dǎo)致更壞的著色的聲音再現(xiàn)。甚至從收聽位置移動(dòng)很小的位置，例如幾 厘米，也可足以導(dǎo)致所感知的聲音質(zhì)量的足夠大的下降。這種單點(diǎn)均衡方法的
例子如美國專利US 4,458,362所示。
可選地，幾種現(xiàn)有技術(shù)的方法教示了取在靠近收聽位置的幾個(gè)位置測量得 至ij的傳遞特征的平均值，以便提供使更大收聽區(qū)域內(nèi)獲得滿意結(jié)果的均衡化。 然而，這種方法經(jīng)常需要大量的測量，并且當(dāng)收聽者移出收聽區(qū)域夕l、一點(diǎn)時(shí)就 只能獲得很差的結(jié)果。因此，為了使這種方法變得通用，需要由有技術(shù)的操作 者執(zhí)行大量的手動(dòng)^fe正。這種多點(diǎn)均衡方法的例子如美國專利US 6,760,451 所示。
存在的其它均衡方法基于估計(jì)來自房間中的揚(yáng)聲器的總的聲響應(yīng)，即遠(yuǎn)離
收聽位置。如在EP 0772374B1中所描述的一樣，或是通過取在房間中的多個(gè) 位置執(zhí)行的測量的平均值，或是可選地通過測量來自揚(yáng)聲器的功率輸出或例如 輻射電阻的等效聲學(xué)參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)這種方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種均衡揚(yáng)聲器的方法和系統(tǒng)，以^更補(bǔ)償揚(yáng)聲 器所在的房間的影響，從而改善在房間中的收聽位置收聽揚(yáng)聲器的收聽者感覺 的聲音再現(xiàn)質(zhì)量。該方法還提供揚(yáng)聲器的均衡，以便改善位于收聽位置之外的 收聽者的聲音再現(xiàn)質(zhì)量。該方法必需適于僅具有非技術(shù)的操作者要求的非常有 限的任務(wù)以高成功結(jié)果的概率的自動(dòng)濾波器設(shè)計(jì)。因此，該方法適用于由普通 非技術(shù)人員操作以均衡位于起居室的特定位置的高保真揚(yáng)聲器的高保真系統(tǒng)， 同時(shí)考慮到房間的獨(dú)立的聲學(xué)特性以及房間與揚(yáng)聲器之間的相互作用。
在本發(fā)明的第 一 方面中提供 一 種用于均衡位于房間中的第 一 揚(yáng)聲器的方 法，以便補(bǔ)償房間的影響，所述方法包括下列步驟
1 )測量從第一揚(yáng)聲器的電輸入到房間中的收聽位置的聲壓的收聽位置傳 遞函數(shù)，
2) 確定表示由第一揚(yáng)聲器生成的房間中的聲壓水平的空間平均值的全局 傳遞函數(shù)，
3) 確定增益上限作為頻率的函數(shù)，該增益上限是基于全局傳遞函數(shù)的倒 數(shù)的，
4) 基于收聽位置傳遞函數(shù)的倒數(shù)確定均衡濾波器，其中根據(jù)增益上限， 均衡濾波器的增益被限制在最大增益，以及
5) 根據(jù)該均衡濾波器來均衡第一揚(yáng)聲器。
在步驟l)中，應(yīng)當(dāng)懂得，收聽位置傳遞函數(shù)可由在房間中的優(yōu)選收聽位 置一次單個(gè)測量來執(zhí)行?？蛇x地，收聽位置傳遞函數(shù)可在空間上位于收聽位置 周圍的多個(gè)位置進(jìn)行測量，包括或不包括優(yōu)選的收聽位置，而是覆蓋收聽區(qū)域， 例如空間平均表示收聽區(qū)域的傳遞函數(shù)。
在下面的說明書中，"增益"和"傳遞函數(shù)，，是指以dB幅度標(biāo)度表示的 數(shù)值，或是等同的表示，并且一般地它們被認(rèn)為是頻率的函數(shù)。因此，正的增 益理解為大于1的絕對增益，而負(fù)的增益理解為小于1的絕對增益。相應(yīng)地，傳遞函數(shù)的倒數(shù)對應(yīng)于以其dB的幅度值的符號的變化，例如，如果G (fl )
=3dB，貝'J 1/G(fl) = -3dB。相應(yīng)地，傳遞函凄丈的相加或相減也理解為對 dB幅度所執(zhí)行的操作。
利用根據(jù)第一方面的方法，可對于收聽位置均衡第一揚(yáng)聲器，但是仍考慮 房間的總的特性。盡管均衡濾波器是基于對于特定收聽位置的測量的傳遞函數(shù)
益上限，由于這些特性在全局傳遞函數(shù)中是固有的，因此根據(jù)房間的總的聲學(xué) 特性可形成均衡濾波器。
使用這種方法，可使均衡濾波器適于收聽位置，仍改變?yōu)V波器的最大增益 以便符合房間的總的特性。因此，可避免設(shè)計(jì)在由收聽位置的局部特性所指示 的窄的頻率間隔具有高的最大增益的均衡濾波器。才艮據(jù)這個(gè)方法，這種高的最 大增益僅在它們對應(yīng)于房間的總趨勢的情況下才^皮允許。因此，增益上限用來 解決在特定窄的頻率范圍內(nèi)的高增益的問題，例如，由于房間模式所導(dǎo)致的收 聽位置的窄的頻率范圍內(nèi)的局部節(jié)點(diǎn)所造成。沒有高的最大增益，特別是在低 頻處，有助于節(jié)省功率放大器和揚(yáng)聲器動(dòng)態(tài)凈空間。此外，由于減小了收聽位 置的特定的局部聲學(xué)特性，這還提供與更大的收聽區(qū)域的更好的匹配?？傊?根據(jù)本方法，可提供揚(yáng)聲器的房間適配濾波，這將向收聽者提供由房間-揚(yáng)聲 器的相互作用所造成的較差的音色極大地降低的收聽體驗(yàn)，并且無需在收聽位 置之外的位置引入人為音色。
由于可以自動(dòng)的形式執(zhí)行本方法，其中指示操作者執(zhí)行關(guān)于收聽位置傳遞 函數(shù)的測量以及全局傳遞函數(shù)的確定的不同步驟，因此非技術(shù)的操作人員可執(zhí) 行第一方面的方法。通過在顯示器上的文字指令或是通過合成的語言指令可指 示操作者。這樣的指令例如可以是"將麥克風(fēng)插頭連接到麥克風(fēng)輸入以及將 麥克風(fēng)放置到你的優(yōu)選收聽位置。當(dāng)麥克風(fēng)處于收聽位置時(shí)按下"OK""。步 驟1 )和步驟2 )需要系統(tǒng)的操作者的一些參與，但是步驟3 )和步驟4 )可由 計(jì)算機(jī)算法自動(dòng)地執(zhí)行。步驟3)和步驟4)當(dāng)然也可由懂技術(shù)的操作者的或 多或少的參與來執(zhí)行，該操作者可能希望響應(yīng)例如表示測量的傳遞函數(shù)的曲線 或表示目標(biāo)濾波器函數(shù)等的曲線來操作濾波器設(shè)計(jì)。
根據(jù)增益上限如何基于全局傳遞函數(shù)以及均衡濾波器如何基于收聽位置
傳遞函數(shù)的選擇，可提供如下的均衡濾波器a)更關(guān)注特定收聽位置或b) 不特別關(guān)注的并且更一般地適于房間的特性。
盡管已經(jīng)編號1)-5),但是可以想到的是可以不同的次序來執(zhí)行這幾個(gè)步 驟，例如，步驟1)可在步驟2)和步驟3)等之后執(zhí)行。由于在與均衡濾波 器的設(shè)計(jì)的步驟l) -4)的密切關(guān)系，步驟5)不是必須執(zhí)行的，步驟5)被視 為是任選的步驟。
可以不同方式來確定步驟2)的全局傳遞函數(shù)，例如優(yōu)選地
A )基于從第一揚(yáng)聲器的聲學(xué)功率輸出的測量以及關(guān)于房間的聲音吸收特 性的數(shù)據(jù)計(jì)算全局傳遞函數(shù)，或者
B)全局傳遞函數(shù)是基于從第一揚(yáng)聲器的電輸入到散布在房間中的各個(gè)場 點(diǎn)位置的聲壓測量的至少兩個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)的平均值的。
在A)中，需要關(guān)于揚(yáng)聲器的聲學(xué)功率測量，例如使用聲音強(qiáng)度技術(shù)。此 外，需要房間的聲音吸收數(shù)據(jù)，例如基于房間中的回音時(shí)間測量或是基于房間 尺寸和關(guān)于房間中的聲音吸收材料的信息。
