本申請(qǐng)要求于2014年6月3日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No.62/007,354的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該申請(qǐng)通過引用被整體結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)一般地涉及音頻揚(yáng)聲器，以及更多涉及用于使用反射的信號(hào)渲染自適應(yīng)音頻內(nèi)容的向上發(fā)射揚(yáng)聲器和相關(guān)聯(lián)的高度濾波器電路。

背景技術(shù)：

數(shù)字影院的出現(xiàn)創(chuàng)造了影院聲音的新標(biāo)準(zhǔn)，諸如音頻的多個(gè)聲道的結(jié)合，以便允許內(nèi)容創(chuàng)建者有更大的創(chuàng)造性以及觀眾具有更包容(enveloping)和真實(shí)的聽覺體驗(yàn)。基于模型的音頻描述已被開發(fā)以擴(kuò)展超越傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器饋送和基于聲道的音頻作為用于在不同的回放配置中分配空間音頻內(nèi)容以及進(jìn)行渲染的手段。在真實(shí)三維(3D)或虛擬3D環(huán)境中的聲音的回放已經(jīng)成為被越來越多地研究和開發(fā)的領(lǐng)域。聲音的空間表示利用音頻對(duì)象，該音頻對(duì)象是帶有視在源位置(例如3D坐標(biāo))、視在源寬度和其他參數(shù)的相關(guān)參數(shù)源描述的音頻信號(hào)?；趯?duì)象的音頻可以用于許多多媒體應(yīng)用(諸如數(shù)字電影、視頻游戲、仿真器)，并且在家庭環(huán)境中尤其重要，在家庭環(huán)境中，揚(yáng)聲器的數(shù)目和它們的布置通常受到相對(duì)小的收聽環(huán)境的局限的限制或約束。

各種技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)以便在全影院環(huán)境和更小規(guī)模的家庭環(huán)境兩者中更精確地捕獲和再現(xiàn)創(chuàng)建者對(duì)音軌的藝術(shù)意圖。包括音頻對(duì)象和傳統(tǒng)的基于聲道的揚(yáng)聲器饋送以及用于音頻對(duì)象的位置元數(shù)據(jù)的下一代空間音頻(也被稱為“自適應(yīng)音頻”)格式(在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn))已經(jīng)被開發(fā)。在空間音頻解碼器中，聲道被直接發(fā)送到它們的相關(guān)聯(lián)的揚(yáng)聲器或下混到現(xiàn)存的揚(yáng)聲器組，并且音頻對(duì)象由解碼器以靈活的(flexible)方式渲染。與每個(gè)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的參數(shù)源描述(諸如3D空間中的位置軌跡)被與連接到解碼器的揚(yáng)聲器的數(shù)目和位置一起作為輸入。渲染器利用某些算法以在附接的揚(yáng)聲器組中分發(fā)與每個(gè)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的音頻。因而，所創(chuàng)作的每個(gè)對(duì)象的空間意圖通過存在于收聽環(huán)境中的、特定的揚(yáng)聲器配置被最優(yōu)化地呈現(xiàn)。

當(dāng)前的空間音頻系統(tǒng)提供了前所未有的觀眾沉浸水平和最高精度的音頻位置和運(yùn)動(dòng)。但是，因?yàn)樗鼈兺ǔａ槍?duì)于影院應(yīng)用被開發(fā)，所以它們牽涉到在大房間中的部署和對(duì)包括環(huán)繞劇院分布的多個(gè)揚(yáng)聲器的陣列的、相對(duì)昂貴的器材的使用。但是，越來越大量的先進(jìn)音頻內(nèi)容正被使得能夠用于通過流傳輸技術(shù)和先進(jìn)媒體技術(shù)(諸如藍(lán)光光盤等)在家庭環(huán)境中回放。為了空間音頻(例如Dolby Atmos)內(nèi)容的最優(yōu)回放，家庭收聽環(huán)境應(yīng)該包括可以復(fù)制打算源自三維空間中收聽者上方的音頻的揚(yáng)聲器。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，消費(fèi)者可以在天花板上在傳統(tǒng)二維環(huán)繞系統(tǒng)上方的推薦位置安裝附加的揚(yáng)聲器，并且一些家庭劇院愛好者可能歡迎這個(gè)方法。但是，對(duì)于許多消費(fèi)者，這種高度揚(yáng)聲器可能不能負(fù)擔(dān)得起或可能造成安裝困難。在這種情況下，如果僅通過在地板或墻上安裝的揚(yáng)聲器來播放頭頂(overhead)的聲音對(duì)象，那么高度信息會(huì)丟失。

因此，所需要的是如下這樣的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)，其使得落地式和書架式揚(yáng)聲器能夠復(fù)制音頻，就好像聲源源自天花板一樣。還需要的是提供完全包容三維音頻而無需昂貴的安裝或?qū)ΜF(xiàn)存的消費(fèi)者家庭劇院覆蓋區(qū)的改變的家庭音頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)。

在背景部分中討論的主題不應(yīng)該僅僅因?yàn)樗诒尘安糠种刑岬蕉患僭O(shè)為現(xiàn)有技術(shù)。類似地，在背景部分中提到的或與背景部分的主題相關(guān)的問題不應(yīng)該被假設(shè)為先前已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)識(shí)到。在背景部分的主題僅表示不同的方法，該方法本身也可以是發(fā)明。Dolby和Atmos是杜比實(shí)驗(yàn)室授權(quán)公司的注冊(cè)商標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)施例針對(duì)用于發(fā)送將從收聽環(huán)境的上表面反射的聲波的揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器包括機(jī)殼(cabinet)、在機(jī)殼內(nèi)并且被定向?yàn)檠刂旧洗怪庇跈C(jī)殼的前部表面的水平軸發(fā)射聲音的直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器、被定向?yàn)橄鄬?duì)于水平軸具有18度到22度之間的傾角的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器、和具有到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的分開的輸入連接的、被固定到機(jī)殼外側(cè)的終端板。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被嵌入機(jī)殼的頂部表面內(nèi)的凹部中，并且被配置為從收聽環(huán)境的天花板上的反射點(diǎn)反射聲音，并且來自向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的直接響應(yīng)的對(duì)應(yīng)的角度標(biāo)稱為相對(duì)于水平軸為70度。揚(yáng)聲器還包括布置在機(jī)殼的頂部表面的凹陷區(qū)域中的聲音吸收泡沫體，該聲音吸收泡沫體被布置為至少部分地圍繞向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器以減小駐波和衍射效應(yīng)并且?guī)椭交撓蛏习l(fā)射驅(qū)動(dòng)器的頻率響應(yīng)。機(jī)殼可以具有跨越內(nèi)側(cè)布置的內(nèi)架以便在向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器之間提供聲學(xué)分離。