在B)中，直接地測量全局傳遞函數(shù)，并且如果以正確反映由第一揚(yáng)聲器 生成的房間中的平均聲壓的方式來選擇場點(diǎn)，則該全局傳遞函數(shù)因此包括關(guān)于 房間的聲學(xué)特性的所有相關(guān)信息。由于還應(yīng)該測量收聽位置傳遞函數(shù)，因此諸 如麥克風(fēng)和數(shù)據(jù)處理裝置的測量設(shè)備必須可用于現(xiàn)場執(zhí)行該方法，并且使用相 同設(shè)備可執(zhí)行用于確定全局傳遞函數(shù)的場點(diǎn)傳遞函數(shù)。優(yōu)選地，全局傳遞函數(shù) 是基于從第一揚(yáng)聲器的電輸入到房間中的各個(gè)場點(diǎn)位置的聲壓測量的至少三 個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)的平均值的。為了獲得更精確的全局傳遞函數(shù)，可基于從第一 揚(yáng)聲器的電輸入到房間中的各個(gè)場點(diǎn)位置的聲壓測量的至少六個(gè)場點(diǎn)傳遞函 數(shù)的平均值。 一般地，更多的場點(diǎn)產(chǎn)生改善的結(jié)果，然而是以更復(fù)雜的測量為 代價(jià)。然而，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)場點(diǎn)測量可提供滿意的結(jié)果。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，其中全局傳遞函數(shù)是基于從第一揚(yáng)聲器的電輸入到房 間中的場點(diǎn)位置的聲壓測量的至少一個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)與收聽位置傳遞函數(shù)一 起的平均值的。因此，還可使用始終執(zhí)行的、在收聽位置執(zhí)行的測量來提供關(guān) 于房間的總的聲學(xué)特性的信息。在這種情況下，僅需要一個(gè)額外的場點(diǎn)傳遞函 數(shù)來提供滿意的結(jié)果，這仍然會(huì)從基于全局傳遞函數(shù)的增益上限中獲益。
在另 一優(yōu)選實(shí)施例中，全局傳遞函數(shù)是基于從第一揚(yáng)聲器的電輸入到散布 在房間中的場點(diǎn)位置的各個(gè)聲壓測量的至少兩個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)與收聽位置傳 遞函數(shù)的平均值的。
優(yōu)選地，計(jì)算全局傳遞函數(shù)所涉及的傳遞函數(shù)的平均值為功率平均值，例 如簡單功率型的平均，其中要平均的所有單獨(dú)的傳遞函數(shù)均相同地加權(quán)。然而，
在收聽位置傳遞函數(shù)包括在平均中以形成全局傳遞函數(shù)的情況下優(yōu)選地可應(yīng) 用不同的加一又。
一般地，優(yōu)選地在房間中隨機(jī)地選4奪至少兩個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)。優(yōu)選地，這 包括在完全隨機(jī)的基礎(chǔ)上在房間的邊界內(nèi)選擇至少兩個(gè)位置的每一個(gè)位置。例 如，場點(diǎn)的隨機(jī)選擇可基于來自隨機(jī)數(shù)生成器的輸入，該隨機(jī)數(shù)生成器基于房 間的預(yù)先輸入的維數(shù)在三維中隨機(jī)地選擇位置。
下限作為頻率的函數(shù)，并且其中根據(jù)增益下限均衡濾波器的增益被限制在最小 增益。因此，增益上限和增益下限一起提供其中均衡濾波器的增益受到限制的
增益包絡(luò)(gain envelope )。由于增益上限和增益下限均是基于全局傳遞函數(shù)， 可對用來使所得到的均衡濾波器適于房間的總的聲學(xué)特性的均衡濾波器提供 增益限制，而不是反映在收聽位置的特定局部特性。特別地，增益下限用來確 保不允許在收聽位置傳遞函數(shù)中觀測到的頻域內(nèi)的峰值具有作為在所得到的 均衡濾波器中對應(yīng)的傾斜的完全效應(yīng)，除非在收聽位置觀測到的峰值反映房間 的總的趨勢。
增益上限優(yōu)選地被確定為全局傳遞函數(shù)的倒數(shù)加上第 一正的增益，例如 3dB的正的增益，或是可選地第一正的增益簡單地為0dB。第一正的增益可以 是頻率無關(guān)的或是頻率相關(guān)的。因此，增益下限被確定為全局傳遞函數(shù)的倒數(shù) 減去第二正的增益，例如3dB的第二正的增益。第二正的增益可以是頻率無 關(guān)的或是頻率相關(guān)的。基于全局傳遞函數(shù)以及增益的相加/相減提供不同增益
器的增益是允許的。
增益上限可被限制在第一增益間隔，例如0dB至+ 10dB的間隔，第一增 益間隔是頻率無關(guān)的或是頻率相關(guān)的。因此，增益下限可被限制在第二增益間
隔，例如-15dB至+ 10dB的間隔，第二增益區(qū)間是頻率無關(guān)的或是頻率相關(guān)的。
通過這些限制間隔，可進(jìn)一步完善其中均衡濾波器^f皮限制的包絡(luò)。例如， 與上述的第一和第二增益一起，這可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)算法的執(zhí)行，無需來自操作者的 手動(dòng)協(xié)助即可獲得滿意的均衡濾波器，還可獲得特別的房間揚(yáng)聲器配置。
根據(jù)對于測量的傳遞函數(shù)所選擇的頻率分辨率，優(yōu)選地可包括在該方法的 各個(gè)步驟期間對一個(gè)或多個(gè)傳遞函數(shù)執(zhí)行平滑程序。該方法包括對于全局傳遞
函數(shù)執(zhí)行平滑程序，例如在執(zhí)行步驟3 )之前對全局傳遞函數(shù)#1行該平滑程序。 該方法可包括對于收聽位置傳遞函數(shù)執(zhí)行平滑程序，例如在執(zhí)行步驟4)之前 對收聽位置傳遞函數(shù)執(zhí)行該平滑程序。該方法可包括基于收聽傳遞函數(shù)與全局 傳遞函數(shù)之間的差對傳遞函數(shù)執(zhí)行平滑程序。該方法可包括在基于目標(biāo)濾波器
優(yōu)選地，該方法包括在執(zhí)行步驟4)之前，全局傳遞函數(shù)的水平(level of global transfer function)相對于收聽傳遞函凄史的水平(level of listening transfer function)的對齊。因此，可自動(dòng)地補(bǔ)償在測量設(shè)備增益設(shè)定等中的不想要的 差值，該差值可能已經(jīng)在場點(diǎn)的測量與在收聽位置的測量之間變化引起的，并 且還可自動(dòng)地補(bǔ)償在收聽位置與全局傳遞函數(shù)之間的總的水平差，該水平差是 由于在收聽位置的聲壓水平(sound pressure level)通常高于房間內(nèi)的平均聲 壓水平引起的，因?yàn)閾P(yáng)聲器經(jīng)常放置于靠近收聽位置。該水平對齊(level alignment)可基于全局傳遞函數(shù)和收聽位置傳遞函數(shù)的各自的平均水平來執(zhí) 行，在預(yù)定的頻率間隔內(nèi)計(jì)算所述各自的平均水平，例如300Hz至800Hz的 頻率間隔。可通過該水平對齊發(fā)現(xiàn)的全局傳遞函數(shù)和收聽位置傳遞函數(shù)的公共 平均水平可用作在步驟3)和步驟4)中用來確定全局傳遞函數(shù)和收聽位置傳 遞函數(shù)的倒數(shù)形式的水平。
在執(zhí)行步驟3)之前濾波器可應(yīng)用于全局傳遞函數(shù)。優(yōu)選地該濾波器用來 去除朝向更低頻率的總的'房間增益，，例如低于200Hz?？蛇x地或額外地， 可設(shè)置濾波器來去除第 一揚(yáng)聲器的方向性的影響，這種影響例如是朝向更高頻 率的降低的水平(level)并且因此補(bǔ)償在許多收聽設(shè)定中利用指向收聽位置的 聲學(xué)高頻驅(qū)動(dòng)器來導(dǎo)向揚(yáng)聲器的事實(shí)，因此在高頻一般產(chǎn)生比房間中更高的水平。
在執(zhí)行步驟4)之前，濾波器可應(yīng)用于收聽位置傳遞函數(shù)。該濾波器可用