在實(shí)施例中，終端板包括將音頻系統(tǒng)連接到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的第一組輸入終端結(jié)合連接器，和將音頻系統(tǒng)連接到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的第二組輸入終端結(jié)合連接器。第一組輸入終端結(jié)合連接器的極性等于第二組輸入終端結(jié)合連接器的極性。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器通常具有6ohm或更大的額定阻抗以及至少4.8ohm的最小阻抗。在沿著水平軸1米的距離處以及在向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的額定功率處理水平下，在100Hz和15kHz之間有不多于3dB的壓縮。

在實(shí)施例中，揚(yáng)聲器具有或被耦合到虛擬高度濾波器電路，該虛擬高度濾波器電路將頻率響應(yīng)曲線應(yīng)用到被發(fā)送到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)以創(chuàng)建目標(biāo)傳遞曲線。虛擬高度濾波器補(bǔ)償存在于直接發(fā)送通過收聽環(huán)境的聲波中的高度線索，有利于(in favor of)存在于從收聽環(huán)境的上表面反射的聲音中的高度線索。

在實(shí)施例中，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的低頻響應(yīng)特性遵循具有180Hz的目標(biāo)截止頻率和0.707的品質(zhì)因數(shù)的二階高通濾波器的低頻響應(yīng)特性。直接響應(yīng)傳遞函數(shù)在沿著水平軸1米的距離處以相對(duì)于水平軸為70度的角度使用正弦對(duì)數(shù)掃描法被測量，其中70度角響應(yīng)與直接響應(yīng)的比率在5kHz處至少為5dB，在10kHz處至少為10dB。

揚(yáng)聲器還可以具有與虛擬高度濾波器集成的分頻電路(crossover circuit)，該分頻具有被配置為將低于閾值頻率的低頻信號(hào)發(fā)送到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的低通部分，和被配置為將高于閾值頻率的高頻信號(hào)發(fā)送到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的高通部分。機(jī)殼可以由0.75英寸厚度的中密度纖維板(MDF)制成。

向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以被封閉在外殼內(nèi)，作為集成的虛擬高度揚(yáng)聲器系統(tǒng)，并且使用在2.83Vrms的正弦對(duì)數(shù)掃描在沿著水平軸1米距離處產(chǎn)生的、在由來自向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的聲音投射定義的參考軸上的、從1到5kHz的三分之一倍頻帶中的線性壓力水平的均值沿著水平軸比直接驅(qū)動(dòng)器低不多于3dB?？商娲兀瑩P(yáng)聲器可以包括封閉向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器機(jī)殼，該機(jī)殼布置在封閉直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器機(jī)殼的上表面上。

這樣的揚(yáng)聲器和電路被配置為與用于使用反射的聲音元素渲染聲音的自適應(yīng)音頻系統(tǒng)結(jié)合使用，該自適應(yīng)音頻系統(tǒng)包括用于圍繞收聽環(huán)境分布的音頻驅(qū)動(dòng)器陣列，其中驅(qū)動(dòng)器中的一些是直接驅(qū)動(dòng)器，其他的是將聲波朝著收聽環(huán)境的天花板投射以便反射到特定收聽區(qū)域的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器；用于處理音頻流和一個(gè)或多個(gè)元數(shù)據(jù)集合的渲染器，該一個(gè)或多個(gè)元數(shù)據(jù)集合與每個(gè)音頻流相關(guān)聯(lián)并且指定相應(yīng)的音頻流的在收聽環(huán)境中的回放位置，其中音頻流包括一個(gè)或多個(gè)反射音頻流和一個(gè)或多個(gè)直接音頻流；以及用于根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)元數(shù)據(jù)集合將音頻流渲染到音頻驅(qū)動(dòng)器陣列的回放系統(tǒng)，其中該一個(gè)或多個(gè)反射音頻流被發(fā)送到反射音頻驅(qū)動(dòng)器。

實(shí)施例還針對(duì)將期望的頻率傳遞函數(shù)直接合并到揚(yáng)聲器的換能器設(shè)計(jì)中的揚(yáng)聲器或揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該換能器設(shè)計(jì)被配置為從上表面反射聲音，其中期望的頻率傳遞函數(shù)在由渲染器產(chǎn)生的自適應(yīng)音頻信號(hào)中從高度聲音分量過濾直接聲音分量。

實(shí)施例還針對(duì)用于從揚(yáng)聲器生成音頻場景的方法，該方法通過接收第一和第二音頻信號(hào)；將第一音頻信號(hào)路由到揚(yáng)聲器的直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器；并且將第二音頻信號(hào)路由到揚(yáng)聲器的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器；其中第一和第二音頻信號(hào)分別是表示直接和擴(kuò)散(diffused)音頻內(nèi)容的物理離散信號(hào)。在這種方法中，擴(kuò)散音頻內(nèi)容包括具有高度線索的、基于對(duì)象的音頻，該高度線索表示聲音在包含揚(yáng)聲器的房間中從位于收聽者上方的視在源發(fā)出。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以被定向?yàn)橄鄬?duì)于由直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器定義的水平軸具有在18度到22度之間的傾角。該方法還可以包括將向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器定向?yàn)橄鄬?duì)于由前部發(fā)射驅(qū)動(dòng)器定義的水平軸具有定義的傾斜角，以便將聲音向上發(fā)射到房間的天花板上的反射點(diǎn)，使得它向下反射到房間中相對(duì)于揚(yáng)聲器有一段距離的收聽區(qū)域。

該方法還可以包括接收來自渲染音頻場景的音頻處理系統(tǒng)的、用于通過附接到揚(yáng)聲器的終端的第一組連接器路由到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的第一音頻信號(hào)，并且接收來自音頻處理系統(tǒng)的、用于通過終端的第二組連接器路由到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的第二音頻信號(hào)。在實(shí)施例中，第一組連接器的極性等于第二組連接器的極性。該方法還可以包括將虛擬高度濾波器頻率響應(yīng)曲線應(yīng)用到第二音頻信號(hào)以補(bǔ)償存在于被直接發(fā)送通過房間的聲波中的高度線索，有利于(in favor of)存在于從房間的天花板反射的聲音中的高度線索。它還可以包括將分頻函數(shù)(function)應(yīng)用到第一和第二音頻信號(hào)，該分頻函數(shù)具有被配置為發(fā)送低頻帶信號(hào)到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的低通過程和被配置為發(fā)送高頻帶信號(hào)到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的高通過程，其中定義的頻率閾值區(qū)分低頻帶和高頻帶。

實(shí)施例還針對(duì)制作和使用或部署揚(yáng)聲器、電路和換能器設(shè)計(jì)的方法，該揚(yáng)聲器、電路和換能器設(shè)計(jì)使用在音頻回放系統(tǒng)中從高度聲音分量過濾直接聲音分量的頻率傳遞函數(shù)對(duì)反射的聲音內(nèi)容的渲染和回放進(jìn)行優(yōu)化。

通過引用并入本文

在本說明書中提到的每個(gè)出版物、專利和/或?qū)＠暾?qǐng)通過引用被整體并入本文，如同每個(gè)單獨(dú)的出版物和/或?qū)＠暾?qǐng)被具體地和單獨(dú)地指示為通過引用并入一樣。

附圖說明

在下面的圖中，相同的附圖標(biāo)記用于指代相同的元件。雖然下面的圖描繪了各種示例，但是該一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)不限于在圖中描繪的示例。

圖1示出了使用反射的聲音以仿真收聽環(huán)境中的頭頂揚(yáng)聲器的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的使用。

圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的集成的虛擬高度(向上發(fā)射)驅(qū)動(dòng)器和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。

圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器與直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)傾斜角。

圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的用于向上發(fā)射和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的連接器終端。

圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的從方向聽覺模型(directional hearing model)得出的虛擬高度濾波器的幅度響應(yīng)的圖。

圖6示出了實(shí)施例中的合并成為具有向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一部分的虛擬高度濾波器。

圖7A示出了根據(jù)實(shí)施例的接收位置信息和旁路信號(hào)的高度濾波器。

圖7B是示出根據(jù)實(shí)施例的包括分頻電路的虛擬高度濾波器系統(tǒng)的圖。

圖8A是根據(jù)實(shí)施例的與虛擬高度濾波器結(jié)合使用的雙頻帶分頻濾波器的高水平電路圖。

圖8B示出了根據(jù)實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)高通濾波路徑中的虛擬高度濾波的雙頻帶分頻。

圖8C示出了根據(jù)實(shí)施例的、組合向上發(fā)射和前部發(fā)射揚(yáng)聲器分頻濾波器網(wǎng)絡(luò)的用于與不同的高頻驅(qū)動(dòng)器一起使用的分頻。

圖9示出了根據(jù)實(shí)施例的圖8的雙頻帶分頻的頻率響應(yīng)。

圖10示出了根據(jù)實(shí)施例的用于與虛擬高度濾波器一起使用的各種不同的向上發(fā)射和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器配置。

圖11是示出根據(jù)實(shí)施例的用于向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)的目標(biāo)傳遞函數(shù)1102的圖。

圖12A示出了根據(jù)實(shí)施例的用以測量向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)頻率響應(yīng)的麥克風(fēng)相對(duì)于向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)的布置。

圖12B示出了在圖12A的所指示的測量位置處的參考軸響應(yīng)和直接響應(yīng)。

圖13是根據(jù)實(shí)施例的包括房間校正和虛擬高度揚(yáng)聲器檢測能力的虛擬高度渲染系統(tǒng)的框圖。

圖14是顯示根據(jù)實(shí)施例的對(duì)于校準(zhǔn)的預(yù)加重濾波的效果的圖。

圖15是示出根據(jù)實(shí)施例的在具有向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的自適應(yīng)音頻系統(tǒng)中執(zhí)行虛擬高度濾波的方法的流程圖。

圖16A是示出根據(jù)實(shí)施例的模擬虛擬高度濾波電路的電路圖。

圖16B示出了結(jié)合期望的響應(yīng)曲線的圖16A的電路的示例頻率響應(yīng)曲線。

圖17A示出了根據(jù)實(shí)施例的用于虛擬高度濾波器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)的示例系數(shù)值。

圖17B示出了連同期望的響應(yīng)曲線一起的圖17A的濾波器的示例頻率響應(yīng)曲線。

圖18是示出根據(jù)實(shí)施例的可以與虛擬高度濾波電路一起使用的模擬分頻電路的電路圖。

圖19示出了根據(jù)實(shí)施例的在集成的機(jī)殼中集成直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和向上驅(qū)動(dòng)器的揚(yáng)聲器。

圖20是圖19中示出的揚(yáng)聲器的側(cè)視圖，其中提供了一些示例尺寸。

圖21A是根據(jù)實(shí)施例的具有至少部分地環(huán)繞向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的聲音吸收泡沫體的揚(yáng)聲器機(jī)殼的詳細(xì)例證。

圖21B僅示出了根據(jù)實(shí)施例的向上發(fā)射揚(yáng)聲器和聲音吸收泡沫體。

圖22示出了具有向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和虛擬高度濾波部件的揚(yáng)聲器在收聽環(huán)境內(nèi)的示例布置。

具體實(shí)施方式

描述了包括向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器以渲染意圖提供沉浸式音頻體驗(yàn)的自適應(yīng)音頻內(nèi)容的換能器系統(tǒng)和音頻揚(yáng)聲器的實(shí)施例。揚(yáng)聲器可以包括如下這樣的自適應(yīng)音頻系統(tǒng)或與如下這樣的自適應(yīng)音頻系統(tǒng)結(jié)合使用：該自適應(yīng)音頻系統(tǒng)具有用于使用反射的聲音渲染基于對(duì)象的音頻內(nèi)容以再現(xiàn)頭頂聲音對(duì)象和提供虛擬高度線索的虛擬高度濾波器電路。在本文中描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方面可以在在混合、渲染和回放系統(tǒng)中處理源音頻信息的音頻或視聽(AV)系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)，該音頻或視聽系統(tǒng)包括運(yùn)行軟件指令的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或處理設(shè)備。所描述的實(shí)施例中的任一個(gè)可以被單獨(dú)使用或以任何組合彼此一起使用。雖然各種實(shí)施例可能是由在本說明書中一個(gè)或多個(gè)位置中可能被討論或暗示的、現(xiàn)有技術(shù)的各種缺陷激發(fā)的，但是實(shí)施例不必然解決這些缺陷中的任何一個(gè)。換言之，不同的實(shí)施例可以解決可能在說明書中討論的不同的缺陷。一些實(shí)施例可以僅部分地解決在說明書中可能討論的一些缺陷或僅一個(gè)缺陷，而一些實(shí)施例可以不解決這些缺陷中的任何一個(gè)。

為了本說明書，下面的術(shù)語具有相關(guān)聯(lián)的意義：術(shù)語“聲道”指的是音頻信號(hào)加上其中位置被編碼為聲道標(biāo)識(shí)符(例如左前部或右頂部環(huán)繞)的元數(shù)據(jù)；“基于聲道的音頻”是被格式化以用于通過帶有相關(guān)聯(lián)的標(biāo)稱位置(例如5.1、7.1等等)的一組預(yù)定義的揚(yáng)聲器區(qū)回放的音頻；術(shù)語“對(duì)象”或“基于對(duì)象的音頻”指的是帶有參數(shù)源描述(諸如視在源位置(例如3D坐標(biāo))、視在源寬度等)的一個(gè)或多個(gè)音頻聲道；且“自適應(yīng)音頻”指的是基于聲道和/或基于對(duì)象的音頻信號(hào)加上元數(shù)據(jù)，該元數(shù)據(jù)使用音頻流加上其中位置被編碼為空間中的3D位置的元數(shù)據(jù)來基于回放環(huán)境渲染音頻信號(hào)；且“收聽環(huán)境”指的是任何開放的、部分封閉的或全封閉的區(qū)域(諸如可以用于將音頻內(nèi)容單獨(dú)回放或與視頻或其他內(nèi)容一起回放的房間)，并且可以實(shí)現(xiàn)在家庭、影院、劇院、禮堂、工作室、游戲控制臺(tái)等等中。這樣的區(qū)域在其中可以部署有一個(gè)或多個(gè)表面，諸如可以直接反射或擴(kuò)散反射聲波的墻或擋板。