就是說，去除朝向更低頻率的總的'房間增益，和/或補(bǔ)償朝向更高頻率的非 平坦或非均勻的頻率響應(yīng)。
在執(zhí)行步驟3)之前，濾波器至少可應(yīng)用于收聽位置傳遞函數(shù)，從而去除 總的高通效應(yīng)，例如由第一揚(yáng)聲器所引起的高通效應(yīng)。類似的濾波器還可應(yīng)用 于全局傳遞函數(shù)。當(dāng)在執(zhí)行濾波器設(shè)計(jì)之前就去除了揚(yáng)聲器中的自然截止固有 特性時(shí)，可獲得均衡濾波器的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
均衡濾波器優(yōu)選地是目標(biāo)濾波器函數(shù)的最小相位近似或線性相位近似。
優(yōu)選地，通過對第 一揚(yáng)聲器施加例如隨機(jī)噪聲信號或純音信號的電測試信 號并且收集在房間中的對應(yīng)的聲學(xué)響應(yīng)來測量收聽位置傳遞函數(shù)和場點(diǎn)傳遞 函數(shù)的至少一個(gè)傳遞函婆t。
在例如一對立體聲揚(yáng)聲器的方法的實(shí)施例中，該方法包括確定位于房間中 的第二揚(yáng)聲器的第二均衡濾波器，并且根據(jù)該第二均衡濾波器均衡該第二揚(yáng)聲 器。通過同時(shí)對第一和第二揚(yáng)聲器施加電測試信號，優(yōu)選地相同的電測試信號， 并且收集在房間中的對應(yīng)的聲學(xué)響應(yīng)可執(zhí)行收聽位置傳遞函數(shù)和/或場點(diǎn)的測 量。以相似方式，場點(diǎn)傳遞函數(shù)可通過對兩個(gè)揚(yáng)聲器同時(shí)施加電測試信號來測 量。因此，來自兩個(gè)揚(yáng)聲器的聲學(xué)作用包括在單個(gè)測量中。
可選地，第一和第二揚(yáng)聲器分開地執(zhí)行收聽位置傳遞函數(shù)的測量。對于這 種情況，對于第一和第二揚(yáng)聲器分開地測量的傳遞函數(shù)可相加以形成第一和第 二揚(yáng)聲器的^^共收聽位置傳遞函數(shù)，從而利用疊加在數(shù)學(xué)上相加來自兩個(gè)揚(yáng)聲 器的聲學(xué)作用。對應(yīng)于這個(gè)替代方案，可對場點(diǎn)傳遞函數(shù)的測量執(zhí)行相似的程序。
可優(yōu)選地設(shè)計(jì)第一和第二均衡濾波器具有相同的傳遞特性，因此便于濾波 器設(shè)計(jì)的程序。
在用于環(huán)繞聲音的例如多揚(yáng)聲器收聽設(shè)定的方法的實(shí)施例中，例如5.1揚(yáng) 聲器設(shè)定，該方法可包括對位于房間中的多個(gè)揚(yáng)聲器確定多個(gè)均衡濾波器，并 且根據(jù)多個(gè)均衡濾波器來分別均衡多個(gè)揚(yáng)聲器。收聽位置傳遞函數(shù)的測量可通
過同時(shí)對多個(gè)揚(yáng)聲器施加電測試信號，優(yōu)選地相同的電測試信號，并且收集在 房間中的對應(yīng)的聲學(xué)響應(yīng)來執(zhí)行。可選地，對多個(gè)揚(yáng)聲器的至少兩個(gè)揚(yáng)聲器分 開地執(zhí)行收聽位置傳遞函數(shù)的測量，例如對多個(gè)揚(yáng)聲器的所有揚(yáng)聲器分開地執(zhí) 行。正如可以理解的，類似的測量方法可用于場點(diǎn)傳遞函數(shù)測量。
收聽位置傳遞函數(shù)可選地通過同時(shí)對多個(gè)揚(yáng)聲器的第 一子集施加電測試 信號的組合來執(zhí)行，而對多個(gè)揚(yáng)聲器的第二子集執(zhí)行分開測量。還可使用場點(diǎn) 測量的對應(yīng)的替代方案。
更可選地，收聽位置傳遞函數(shù)可通過同時(shí)對多個(gè)揚(yáng)聲器的第一子集施加電 測試信號來執(zhí)行，并且對多個(gè)揚(yáng)聲器的第二子集分開地施加電測試信號。還可 使用場點(diǎn)測量的對應(yīng)的替代方案。
對于所有的所述實(shí)施例，所有測量的傳遞函數(shù)優(yōu)選地具有等效于1/12-八 音度或是更佳的頻率的分辨率。該方法優(yōu)選地應(yīng)用在整個(gè)音頻范圍內(nèi)，但是它
可以僅應(yīng)用在起有限的部分，例如20-5,000Hz或20-l，000Hz的范圍，設(shè)計(jì)均 衡濾波器在音頻范圍的其余部分內(nèi)具有平坦的幅度-頻率特性。
在第二方面，本發(fā)明提供適于執(zhí)行第 一方面的方法的計(jì)算機(jī)可讀程序代 碼。該程序但碼可以出現(xiàn)在數(shù)據(jù)載體，例如存儲卡、^磁盤、硬盤、只讀存儲器、 隨機(jī)存取存儲器等。該程序代碼可適于在例如個(gè)人計(jì)算機(jī)的通用設(shè)備上執(zhí)行或 是例如測量設(shè)備或音頻設(shè)備的專用設(shè)備。
在第一方面的方法中所述的相同優(yōu)點(diǎn)也適于第二方面的程序代碼。 在第三方面，本發(fā)明提供了適于執(zhí)行根據(jù)第一方面的方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括
測量系統(tǒng)，適于執(zhí)行第一方面的步驟l)至步驟4),以及 濾波器裝置，適于執(zhí)行第一方面的步驟5)。 在第一方面的方法中所述的相同優(yōu)點(diǎn)也適于第三方面的系統(tǒng)。 在實(shí)施例中，該測量系統(tǒng)和該濾波器裝置作為適于通過接口互連的分開的 單元來實(shí)現(xiàn)。
在可替代的實(shí)施例中，該測量系統(tǒng)和該濾波器裝置集成為一個(gè)單元。這個(gè) 單元可作為適于插入音頻放大器或另一音頻設(shè)備的電路板來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)單元另 外可以是單獨(dú)設(shè)備，例如適于連接到傳統(tǒng)的高保真系統(tǒng)的設(shè)備。該測量系統(tǒng)可作為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，例如個(gè)人計(jì)算機(jī)，根據(jù)均衡濾波器具有適 于下載濾波器系數(shù)到該濾波器裝置的接口 。
在第四方面，本發(fā)明提供了一種音頻設(shè)備，包括根據(jù)第三方面的測量系統(tǒng) 和濾波器裝置的至少一個(gè)。該音頻設(shè)備可包括測量系統(tǒng)和濾波器裝置兩者。該 音頻設(shè)備例如可是放大器、環(huán)繞聲音接收器等。
在第 一方面的方法中所述的相同優(yōu)點(diǎn)也適于第四方面的系統(tǒng)。
附圖簡要說明
在下面，將參考所附的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中，

圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的房間均衡系統(tǒng)的基本部件，
圖2表示在房間中測量的9個(gè)測量的傳遞函數(shù)的例子的曲線圖(細(xì)線)。 在上部的曲線圖中以粗線表示作為9個(gè)測量的傳遞函數(shù)的功率平均值的全局 傳遞函數(shù)G,而在下部的曲線圖中以粗線表示收聽位置傳遞函數(shù)L,用于比較，
圖3的上部表示全局傳遞函數(shù)G (粗線)，以水平線表示在頻率間隔300 至800Hz之間的全局傳遞函數(shù)G的平均水平，而斜線表示朝向G的更高頻率 的總的下降水平，和下部表示G'的補(bǔ)償形式(粗曲線)，
圖4分別表示補(bǔ)償?shù)娜謧鬟f函數(shù)的倒數(shù)形式1/ G'和補(bǔ)償?shù)氖章犖恢?傳遞函數(shù)的倒數(shù)形式1/L',其中L和G已經(jīng)彼此水平對齊(level alignment),
圖5的上部表示基于1/ G'的增益上限UGL和增益下限LGL的例子，而 下部描繪作為收聽位置傳遞函數(shù)的倒數(shù)1/L'的增益受限形式的目標(biāo)濾波函數(shù) T,