實(shí)施例針對(duì)反射聲音渲染系統(tǒng)，該反射聲音渲染系統(tǒng)被配置為與可以被稱為“空間音頻系統(tǒng)”或“自適應(yīng)音頻系統(tǒng)”的聲音格式和處理系統(tǒng)協(xié)作，該系統(tǒng)基于音頻格式和渲染技術(shù)，以允許提供增強(qiáng)的觀眾沉浸感、更大的藝術(shù)控制以及系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性。整體自適應(yīng)音頻系統(tǒng)通常包括被配置為生成包含傳統(tǒng)的基于聲道的音頻元素和音頻對(duì)象編碼元素兩者的一個(gè)或多個(gè)比特流的音頻編碼、分布和解碼系統(tǒng)。與分開采用基于聲道的或基于對(duì)象的方法相比，這樣的組合方法提供了更高的編碼效率和渲染靈活性?？梢耘c本實(shí)施例結(jié)合使用的自適應(yīng)音頻系統(tǒng)的示例在市售Dolby Atmos系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

通常，音頻對(duì)象可以被視為可以被感知為從收聽環(huán)境中一個(gè)或多個(gè)特定的物理位置發(fā)出的聲音元素的組。這樣的對(duì)象可以是靜態(tài)的(固定的)或動(dòng)態(tài)的(移動(dòng)的)。音頻對(duì)象由定義給定時(shí)間點(diǎn)的聲音的位置的元數(shù)據(jù)以及其他函數(shù)控制。當(dāng)對(duì)象被回放時(shí)，它們根據(jù)位置元數(shù)據(jù)使用存在的揚(yáng)聲器被渲染，而不是必須被輸出到預(yù)定義的物理聲道。在實(shí)施例中，具有包括高度線索的空間方面的音頻對(duì)象可以被稱為“擴(kuò)散音頻(diffused audio)”。這樣的擴(kuò)散音頻可以包括諸如環(huán)境頭頂聲音(例如風(fēng)、沙沙作響的葉子等)的一般化的高度音頻，或它可以具有特定的或基于軌跡的頭頂聲音(例如鳥、閃電等)。

Dolby Atmos是合并了高度(上/下)維度(dimension)的系統(tǒng)的示例，該系統(tǒng)可以被實(shí)現(xiàn)為9.1環(huán)繞系統(tǒng)，或類似的環(huán)繞聲配置(例如11.1、13.1、19.4等)。9.1環(huán)繞系統(tǒng)可以包括在地板平面中包含的五個(gè)揚(yáng)聲器和在高度平面中的四個(gè)揚(yáng)聲器。通常，這些揚(yáng)聲器可以用于產(chǎn)生如下聲音，該聲音被設(shè)計(jì)成在收聽環(huán)境內(nèi)大致精確地從任何位置發(fā)出。在典型的商業(yè)或?qū)I(yè)實(shí)現(xiàn)中，高度平面中的揚(yáng)聲器通常作為安裝在天花板的揚(yáng)聲器或安裝在墻上觀眾上方的高處的揚(yáng)聲器(諸如在影院中經(jīng)常看到的那樣)而被提供。這些揚(yáng)聲器對(duì)于意圖通過將聲波從頭頂位置直接向下發(fā)送到觀眾而在聽眾上方被聽到的信號(hào)提供了高度線索。

向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)

在許多情況下(諸如典型家庭環(huán)境)，安裝在天花板的頭頂揚(yáng)聲器不可用或?qū)嶋H上不能安裝。在這種情況下，高度維度必須由安裝在地板或墻上低處的揚(yáng)聲器提供。在實(shí)施例中，高度維度由具有向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的揚(yáng)聲器系統(tǒng)提供，該向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器通過從天花板反射聲音來仿真高度揚(yáng)聲器。在自適應(yīng)音頻系統(tǒng)中，某些虛擬化技術(shù)由渲染器實(shí)現(xiàn)以通過這些向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器再現(xiàn)頭頂音頻內(nèi)容，因此驅(qū)動(dòng)器使用關(guān)于哪些音頻對(duì)象應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)水平面上方被渲染的特定信息來定向(direct)音頻信號(hào)。

出于描述的目的，術(shù)語“驅(qū)動(dòng)器”指的是響應(yīng)于電音頻輸入信號(hào)產(chǎn)生聲音的單個(gè)電聲換能器(或緊湊的換能器陣列)。驅(qū)動(dòng)器可被以任何合適的種類、幾何形狀和尺寸被實(shí)現(xiàn)，并且可以包括喇叭、圓錐、帶狀換能器等等。術(shù)語“揚(yáng)聲器”指的是單一封殼中的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，且術(shù)語“機(jī)殼”或“外殼”指的是封閉一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的單一封殼。因而，向上發(fā)射揚(yáng)聲器或揚(yáng)聲器系統(tǒng)包括揚(yáng)聲器機(jī)殼，該揚(yáng)聲器機(jī)殼包括至少向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)其他直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器(例如高音揚(yáng)聲器加上主要或低音揚(yáng)聲器)、和其他相關(guān)聯(lián)的電路(例如分頻、濾波器等)。直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器(或前部發(fā)射驅(qū)動(dòng)器(front firing driver))指的是沿著揚(yáng)聲器的主軸通常水平地將聲音發(fā)送出揚(yáng)聲器的前部表面的驅(qū)動(dòng)器。

圖1示出了使用反射的聲音以仿真一個(gè)或多個(gè)頭頂揚(yáng)聲器的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的使用。圖100示出了這樣的示例：在該示例中，收聽位置106位于收聽環(huán)境內(nèi)的特定地點(diǎn)處。系統(tǒng)不包括用于發(fā)送包含高度線索的音頻內(nèi)容的任何高度揚(yáng)聲器。相反，揚(yáng)聲器機(jī)殼或揚(yáng)聲器陣列包括向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器以及(一個(gè)或多個(gè))前部發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被配置(關(guān)于位置和傾角)為將它的聲波108向上發(fā)出到天花板102上的特定的點(diǎn)104，在該點(diǎn)處聲波向下反射回到收聽位置106。據(jù)假設(shè)，天花板由合適的材料和組成制成，以將聲音充分地向下反射到收聽環(huán)境內(nèi)。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)特性(例如尺寸、功率、位置等)可以基于天花板組成、房間尺寸和收聽環(huán)境的其他相關(guān)特性而被選擇。

圖1的實(shí)施例示出了一個(gè)或多個(gè)直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被封閉在第一機(jī)殼112內(nèi)，而向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被封閉在第二分開的機(jī)殼110內(nèi)的情況。用于虛擬高度揚(yáng)聲器的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器110通常被布置在直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器112的頂部上，但是其他朝向也是可能的。應(yīng)該注意，任何數(shù)目的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以組合使用，以創(chuàng)建多個(gè)仿真高度揚(yáng)聲器。可替代地，數(shù)個(gè)向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以被配置為將聲音發(fā)送到天花板上基本相同的點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)某一聲音強(qiáng)度或效果。

圖2示出了如下這樣的實(shí)施例，在該實(shí)施例中(一個(gè)或多個(gè))向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和(一個(gè)或多個(gè))直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被設(shè)置在相同的機(jī)殼中。這樣的揚(yáng)聲器配置可以被稱為“集成”向上/直接發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)。如圖2中所示，揚(yáng)聲器機(jī)殼202包括直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器206和向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器204兩者。雖然在圖1和圖2中的每個(gè)僅示出了一個(gè)向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器，但是在一些實(shí)施例中，多個(gè)向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以被合并到再現(xiàn)系統(tǒng)中。對(duì)于圖1和圖2的實(shí)施例，應(yīng)該注意，依賴于所需頻率響應(yīng)特性、以及任何其他相關(guān)約束，諸如尺寸、額定功率、部件成本等，驅(qū)動(dòng)器可以具有任何合適的形狀、尺寸和種類。

如圖1和圖2中所示，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被定位為使得它們將聲音成角度地向上投射到天花板，然后聲音可從天花板向下彈回到收聽者。傾斜角度可以依賴于收聽環(huán)境特性和系統(tǒng)需求而設(shè)置。例如，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器204可以向上傾斜為20度和60度之間，并且可以在揚(yáng)聲器封殼202中被放置直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器206上方以便最小化與從直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器206產(chǎn)生的聲波的干擾(interference)。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器204可以以固定的角度安裝，或它可以被安裝為使得傾斜角可以被手動(dòng)調(diào)節(jié)?？商娲?，伺服機(jī)構(gòu)可以被使用以允許自動(dòng)控制或電控制向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的傾斜角和投射方向。對(duì)于某些聲音(諸如環(huán)境聲音)，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以從揚(yáng)聲器封殼202的上表面垂直指向上，以創(chuàng)建可以被稱為“頂部發(fā)射”驅(qū)動(dòng)器的東西。在這種情況下，依賴于天花板的聲學(xué)特性，大的聲音分量可以向下反射回?fù)P聲器上。但是，在多數(shù)情況下，一些傾斜角通常用于幫助使聲音通過從天花板反射而投射到收聽環(huán)境中的不同的或更中心的位置。

在實(shí)施例中，頂部發(fā)射揚(yáng)聲器安裝平面以相對(duì)于水平面成18°和22°之間的角度(標(biāo)稱20°)向前傾斜。這在圖3中示出，圖3示出了在本實(shí)施例中的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器與直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)傾斜角度。如圖300所示，直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器310將聲音沿著垂直于或基本上垂直于揚(yáng)聲器機(jī)殼的前部表面301(面)的直接軸線302投射到收聽者。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器308與直接軸線偏離20°的傾斜角度。那么來自向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器308的直接響應(yīng)到收聽者的對(duì)應(yīng)的角度306將標(biāo)稱為70°。雖然示出了20°的相當(dāng)精確的角度304，但是應(yīng)該注意，可以使用任何類似的角度，諸如在18°到22°范圍內(nèi)的任何角度。在一些情況下，為了實(shí)現(xiàn)所需的反射聲音向下到達(dá)收聽者的方向性，驅(qū)動(dòng)器可以被安裝使得它們不被定向?yàn)橄鄬?duì)于水平面在18°和22°之間(20°標(biāo)稱)。如果是這樣，那么全部測量仍然相對(duì)于參考軸進(jìn)行，該參考軸相對(duì)于豎直軸成20°。其他角度的使用可以依賴于某些特性，諸如天花板高度和角度、收聽者位置、墻影響、揚(yáng)聲器功率等。

終端、連接和極性

對(duì)于在圖1中示出的實(shí)施例，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被包含在與直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器112分開的機(jī)殼110中。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器(或驅(qū)動(dòng)器組)通常均是單個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一部分。在這種情況下，分開的輸入連接被提供給直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。輸入連接可以由被設(shè)置為揚(yáng)聲器的主機(jī)殼的一部分的終端連接器板提供，并且通常被安裝在機(jī)殼的后表面上。圖4示出了在實(shí)施例中的用于向上發(fā)射和直接發(fā)射揚(yáng)聲器的連接終端。如圖4中所示，連接器終端400包括兩組接線柱或連接器以將標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器導(dǎo)線耦合到音頻系統(tǒng)的放大器或輸出級(jí)。一組終端(正和負(fù))402被標(biāo)記為“高度”用于連接到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。另一組終端404被標(biāo)記為“前部”用于連接到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于集成的揚(yáng)聲器，諸如在圖2中所示的，單個(gè)連接器組可以被提供用于向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器兩者，在這種情況下，向上發(fā)射揚(yáng)聲器終端的極性應(yīng)該與直接發(fā)射揚(yáng)聲器終端的極性匹配。對(duì)于附加模塊揚(yáng)聲器產(chǎn)品，當(dāng)正輸入電壓被跨終端施加(正到正，負(fù)到負(fù))時(shí)，正輸入電壓應(yīng)該產(chǎn)生從主驅(qū)動(dòng)器椎體的向外壓力運(yùn)動(dòng)。

關(guān)于額定阻抗，在實(shí)施例中，對(duì)于無源器件，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的額定或標(biāo)稱阻抗是6Ω或更大，并且最小阻抗將不小于4.8Ω(額定阻抗的80％)。

關(guān)于靈敏度，在實(shí)施例中，對(duì)于集成的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器(例如圖2)，使用在2.83Vrms的正弦對(duì)數(shù)掃描在向上發(fā)射揚(yáng)聲器參考軸上1米處產(chǎn)生的、在從1到5kHz的三分之一倍頻帶中的線性壓力水平(轉(zhuǎn)換成dB SPL)的均值比直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器在它的參考軸上低不多于3dB。對(duì)于附加模塊揚(yáng)聲器產(chǎn)品(例如圖1)，使用2.83Vrm的正弦對(duì)數(shù)掃描在參考軸上1米處產(chǎn)生的、在從1到5kHz的三分之一倍頻帶中的平均SPL是85dB或更大。

在一個(gè)實(shí)施例中，揚(yáng)聲器系統(tǒng)的特性為連續(xù)輸出SPL(聲音壓力水平)，使得在1米的距離處以及在向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的額定功率處理水平，在100Hz和15kHz之間壓縮不應(yīng)多于3dB。當(dāng)向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器被用在包括直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的集成揚(yáng)聲器中時(shí)，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的功率處理能力應(yīng)該可以比得上直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的功率處理能力，并且應(yīng)該被以類似的方式評(píng)估。