圖6表示與圖5相同的內(nèi)容，但是增益上限UGL和增益下限LGL的另一 個(gè)例子，因此得到不同的目標(biāo)濾波函數(shù)T (下部的曲線圖)，
圖7描繪對于圖5的例子的目標(biāo)濾波函數(shù)T和形成作為均衡濾波器F實(shí) 施的傳遞函數(shù)的目標(biāo)濾波函數(shù)T的平滑形式，以及
圖8描繪由于朝向更低頻率的總的'房間-增益，得到的優(yōu)選低頻提升的例子。
盡管本發(fā)明可以接受各種變化和替代的形式，特定的實(shí)施例已通過附圖中 的例子表示了并且將在這里詳細(xì)地描述。然而，應(yīng)該懂得，本發(fā)明并不局限于 所公開的特定形式。相反，本發(fā)明包括落入由所附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)
明的精神和范圍內(nèi)的全部變化、等效以及替代。 優(yōu)選實(shí)施例的敘述
圖1用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的基本部件。揚(yáng)聲器L1位于例如具有
收聽位置LP的起居室的房間中。揚(yáng)聲器Ll可以是通常的高保真立體聲裝置 的一部分，例如連接至揚(yáng)聲器L1的功率放大器和CD播放器所示的。如圖所 示，根據(jù)本發(fā)明，均衡濾波器F，即預(yù)濾波器插入在信號源(CD播放器)與 功率放大器之間，主要目的在于至少部分地補(bǔ)償由于房間的影響在收聽位置 LP的聲音再現(xiàn)，或是來自揚(yáng)聲器L1與房間之間的聲學(xué)相互作用的影響。
如圖所示，對房間均衡系統(tǒng)的輸入包括a)在從揚(yáng)聲器Ll的電氣輸入到 收聽位置的聲壓的收聽位置傳遞函數(shù)L中的測量的傳遞，以及b)代表由揚(yáng)聲 器L1生成的房間中的聲壓水平的空間平均的全局傳遞函數(shù)G。在所述實(shí)施例 中，全局傳遞函數(shù)G是基于三個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)G1、 G2、 G3的平均值，優(yōu)選 地基于上述三個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)的功率平均值，三個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)G1、 G2、 G3 是從揚(yáng)聲器L1的電氣輸入到散布在房間中的各個(gè)場點(diǎn)位置PF1、 PF2、 PF3的 聲壓測量的，即場點(diǎn)不僅圍繞LP散布而是覆蓋整個(gè)房間。因此，全局傳遞函 數(shù)G用來反映總的聲學(xué)趨勢或房間的特性，而收聽位置傳遞函數(shù)L包括收聽 位置LP的準(zhǔn)確的聲學(xué)特性。
為了在收聽位置LP提供完全的補(bǔ)償，均衡濾波器F應(yīng)該基于等于1/L的 目標(biāo)濾波器函數(shù)來設(shè)計(jì)。然而，實(shí)際上收聽揚(yáng)聲器L1的一個(gè)人或多個(gè)人不會(huì) 處于一個(gè)點(diǎn)。此外，選擇1/L作為目標(biāo)濾波器函數(shù)通常會(huì)由于房間模式而導(dǎo)致 在低頻處的窄頻帶的無限增益。這些問題由本發(fā)明通過引入增益上限UGL作 為頻率的函數(shù)，以及可選地引入增益下限LGL作為頻率的函數(shù)來改變目標(biāo)1/L 來解決，這些增益限制是基于1/G的。之后，均衡濾波器F基于1/L進(jìn)行設(shè)計(jì)， 但是F的增益局根據(jù)UGL限制為最大增益，并且任選地具有進(jìn)一步限制F 根據(jù)LGL限制為最小增益。
因此，獲得均衡濾波器F,用于補(bǔ)償收聽位置的具體特性但是限制房間的 整體特性的補(bǔ)償。得到的均衡濾波器F也允許處于收聽位置之外但是靠近該收 聽位置LP可感覺的好的效果，并且濾波器F還提供在遠(yuǎn)離收聽位置LP的位 置的有利的效果。聲電傳遞函數(shù)L、 Gl、 G2、 G3可使用麥克風(fēng)的已知的方式來測量，并且 可使用例如基于偽隨機(jī)噪聲的方法的在聲學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域中公知的測量方法， 例如最大長度序列技術(shù)或時(shí)間延遲頻譜。
在優(yōu)選的傳遞函凄t測量方法中，使用在頻率范圍為20-20，000Hz以1/12-八音度間隔的頻率的同步純音。優(yōu)選地使用Goertzel分析濾波器，并且選擇純 音頻率以使它們準(zhǔn)確地匹配分析濾波器的頻率拍子。
場點(diǎn)傳遞函數(shù)Gl 、 G2、G3優(yōu)選地在散布在房間中的隨才幾選擇的場點(diǎn)PF1 、 PF2、 PF3進(jìn)行測量，即相對于房間的長度、寬度以及高度尺寸隨機(jī)地選擇的 位置。
如果使用更多的場點(diǎn)則可以獲得更好的結(jié)果，但是通常僅需要兩個(gè)場點(diǎn)來 獲得可接受的結(jié)果，特別地，如果L也包括在與場點(diǎn)傳遞函數(shù)一起平均中來 形成G。在這個(gè)例子中，使用總共三個(gè)麥克風(fēng)位置可獲得可接受的結(jié)果。
作為測量場點(diǎn)傳遞函數(shù)Gl、 G2、 G3的替代，可以基于來自處于房間特 定位置的揚(yáng)聲器Ll的聲學(xué)功率輸出的測量與關(guān)于房間的聲音吸收特性的數(shù)據(jù) 一起來計(jì)算G，例如使用聲音強(qiáng)度測量技術(shù)。房間的聲音吸收特性可基于房間 中的聲音吸收材料的聲音吸收數(shù)據(jù)來計(jì)算，或是聲音吸收特性可基于測量的數(shù) 據(jù)，例如利用在房間中的回音時(shí)間測量。
正如已經(jīng)提及的 一樣，房間均衡系統(tǒng)的實(shí)際的實(shí)施方式可以采用幾種形 式。適用于現(xiàn)有的高保真系統(tǒng)的一種實(shí)施方式可通過兩個(gè)分開的單元來形成 測量單元和具有到測量單元的接口的濾波單元，該濾波單元適于接收來自測量 單元的濾波系數(shù)。
隨后優(yōu)選地設(shè)計(jì)測量單元來處理傳遞函數(shù)測量以及濾波器設(shè)計(jì)，并且優(yōu)選 地包括信號處理裝置來與使用者對話的方式執(zhí)行傳遞函數(shù)測量，以便指示使用 者將測量麥克風(fēng)放置在正確的位置并且確保所有的電連接都是正確的等。優(yōu)選 地，包括誤差處理算法，以便驗(yàn)證測量結(jié)果是否可以被接受或是否需要重復(fù)測 量，也就是說，確保嚴(yán)密(waterproof)的自動(dòng)程序。此外，測量單元優(yōu)選地 還包括自動(dòng)算法，以便能夠無需使用者要求的任何人工交互作用即可執(zhí)行濾波 器F的設(shè)計(jì)。測量單元可以是獨(dú)立設(shè)備或是由具有音頻處理卡的通常的個(gè)人計(jì) 算機(jī)形成的。
為了適應(yīng)通常的高保真系統(tǒng)，濾波器可以是獨(dú)立單元而包括在信號源(例 如，CD播放器)與放大器之間，或是在預(yù)放大器與功率放大器之間。該濾波 器可適于接收模擬或數(shù)字輸入音頻信號，并且該濾波器可適于數(shù)字或模擬格式
的濾波的輸出。優(yōu)選地，均衡濾波器利用FIR或IIR濾波器來實(shí)現(xiàn)。
在具有數(shù)字信號處理裝置的放大器的例子中，放大器可適于加載來自測量 系統(tǒng)的濾波系數(shù)。
圖2上部曲線圖描繪了 9個(gè)測量的場點(diǎn)傳遞函數(shù)和計(jì)算作為它們的功率平 均值的全局傳遞函數(shù)G (粗線)的幅度-頻率曲線的例子?？梢钥闯?，這9個(gè) 場點(diǎn)傳遞函數(shù)是相當(dāng)不同的并且它們包括高的單獨(dú)的峰和谷。計(jì)算的G是很 平滑的并且僅反映單獨(dú)的場點(diǎn)的總的特性。請注意，例如，相對于500-l,0OOHz, 在10-15dB的30-100Hz范圍內(nèi)有一般的升高。