虛擬高度濾波器

在實(shí)施例中，自適應(yīng)音頻系統(tǒng)利用向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器來提供用于頭頂音頻對(duì)象的高度元素(element)。如圖1和圖2中所示，這通過對(duì)來自上方的反射聲音的感知部分地實(shí)現(xiàn)。但是，在實(shí)際中，聲音并不以完美定向的方式從向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器沿著反射路徑輻射。來自向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的一些聲音將沿著直接從驅(qū)動(dòng)器到收聽者的路徑行進(jìn)。這削弱了對(duì)于來自反射位置的聲音的感知。相比于期望的反射聲音的這種不期望的直接聲音的量通常是一個(gè)或多個(gè)向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的方向性圖案的函數(shù)。為了補(bǔ)償這種不期望的直接聲音，已經(jīng)示出，合并信號(hào)處理以便將可感知的高度線索引入被饋送到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的音頻信號(hào)中改善了虛擬高度信號(hào)的定位和感知的質(zhì)量。例如，方向聽覺模型已經(jīng)被開發(fā)以創(chuàng)建虛擬高度濾波器，當(dāng)該虛擬高度濾波器用于處理由向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器再現(xiàn)的音頻時(shí)，改善了再現(xiàn)的感知質(zhì)量。在實(shí)施例中，虛擬高度濾波器根據(jù)相對(duì)于收聽位置的反射揚(yáng)聲器位置(收聽者上方)和物理揚(yáng)聲器位置(與收聽者大致平齊)得出。對(duì)于物理揚(yáng)聲器位置，第一方向?yàn)V波器基于直接從揚(yáng)聲器位置行進(jìn)到收聽位置處的收聽者耳朵的聲音的模型被確定。這樣的濾波器可以從諸如HRTF(頭部相關(guān)傳遞函數(shù))測量的數(shù)據(jù)庫或參數(shù)雙耳聽覺模型、耳廓模型或使用幫助感知高度的提示的其他類似的傳遞函數(shù)模型的方向聽覺模型得出。雖然考慮到耳廓模型的模型通常有用，因?yàn)樗鼛椭x高度怎樣被感知，但是，濾波器函數(shù)不是意圖隔離耳廓效應(yīng)，而是處理從一個(gè)方向到另一個(gè)方向的聲級(jí)的比率，并且耳廓模型是可能使用的雙耳聽覺模型中的一個(gè)這樣的模型的示例，但是也可以使用其他模型。

接下來，這個(gè)濾波器的逆被確定并且用于移除對(duì)沿著直接從物理揚(yáng)聲器位置到收聽者的路徑行進(jìn)的音頻的方向性線索。接下來，對(duì)于反射揚(yáng)聲器位置，第二方向?yàn)V波器使用相同的方向聽覺模型基于直接從反射揚(yáng)聲器位置到相同收聽位置處的收聽者的耳朵行進(jìn)的聲音的模型被確定。這個(gè)濾波器被直接應(yīng)用，本質(zhì)上賦予了在聲音從收聽者上方的反射揚(yáng)聲器位置發(fā)出的情況下耳朵將接收的方向性線索。在實(shí)踐中，這些濾波器可被以允許實(shí)現(xiàn)如下這樣的單個(gè)濾波器的方式組合：該單個(gè)濾波器既至少部分地移除來自物理揚(yáng)聲器位置的方向性線索，又至少部分地插入來自反射揚(yáng)聲器位置的方向性線索。這樣的單個(gè)濾波器提供了頻率響應(yīng)曲線，該頻率響應(yīng)曲線在本文中被稱為“高度濾波器傳遞函數(shù)”、“虛擬高度濾波器響應(yīng)曲線”、“期望的頻率傳遞函數(shù)”、“高度線索響應(yīng)曲線”、或用來描述在音頻回放系統(tǒng)中從高度聲音分量過濾直接聲音分量的濾波器或?yàn)V波器響應(yīng)曲線的類似詞語。

關(guān)于濾波器模型，如果P₁表示對(duì)來自物理揚(yáng)聲器位置的聲音發(fā)送進(jìn)行建模的第一濾波器的以dB計(jì)的頻率響應(yīng)，且P₂表示對(duì)來自反射揚(yáng)聲器位置的聲音發(fā)送進(jìn)行建模的第二濾波器的以dB計(jì)的頻率響應(yīng)，那么以dB計(jì)的虛擬高度濾波器P_T的總響應(yīng)可以被表示為P_T＝α(P₂-P₁)，其中α是控制濾波器強(qiáng)度的縮放因子。當(dāng)α＝1時(shí)，濾波器被最大限度地應(yīng)用，當(dāng)α＝0時(shí)，濾波器什么都不做(0dB響應(yīng))。在實(shí)踐中，α基于反射聲音相對(duì)于直接聲音的相對(duì)平衡而被設(shè)置為在0和1之間(例如α＝0.5)。隨著直接聲音的水平與反射聲音相比增大，α也應(yīng)該增大以便更充分地將反射揚(yáng)聲器位置的方向性線索賦予到這個(gè)不期望的直接聲音路徑。但是，α不應(yīng)該大到損害已經(jīng)包含合適的方向性線索的、沿著反射路徑行進(jìn)的音頻的感知音色。在實(shí)踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，α＝0.5的值對(duì)于在向上發(fā)射配置中的標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的方向性圖案有效地起作用。通常，濾波器P₁和P₂的確切值將是物理揚(yáng)聲器位置相對(duì)于收聽者的方位角以及反射揚(yáng)聲器位置的高程(elevation)的函數(shù)。這個(gè)高程繼而是物理揚(yáng)聲器位置相對(duì)于收聽者的距離和在天花板高度和揚(yáng)聲器高度(假設(shè)收聽者的頭部位于與揚(yáng)聲器相同的高度)之間的差異的函數(shù)。

圖5描繪了基于跨越大的主體(subject)集合求平均的HRTF響應(yīng)的數(shù)據(jù)庫從方向聽覺模型得出的虛擬高度濾波器響應(yīng)P_T，其中α＝1。黑線503表示在與合理的揚(yáng)聲器距離和天花板高度對(duì)應(yīng)的一定范圍的方位角和一定范圍的仰角上計(jì)算的濾波器P_T。綜觀P_T的這些各種實(shí)例，首先注意到每個(gè)濾波器的變化的主要部分出現(xiàn)較高頻率，高于4Hz。此外，每個(gè)濾波器在大概7kHz處呈現(xiàn)峰值，并且在大概12kHz處呈現(xiàn)凹谷。峰值和凹谷的精確水平在各種響應(yīng)曲線之間變化數(shù)個(gè)dB。假設(shè)在該組響應(yīng)之間的峰值和凹谷的位置接近一致，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大多數(shù)合理的物理揚(yáng)聲器位置和房間尺寸，由粗灰線給出的單個(gè)平均濾波器響應(yīng)302可以用作通用高度線索濾波器?？紤]到這個(gè)發(fā)現(xiàn)，單個(gè)濾波器P_T可以被設(shè)計(jì)用于虛擬高度揚(yáng)聲器，并且不需要為了得到合理性能而知道精確的揚(yáng)聲器位置和房間尺寸。但是，為了提高的性能，這樣的知識(shí)可以被用于將濾波器P_T動(dòng)態(tài)地設(shè)置為與特定的揚(yáng)聲器位置和房間尺寸對(duì)應(yīng)的、圖5中的特定的黑色曲線中的一個(gè)。

將這樣的虛擬高度濾波器用于虛擬高度渲染的典型應(yīng)用是在音頻通過向上發(fā)射虛擬高度揚(yáng)聲器被播放之前，使音頻由呈現(xiàn)圖5中描繪的幅度響應(yīng)中的一個(gè)(例如平均曲線502)的濾波器預(yù)處理。濾波器可以被提供為揚(yáng)聲器單元的一部分，或它可以是被提供為渲染器、放大器或其他中間音頻處理部件的一部分的分開的部件。圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的被合并為具有向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一部分的虛擬高度濾波器。如圖6的系統(tǒng)600中所示，自適應(yīng)音頻渲染器612輸出包含分開的高度信號(hào)分量和直接信號(hào)分量的音頻信號(hào)。高度信號(hào)分量意圖通過向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器618被播放，而直接音頻信號(hào)分量意圖通過直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器617被播放。信號(hào)分量不必需在頻率內(nèi)容或音頻內(nèi)容方面不同，而是相反，基于存在于音頻對(duì)象或信號(hào)中的高度線索被區(qū)分。對(duì)于圖6的實(shí)施例，包含在渲染部件612中或以其他方式與渲染部件612相關(guān)聯(lián)的高度濾波器606通過將可感知的高度線索提供到高度信號(hào)中而對(duì)可能存在于高度信號(hào)中的、任何不期望的直接聲音分量進(jìn)行補(bǔ)償，以改善虛擬信號(hào)的定位和感知質(zhì)量。這樣的高度濾波器可以結(jié)合有圖5中示出的參考曲線。正如與在揚(yáng)聲器機(jī)殼618中的可選高度濾波器部件616一起示出的，高度濾波器部件可以被合并到揚(yáng)聲器系統(tǒng)中，而不是位于渲染部件612中。這種可替代實(shí)施例允許高度濾波器函數(shù)內(nèi)置到揚(yáng)聲器以便提供虛擬高度濾波。

在實(shí)施例中，某些位置信息被與旁路信號(hào)一起提供給高度濾波器，該旁路信號(hào)使能或禁用揚(yáng)聲器系統(tǒng)中的虛擬高度濾波器。圖7A示出了根據(jù)實(shí)施例的接收位置信息和旁路信號(hào)的高度濾波器。如圖7A中所示，位置信息被提供給虛擬高度濾波器712，該虛擬高度濾波器712連接到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器714。位置信息可以包括用于從圖5中描繪的集合中選擇合適的虛擬高度濾波器響應(yīng)的揚(yáng)聲器位置和房間尺寸。此外，這個(gè)位置數(shù)據(jù)可以用于改變向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器724的傾角，如果這樣的角度被使得能夠通過自動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)節(jié)的話。如圖3所示，對(duì)于大多數(shù)情況有效的典型角度是近似20度。但是，正如前面討論的，在理想情況下，該角度應(yīng)該被設(shè)置為使收聽位置處的反射聲音與直接聲音的比率最大化。如果向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的方向性圖案是已知的，那么可以在給定精確的揚(yáng)聲器距離和天花板高度的情況下計(jì)算最優(yōu)角度，并且如果向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器相對(duì)于直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器是可移動(dòng)的(諸如通過鉸接的機(jī)殼或伺服控制布置)，那么傾斜角可以被調(diào)節(jié)。依賴于控制電路(例如模擬、數(shù)字或機(jī)電的)的實(shí)現(xiàn)，這樣的位置信息可以通過電信令方法、機(jī)電手段或其他類似的機(jī)制被提供。

在某些場景中，關(guān)于收聽環(huán)境的附加信息可能使得需要通過手動(dòng)或自動(dòng)方式對(duì)傾角進(jìn)一步調(diào)整。這可以包括天花板吸收性非常強(qiáng)或天花板不同尋常地高的情況。在這樣的情況下，沿著反射路徑行進(jìn)的聲音量可以被削弱，并且因此可能期望將驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步向前傾斜以增大來自驅(qū)動(dòng)器的直接路徑信號(hào)的量，以增大再現(xiàn)效率。正如前面解釋的，隨著這個(gè)直接路徑分量增大，隨后就期望增大濾波器縮放參數(shù)α。同樣地，這個(gè)濾波器縮放參數(shù)α可以作為可變傾角以及與反射聲音和直接聲音的比率相關(guān)的其他變量的函數(shù)被自動(dòng)設(shè)置。對(duì)于圖7A的實(shí)施例，虛擬高度濾波器722還接收旁路信號(hào)，這樣允許在不期望虛擬高度濾波的情況下該濾波器從電路中切出。

如圖6中所示，渲染器將分開的高度和直接信號(hào)直接輸出到相應(yīng)的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。可替代地，渲染器可以輸出由離散分離或分頻電路分成高度分量和直接分量的單個(gè)音頻信號(hào)。在這種情況下，來自渲染器的音頻輸出將由分離電路分成它的構(gòu)成(constituent)高度分量和直接分量。在某些情況下，高度和直接分量不是依賴頻率的，并且外部分離電路用于將音頻分成高度和直接聲音分量，并且將這些信號(hào)路由到合適的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器，其中虛擬高度濾波將被應(yīng)用到向上發(fā)射揚(yáng)聲器信號(hào)。

但是，在大多數(shù)情況下，高度和直接分量可以是依賴頻率的，并且分離電路包括將全帶寬信號(hào)分成低分量和高分量(或帶通分量)以用于發(fā)送到合適的驅(qū)動(dòng)器的分頻電路。這經(jīng)常是最有用的情況，因?yàn)楦叨染€索通常在高頻信號(hào)中而不是在低頻信號(hào)中更普遍，并且對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，分頻電路可以與虛擬高度濾波器部件結(jié)合使用或集成到虛擬高度濾波器部件中以將高頻信號(hào)路由到(一個(gè)或多個(gè))向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器，并且將低頻信號(hào)路由到(一個(gè)或多個(gè))直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。圖7B是示出根據(jù)實(shí)施例的包括分頻電路的虛擬高度濾波器系統(tǒng)的圖。正如在系統(tǒng)750中所示，來自渲染器702的通過放大器(amp)(未示出)的輸出是全帶寬信號(hào)，并且虛擬高度揚(yáng)聲器濾波器708用于對(duì)被發(fā)出到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器712的信號(hào)賦予期望的高度濾波器傳遞函數(shù)。分頻電路706將來自渲染器702的全帶寬信號(hào)分成高頻(向上)和低頻(直接)分量，用于發(fā)送到合適的驅(qū)動(dòng)器712(向上發(fā)射)和714(直接發(fā)射)。分頻706可以與高度濾波器708集成或與高度濾波器708分開，并且這些分開的或組合的電路可以設(shè)置在信號(hào)處理鏈條中的任何位置，諸如在渲染器和揚(yáng)聲器系統(tǒng)之間(正如示出的)、作為鏈條中的放大器或預(yù)放大器的一部分、在揚(yáng)聲器系統(tǒng)本身中或作為緊密耦合到渲染器702或集成到渲染器702內(nèi)的部件。分頻功能可以先于或后于虛擬高度濾波功能被實(shí)現(xiàn)。