圖2下部的曲線圖表示與上部的曲線圖相同的場點(diǎn)傳遞函數(shù)，但是在這里 收聽位置傳遞函數(shù)L以粗線表示。比較L與G,可以注意到的是L在略孩史低 于40Hz的窄頻帶具有更大的谷。因此，使用1/L作為濾波目標(biāo)將在40Hz附 近產(chǎn)生大增益，從而需要功率放大器和揚(yáng)聲器的相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)凈空間，并且由 于房間模式而導(dǎo)致在L中出現(xiàn)谷，在收聽位置LP不能獲得最優(yōu)的聲學(xué)響應(yīng)。
圖3描繪在計(jì)算UGL和LGL之前基于這兩者改變G的優(yōu)選的補(bǔ)償技術(shù)。 圖3上部的曲線圖表示指示在特定頻率間隔內(nèi)計(jì)算的G的平均水平的水平線 (horizontal line )，優(yōu)選地，范圍為300-800Hz,但是其它范圍可同樣適用。目 的在于確定G的總的水平并且相應(yīng)地補(bǔ)償，以i"更獲得作為水平偏移的補(bǔ)償形 式G',從而G'具有零dB的總增益。因此，可提供基于測量的計(jì)算均衡濾 波器F的自動(dòng)方法，無需相對于絕對水平校正，并且仍得到具有零dB的總增 益F，也就是說，沒有任何頻率無關(guān)的增益或總體上與F強(qiáng)度無關(guān)的衰減。
圖3上部的曲線圖還表示指示在G中朝向高頻的水平減小的總的趨勢的 斜線。由于來自揚(yáng)聲器的聲學(xué)輸出的特定方向性， 一般可以預(yù)料這種斜線，由 于例如高保真使用的通常的揚(yáng)聲器經(jīng)常被設(shè)計(jì)為具有平的軸上頻率特性，而傳 送到房間的平均聲音功率由于朝向更高頻率的非球面方向性圖案而在高頻下 降。因此，當(dāng)在dB-幅度-對數(shù)頻率曲線圖觀看時(shí)，G通常具有可以由直的斜線 近似得到的總的下降水平。根據(jù)優(yōu)選的補(bǔ)償方法，基于G計(jì)算直的斜線，并
且優(yōu)選地隨后對截止頻率上的這種傾斜效果補(bǔ)償G，該截止頻率由表示G的 總的水平的水平線與計(jì)算的直的斜線之間的交點(diǎn)來確定。
圖3下部的曲線圖描繪相對于總的水平(level)和高頻下降的G的補(bǔ)償 形式G',如上所述的?？梢钥闯?，G'具有總體上平坦的特性和一般零dB 電平。盡管還可以看出，G'在30-80Hz范圍內(nèi)具有大于10dB的增益。
圖4描繪補(bǔ)償?shù)娜謧鬟f函數(shù)的倒數(shù)形式1/G'。此外，還表示相應(yīng)地補(bǔ) 償?shù)氖章犖恢脗鬟f函數(shù)1/1/ ，其中L'是具有通過對應(yīng)于上面描述G'的方 法獲得的零dB的總增益的L的水平偏移形式。因此優(yōu)選地1/G'和1/L'均具 有零dB的總增益?；?/G',現(xiàn)在可以計(jì)算增益上限UGL和增益下限LGL。
圖5上部的曲線圖表示基于圖4所示的的UGL和LGL的例子。設(shè) 定UGL等于1/G'，但是限制在頻率無關(guān)的第一增益限制間隔gil之內(nèi)，在 這里選為間隔[O dB至+ 10dB]。 一般地，雖然還可選擇設(shè)定UGL = 1/ G' + gl, 其中g(shù)l為正的增益(以dB表示)，例如可選4奪為gl = 3dB或gl = 6dB。在優(yōu) 選實(shí)施例中，在如圖5上部的例子中還表示gl =OdB。在UGL= 1/ G' + gl 是在間隔gil之外的情況，UGL被設(shè)定等于最接近于(1/G' + gl )的增益的 gil的端點(diǎn)。因此，在圖5的例子中，在100Hz之下，1/G' (+OdB)比gil 的低gil的下端點(diǎn)，在這里UGL被設(shè)定等于gil的下端點(diǎn)，即OdB。
以相似的方式，LGL被限制在頻率無關(guān)的第二增益限制間隔gi2之內(nèi)，在 這里選為間隔[-15dB至+ 10dB]。在這個(gè)間隔內(nèi)，LGL被設(shè)定等于1/G' -3dB，或一般是LGL = 1/ G' - g2,其中g(shù)2為正的增益(以dB表示)，例如 g2^0dB或g2-3dB。因此，通過在設(shè)定LGL = 1/GV - 3dB時(shí)的所述的設(shè)定 UGL= 1/G'的策略，對所得到的均衡濾波器F的可能最大增益施加相當(dāng)嚴(yán)格 的限制，盡管仍允許具有小于1/G'所規(guī)定的最小增益。
通過選擇gl、 gil、 g2以及gi2的正確策略，可在一端是總的"房間特性" 而另一端是更關(guān)注的"收聽位置"特性之間調(diào)節(jié)所得到的均衡濾波器F。
圖5的下部表示從對1/ L'施加增益限制UGL和LGL以確定作為所述頻 率的函數(shù)的可允許的最大和最小增益而得到均衡濾波器F的目標(biāo)函數(shù)T。 1/ L '用細(xì)線表示而增益受限形式T用粗線表示。可以看出，T不會(huì)受到具有高增 益值的窄峰的影響，特別地可以看出，由于峰值出現(xiàn)在1/G',因而已經(jīng)抑制
剛好低于40Hz在1/L'中的峰值，并且因此根據(jù)所述的程序，由于峰值是取 決于收聽位置LP的局部現(xiàn)象，因此不會(huì)在這個(gè)頻率范圍內(nèi)允許高增益值。相 反地，由于還發(fā)現(xiàn)1/ G'中的峰值，因此在110-120Hz周圍的窄頻帶中允許 7dB的增益，因此這個(gè)峰值反映房間的總特性而非收聽位置LP中的局部現(xiàn)象。
圖6表示與圖5相似的上部和下部曲線圖，但是選擇UGL和LGL的可選 的策略。圖6上部的曲線圖表示1101^= 1/G' +3dB，而LGL-1/G' -3dB, 也就是說，與圖5的UGL和LGL相比較，不施加限制間隔。圖6的下部表示 在對1/17施加上部曲線圖的增益限制UGL和LGL之后的目標(biāo)濾波器函數(shù)T (粗線)。為了便于比較，1/ L'用細(xì)線表示。所得到的T與圖5中的不同， 但是它們?nèi)跃哂袔讉€(gè)共同的基本特征，例如盡管1/ L'指示了，在低于40Hz 的范圍內(nèi)沒有增益峰值。
圖7用細(xì)線表示從圖5下部的曲線圖得到的目標(biāo)濾波器函數(shù)T以及在優(yōu) 選實(shí)施例中T的平滑形式的最終的均衡濾波器函數(shù)F。平滑的一個(gè)原因是均衡 濾波器F可以由較低的濾波水平來近似并且因此以更有效地和由更經(jīng)濟(jì)的裝 置來執(zhí)行，仍不會(huì)帶來任何聽覺上的缺點(diǎn)。
由于例如正常的起居室的典型房間的特性，由于在房間中典型地朝向較低 頻率的聲學(xué)吸收量比在中間和高頻小的事實(shí)，房間中的聲音再現(xiàn)總是導(dǎo)致朝向 較低頻率的增大的聲壓水平。人耳可自然感覺朝向較低頻率的增大的聲壓水平 如正提供給收聽者實(shí)際在房間中的感覺。因此，為了保持自然聲音再現(xiàn)，優(yōu)選 地，房間均衡系統(tǒng)不會(huì)通過在低頻處提供平坦的目標(biāo)響應(yīng)來去除在低頻的水平 的平滑增大。相反，優(yōu)選地，房間均衡系統(tǒng)提供目標(biāo)響應(yīng)，其中保持在低頻的 水平的這種自然平滑增大，因此考慮可稱為自然低頻"房間增益"。
益，的保持可以通過對全局傳遞函數(shù)施加作為頻率的函數(shù)的濾波器來執(zhí)行，用 于去除低頻'房間增益，并且實(shí)現(xiàn)變化的全局傳遞函數(shù)，隨后使用這個(gè)全局傳 遞函數(shù)來形成增益上限。以相同方式，收聽位置傳遞函數(shù)可以通過施加作為頻 率的函數(shù)的濾波器來改變，用于去除低頻'房間增益，并且在基于收聽位置傳 遞函數(shù)確定均衡濾波器之前實(shí)現(xiàn)變化的收聽位置傳遞函數(shù)?？蛇x地，低頻'房 間增益，當(dāng)然可以通過估計(jì)來自測量的傳遞函數(shù)的'房間增益，并且將這個(gè)估
計(jì)的'房間增益，加到根據(jù)已經(jīng)描述的本發(fā)明的一般規(guī)則準(zhǔn)備的均衡濾波器中 來實(shí)現(xiàn)，例如在實(shí)現(xiàn)均衡濾波器函數(shù)之前以這個(gè)'房間增益，改變最終的目標(biāo) 函數(shù)。更可選地，固定的濾波器可最終應(yīng)用到實(shí)現(xiàn)均#^濾波器函數(shù)的過程中， 具有預(yù)定的濾波器函數(shù)的該固定的濾波器用來保持預(yù)定的'房間增益，，該預(yù) 定的'房間增益'不是基于在實(shí)際房間中獲得的測量結(jié)果。
圖8表示基于在典型收聽房間中測量的全局傳遞函數(shù)G的優(yōu)選目標(biāo)函數(shù)
ST的例子。正如所看到的，由于房間的特性的緣故，全局傳遞函數(shù)在不同的 頻率范圍內(nèi)展現(xiàn)出不同的總特性。在中間頻率，即200-5000Hz,全局傳遞函 數(shù)G具有總的平坦特性，因此優(yōu)選地在這個(gè)頻率范圍內(nèi)具有目標(biāo)ST，如果總 體上是平坦的例如在中間頻率處具有固定的增益，例如零dB的增益。然而， 從圖8可以看出，ST曲線實(shí)際上具有輕微的傾斜，例如在200Hz的增益為比 在5kHz高的ldB或2dB。在5kHz以上，全局傳遞函數(shù)G具有每八度6dB的 總的滾降，并且這種滾降優(yōu)選地也采用在目標(biāo)函數(shù)ST中。
最后，從圖8的全局傳遞函數(shù)G中可以看出，包括上述的總的低頻上升， 在這里為200Hz以下。響應(yīng)這種在200Hz以下的電平的總的上升，選擇目標(biāo) 函數(shù)ST通過以在大約30-50Hz具有最大增益直到6dB的小增益來保持這種總 的'房間增益'。如所看到的，不會(huì)選擇使目標(biāo)函數(shù)ST跟隨G中的大約 150-200Hz的水平跳躍，但是目標(biāo)函數(shù)ST具有開始于150-200Hz具有朝向低 頻的增大的增益的^[艮平滑的低頻上升，在最低的音頻頻率范圍達(dá)到最大的增益 水平。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在目標(biāo)函數(shù)ST中的低頻上升是基于預(yù)定的固定的 濾波器函數(shù)，因此用于向收聽者提供固定的和極佳定義的與實(shí)際收聽房間無關(guān) 的'房間增益'，因而避免均衡系統(tǒng)適于在呈現(xiàn)很高的低頻增益的房間中的極 低頻率增益。例如，這種固定的'房間增益，可以基于IEC標(biāo)準(zhǔn)收聽房間的 性能。優(yōu)選地，在揚(yáng)聲器的下限之下平滑地滾降增益以便避免對揚(yáng)聲器在低于 低頻的頻率的高增益滾降，從而節(jié)省了放大器功率并且避免低頻揚(yáng)聲器的振動(dòng) 膜的大振幅。
在優(yōu)選實(shí)施例中出現(xiàn)的均衡不是聚焦于均衡揚(yáng)聲器的不完善。然而，這種 可期望增加適度的低頻提升(boost)來補(bǔ)償小揚(yáng)聲器的相當(dāng)高的截止頻率。
由于L和G的傳遞函數(shù)測量包括關(guān)于實(shí)際揚(yáng)聲器的低頻截止頻率的信息，這 種低頻提升很容易結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，可對其進(jìn)行補(bǔ)償。
然而，如前面所」提到的，優(yōu)選地，在執(zhí)行步驟3)之前就在開始去除測量的傳 遞函數(shù)中高通效應(yīng)。則在步驟4)之后可施加對于這種高通效應(yīng)的均衡，例如 形成組合的濾波器F，不僅用于對房間與揚(yáng)聲器之間的相互作用進(jìn)行補(bǔ)償，還 對揚(yáng)聲器的總的高通效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。
可以理解的是，可以在計(jì)算L和G的倒數(shù)之前或之后分別執(zhí)行對于L和 G的所述的處理，即水平對齊、平滑等。因此，可以懂得，例如平滑可以應(yīng)用 到G或是l/G或是l/G加增益因子。
在權(quán)利要求中，僅為了清楚的原因包括附圖中的參考標(biāo)記。在附圖中示例
權(quán)利要求
1.一種均衡位于房間中的第一揚(yáng)聲器(L1)以便補(bǔ)償房間的影響的方法，所述方法包括下列步驟1)測量從第一揚(yáng)聲器(L1)的電輸入到房間中的收聽位置(LP)的聲壓的收聽位置傳遞函數(shù)(L)，2)確定表示由第一揚(yáng)聲器(L1)生成的房間中的聲壓水平的空間平均值的全局傳遞函數(shù)(G)，3)確定增益上限(UGL)作為頻率的函數(shù)，該增益上限(UGL)是基于全局傳遞函數(shù)(G)的倒數(shù)的，4)基于該收聽位置傳遞函數(shù)(L)的倒數(shù)確定均衡濾波器(F)，其中根據(jù)該增益上限(UGL)，該均衡濾波器(F)的增益限制在最大增益，以及5)根據(jù)該均衡濾波器(F)均衡第一揚(yáng)聲器(L1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該全局傳遞函數(shù)(G)是基于來自 第一揚(yáng)聲器(Ll)的聲學(xué)功率輸出的測量和關(guān)于房間的聲音吸收特性的數(shù)據(jù) 來計(jì)算的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定該全局傳遞函數(shù)(G)是基于 從第一揚(yáng)聲器(Ll)的電輸入到散布在房間中的各個(gè)場點(diǎn)位置(PFl, PF2) 的聲壓所測量的至少兩個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)(G1， G2)的平均值的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，該全局傳遞函數(shù)(G)是基于從第 一揚(yáng)聲器(Ll)的電輸入到散布在房間中的各個(gè)場點(diǎn)位置(PFl， PF2, PF3) 的聲壓所測量的至少三個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)(Gl, G2, G3)的平均值的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，該全局傳遞函數(shù)(G)是基于從第 一揚(yáng)聲器(Ll)的電輸入到散布在房間中的各個(gè)場點(diǎn)位置(PFl, PF2, PF3) 的聲壓所測量的至少六個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)(Gl， G2, G3)的平均值的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該全局傳遞函數(shù)(G)是基于從第 一揚(yáng)聲器(Ll)的電輸入到房間中的場點(diǎn)位置(PFl)的聲壓所測量的至少一 個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)(Gl)與該收聽位置傳遞函數(shù)(L)的平均值的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該全局傳遞函數(shù)(G)是基于從第一揚(yáng)聲器(Ll)的電輸入到散布在房間中的場點(diǎn)位置(PFl, PF2)的各個(gè)聲壓 所測量的至少兩個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)(Gl, G2)與該收聽位置傳遞函數(shù)(L)的平 均值的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3-7的任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，在計(jì)算該全局 傳遞函數(shù)(G)所涉及的傳遞函數(shù)的平均是功率平均。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3-8的任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中，在房間中隨機(jī) 地選擇至少兩個(gè)場點(diǎn)傳遞函數(shù)(PFl, PF2),諸如基于來自隨機(jī)數(shù)生成器的輸 入，該隨機(jī)數(shù)生成器基于房間的預(yù)輸入的維度在三維中隨機(jī)地選擇該位置。
10. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步驟 基于該全局傳遞函數(shù)(G)的倒數(shù)確定增益下限(LGL)作為頻率的函數(shù)，并且其中根據(jù)該增益下限(LGL)，均衡濾波器(F)的增益限制在最小增益。
11. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，該增益上限(UGL) 被確定為該全局傳遞函數(shù)(G)的倒數(shù)加上第一正的增益(gl),該第一正的 增益(gl )諸如為3dB。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，第一正的增益(gl)是頻率無 關(guān)的或是頻率相關(guān)的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，該增益 下限(LGL)被確定為該全局傳遞函數(shù)(G)的倒數(shù)減去第二正的增益(g2)， 該第二正的增益(g2)諸如為3dB。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，第二正的增益(g2)是頻率無 關(guān)的或是頻率相關(guān)的。
15. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，該增益上限(UGL) 限制在第一增益間隔(gil)，諸如0dB至+10dB的間隔。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，第一增益間隔(gil)是頻率無 關(guān)的或是頻率相關(guān)的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10-16中的任一項(xiàng)權(quán)利要所述的方法，其中，該增益下 限(LGL)限制在第二增益間隔(gi2)，諸如-15dB至+ 10dB的間隔。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，第二增益間隔(gi2)是頻率無 關(guān)的或是頻率相關(guān)的。
19. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步驟對隔全局傳遞函數(shù)(G)執(zhí)行平滑程序，諸如在執(zhí)行步驟3)之前對該全 局傳遞函數(shù)(G)執(zhí)行所述平滑程序。
20. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步驟 對該收聽位置傳遞函數(shù)(L)執(zhí)行平滑程序，諸如在執(zhí)行步驟4)之前對該收聽位置傳遞函數(shù)(L)執(zhí)行所述平滑程序。
21. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步驟 基于該收聽傳遞函數(shù)(L)與該全局傳遞函數(shù)(G)之間的差，對傳遞函數(shù)執(zhí)行平滑程序。
22. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括在執(zhí)行步驟4 )之前，該全局傳遞函數(shù)(G )的水平與該收聽傳遞函數(shù)(L ) 的水平的水平對齊。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述水平對齊是基于該全局傳 遞函數(shù)(G)和該收聽位置傳遞函數(shù)(L)的各自平均水平執(zhí)行的，在預(yù)定的 頻率間隔內(nèi)，諸如300Hz至800Hz的頻率間隔計(jì)算所述各自的平均水平。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，通過所述水平對齊所發(fā)現(xiàn) 的該全局傳遞函數(shù)(G)和該收聽位置傳遞函數(shù)(L)的公共平均水平被用作 在步驟3)和步驟4)中用來確定該全局傳遞函數(shù)(G)和該收聽位置傳遞函 數(shù)(L)的倒數(shù)形式的水平。
25. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在執(zhí)行步驟3)之 前濾波器應(yīng)用到該全局傳遞函數(shù)(G)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述濾波器用來去除第一揚(yáng)聲 器(Ll)的方向性的影響，這種影響諸如是朝向更高頻率的降低的水平。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其中，所述濾波器用來去除由于 低頻房間增益引起的朝向更低頻率的水平的上升。
28. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在執(zhí)行步驟4)之 前，濾波器至少應(yīng)用到該收聽位置傳遞函數(shù)(L)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述濾波器用來去除總的高通 效應(yīng)，諸如由第一揚(yáng)聲器(Ll)所引入的高通效應(yīng)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的方法，其中，所述濾波器用來去除由于 低頻房間增益引起的朝向更低頻率的水平的上升。
31. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述均衡濾波器(F) 的確定包括執(zhí)行目標(biāo)濾波器函數(shù)(T)的最小相位近似或線性相位近似。
32. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，通過對第一揚(yáng)聲器 施加諸如隨機(jī)噪聲信號或純音信號的電測試信號，并且收集在房間中的對應(yīng)的 聲學(xué)響應(yīng)來測量該收聽位置傳遞函數(shù)(L )和場點(diǎn)傳遞函數(shù)(Gl )的至少 一個(gè)。
33. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述均衡濾波器(F) 的確定包括對目標(biāo)濾波器函數(shù)(T)執(zhí)行平滑程序。
34. 根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，測量該收聽位置傳 遞函數(shù)(L)包括測量在空間上位于該收聽位置(LP)附近的一個(gè)或多個(gè)位置 的聲壓。
35. 上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步驟確定在房間中的第二揚(yáng)聲器的第二均衡濾波器，并且根據(jù)所述第二均衡濾 波器均衡所述第二揚(yáng)聲器。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，通過同時(shí)對第一揚(yáng)聲器(Ll) 和第二揚(yáng)聲器施加電測試信號，優(yōu)選地施加相同的電測試信號，并且收集在房間中的對應(yīng)的聲學(xué)響應(yīng)來執(zhí)行該收聽位置傳遞函^: (L)的測量。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，通過同時(shí)對第一揚(yáng)聲器(Ll) 和第二揚(yáng)聲器施加電測試信號，優(yōu)選地施加相同的電測試信號，并且收集在房 間中的對應(yīng)的聲學(xué)響應(yīng)來執(zhí)行在形成該全局傳遞函數(shù)(G)中涉及的測量。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，對于第一和第二揚(yáng)聲器分開地 執(zhí)行該收聽位置傳遞函數(shù)(L)的測量。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，對于第一揚(yáng)聲器(Ll)和第二 揚(yáng)聲器分開地測量的傳遞函數(shù)相加以形成對于第一揚(yáng)聲器(Ll)和第二揚(yáng)聲 器的公共收聽位置傳遞函數(shù)(L)。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35-39中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，第一均 衡濾波器(Fl)和第二均衡濾波器具有相同的傳遞特性。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35-40中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步 驟對于位于房間中的各個(gè)多個(gè)揚(yáng)聲器確定多個(gè)均衡濾波器，并且根據(jù)各個(gè)所 述多個(gè)均#5"濾波器均4軒多個(gè)揚(yáng)聲器。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過同時(shí)對多個(gè)揚(yáng)聲器施加電 測試信號，優(yōu)選地施加相同的電測試信號，并且收集在房間中的對應(yīng)的聲學(xué)響 應(yīng)來執(zhí)行收聽位置傳遞函數(shù)(L)的測量。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，對多個(gè)揚(yáng)聲器的至少兩個(gè)揚(yáng)聲 器分開地執(zhí)行收聽位置傳遞函數(shù)(L)的測量，諸如對多個(gè)揚(yáng)聲器的所有揚(yáng)聲 器分開地執(zhí)行。
44. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過對多個(gè)揚(yáng)聲器的第一子集 同時(shí)地施加電測試信號的組合來執(zhí)行收聽位置傳遞函數(shù)(L),同時(shí)對多個(gè)揚(yáng) 聲器的第二子集執(zhí)行分開的測量。
45. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過同時(shí)對多個(gè)揚(yáng)聲器的第一 子集施加電測試信號并且分開地對多個(gè)揚(yáng)聲器的第二子集施加電測試信號來 執(zhí)行該收聽位置傳遞函數(shù)(L)。
46. —種適于執(zhí)行上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法的計(jì)算機(jī)可讀程 序代碼。
47. —種適于執(zhí)行根據(jù)上面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法的系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包括測量系統(tǒng)，適于執(zhí)行步驟1)至步驟4),以及 濾波器裝置，適于執(zhí)行步驟5)。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中，作為適于通過接口互連的分開 的單元實(shí)現(xiàn)所述測量系統(tǒng)和所述濾波器裝置。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)分開的單元是獨(dú)立設(shè)備。
50. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中，所述測量系統(tǒng)和所述濾波器裝 置集成為一個(gè)單元。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)單元作為適于插入音 頻放大器的電路板來實(shí)現(xiàn)。
52. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)單元是獨(dú)立設(shè)備。
53. 根據(jù)權(quán)利要求47-50中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述測 量系統(tǒng)作為具有根據(jù)均衡濾波器(F)適于下載濾波器系數(shù)到所述濾波器裝置 的接口的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)。
54. —種音頻設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求47-53中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的 測量系統(tǒng)和濾波器裝置的至少一個(gè)。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的音頻設(shè)備，所述音頻設(shè)備包括 須'J量系統(tǒng)以及濾波器裝置兩者。
全文摘要
一種用于均衡位于房間中的一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器的方法和系統(tǒng)，例如高保真系統(tǒng)，以便對房間的影響補(bǔ)償來自揚(yáng)聲器的聲音重現(xiàn)。該方法包括測量從揚(yáng)聲器(L1)的電輸入到房間中的收聽位置(LP)的聲壓的收聽位置傳遞函數(shù)(L)。確定表示由揚(yáng)聲器(L1)生成的在房間中的聲壓水平的空間平均值的全局傳遞函數(shù)(G)。這個(gè)全局傳遞函數(shù)(G)或是可被確定為在散布在房間中的場點(diǎn)所測量的兩個(gè)或多個(gè)傳遞函數(shù)的平均值，或是可基于從揚(yáng)聲器(L1)測量的聲學(xué)功率輸出與關(guān)于房間的聲音吸收特性的數(shù)據(jù)一起進(jìn)行計(jì)算的。隨后基于全局傳遞函數(shù)(G)的倒數(shù)確定增益上限(UGL)作為頻率的函數(shù)。隨后基于收聽位置傳遞函數(shù)(L)的倒數(shù)確定均衡濾波器(F)，但是根據(jù)增益上限(UGL)其增益限制在最大增益。最后，利用均衡濾波器(F)均衡揚(yáng)聲器(L1)，該濾波器(F)利用FIR或HR濾波器的例如最小相位近似來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，作為頻率的函數(shù)的增益下限(LGL)還被確定為全局傳遞函數(shù)(G)的倒數(shù)，其中根據(jù)增益下限(LGL)，均衡濾波器(F)的增益被限制在最小增益。使用增益上限和增益下限(UGL，LGL)，對系統(tǒng)的操作者僅執(zhí)行簡單任務(wù)即可實(shí)現(xiàn)能夠自動(dòng)地設(shè)計(jì)均衡濾波器(F)的系統(tǒng)。
文檔編號H04S3/00GK101361405SQ200680050309
公開日2009年2月4日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月3日
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