分頻電路通常將音頻分至兩個(gè)或三個(gè)頻帶，其中被濾波的來自不同頻帶的音頻被發(fā)出到揚(yáng)聲器中的合適的驅(qū)動(dòng)器。例如，在雙頻帶分頻中，較低頻被發(fā)出到能夠忠實(shí)地再現(xiàn)低頻的較大的驅(qū)動(dòng)器(例如低音揚(yáng)聲器/中音揚(yáng)聲器)，并且較高頻通常被發(fā)出到更能忠實(shí)地再現(xiàn)較高頻的、較小的換能器(例如高音揚(yáng)聲器)。圖8A是在實(shí)施例中的與諸如圖7A中所示的虛擬高度濾波器結(jié)合使用的雙頻帶分頻濾波器的高水平電路圖。參考圖800，輸入到分頻電路802的音頻信號(hào)被發(fā)出到高通濾波器804和低通濾波器806。分頻802被設(shè)置或編程具有特定的截止頻率，該截止頻率定義了分頻點(diǎn)。這個(gè)頻率可以是靜態(tài)的或它可以是可變的(例如在模擬實(shí)現(xiàn)中通過可變電阻電路或在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中通過可變分頻參數(shù)可變)。高通濾波器804截?cái)嗟皖l信號(hào)(低于截止頻率的信號(hào))并將高頻分量發(fā)出到高頻驅(qū)動(dòng)器807。類似地，低通濾波器806截?cái)喔哳l(高于截止頻率的頻率)并且將低頻分量發(fā)出到低頻驅(qū)動(dòng)器808。三路分頻以類似的方式運(yùn)行，除了以下之外：存在兩個(gè)分頻點(diǎn)和三個(gè)帶通濾波器以將輸入音頻信號(hào)分成三個(gè)頻帶用于發(fā)送到三個(gè)分開的驅(qū)動(dòng)器，諸如高音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器。

分頻電路802可以被實(shí)現(xiàn)為使用已知模擬部件(例如電容器、電感器、電阻器等)和已知電路設(shè)計(jì)的模擬電路?？商娲?，它可以被實(shí)現(xiàn)為使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)部件、邏輯門、可編程陣列的數(shù)字電路或其他數(shù)字電路。

圖8A的分頻電路可以用于實(shí)現(xiàn)至少一部分的虛擬高度濾波器，諸如圖7的虛擬高度濾波器702。正如圖5中看到的，大多數(shù)虛擬高度濾波發(fā)生在4kHz以上的頻率處，該頻率比許多雙路分頻的截止頻率高。圖8B示出了根據(jù)實(shí)施例的在高通濾波路徑中實(shí)現(xiàn)虛擬高度濾波的雙頻帶分頻。如圖820中所示，分頻821包括低通濾波器825和高通濾波器824。高通濾波器是包括虛擬高度濾波器元件828的電路820的一部分。這個(gè)虛擬高度濾波器在被高通濾波的信號(hào)發(fā)送到高頻驅(qū)動(dòng)器830之前將期望的高度濾波器響應(yīng)(諸如曲線302)應(yīng)用于該被高通濾波的信號(hào)。

旁路開關(guān)826可以被提供以允許系統(tǒng)或用戶在校準(zhǔn)或設(shè)置操作期間對(duì)虛擬高度濾波器電路進(jìn)行旁路，使得其他音頻信號(hào)處理可以在不與虛擬高度濾波器干擾的情況下操作。開關(guān)826可以是濾波電路駐留于該處的揚(yáng)聲器或渲染部件上設(shè)置的手動(dòng)的用戶操作的撥動(dòng)開關(guān)，或它可以是由軟件控制的電子開關(guān)，或任何其他合適種類的開關(guān)。位置信息822還可以被提供給虛擬高度濾波器828。

圖8B的實(shí)施例示出了與分頻的高通濾波級(jí)一起使用的虛擬高度濾波器。應(yīng)該注意，在可替代的實(shí)施例中，虛擬高度濾波器可以與低通濾波器一起使用，使得較低頻帶也可以被修改以便模仿如圖5中所示的響應(yīng)的較低頻率。但是，在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)存在于低頻范圍內(nèi)的最小高度線索，分頻可能是過度復(fù)雜的。

圖9示出了根據(jù)實(shí)施例的圖8B的雙頻帶分頻的頻率響應(yīng)。如圖900中所示，分頻具有截止頻率902以創(chuàng)建切斷截止頻率902以上的頻率的低通濾波器的頻率響應(yīng)曲線904，以及切斷截止頻率902以下的頻率的高通濾波器的頻率響應(yīng)曲線906。當(dāng)虛擬高度濾波器在高通濾波器級(jí)之后被應(yīng)用到音頻信號(hào)時(shí)，虛擬高度濾波器曲線908被疊加在高通濾波器曲線906上。

在圖8B中示出的分頻實(shí)現(xiàn)假設(shè)向上發(fā)射虛擬高度揚(yáng)聲器使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器被實(shí)現(xiàn)，一個(gè)用于低頻，一個(gè)用于高頻。但是，這個(gè)配置在大多數(shù)情況下可能不是理想的。向上發(fā)射揚(yáng)聲器的特定的且受控制的方向性對(duì)于有效的虛擬化經(jīng)常是至關(guān)重要的。例如，當(dāng)實(shí)現(xiàn)虛擬高度揚(yáng)聲器時(shí)，單個(gè)換能器揚(yáng)聲器通常更有效。此外，更小的單個(gè)換能器(例如具有3"的直徑)是優(yōu)選的，因?yàn)樗谳^高頻處更具方向性并且比更大的換能器更實(shí)惠。

在實(shí)施例中，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可以包括不同尺寸和/或特性的兩個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器的對(duì)或陣列。圖10示出了根據(jù)實(shí)施例的用于與虛擬高度濾波器一起使用的各種不同的向上發(fā)射和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器配置。如圖10中所示，向上發(fā)射揚(yáng)聲器可以包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器1002和1004，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器均安裝在相同的機(jī)殼1001中以便以相同的角度向上發(fā)射。依賴于應(yīng)用需要，驅(qū)動(dòng)器可以具有相同的配置或它們可以具有不同的配置(尺寸、功率、頻率響應(yīng)等)。向上發(fā)射(UF)音頻信號(hào)被發(fā)送到這個(gè)揚(yáng)聲器1001，并且內(nèi)部處理可以用于發(fā)出合適的音頻到驅(qū)動(dòng)器1002和1004中的任一個(gè)或兩者。正如在揚(yáng)聲器1010中示出的，在可替代實(shí)施例中，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)(例如1004)可以與其他的驅(qū)動(dòng)器成不同的角度。在這種情況下，向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器1004被定向?yàn)閺臋C(jī)殼1010基本上向前發(fā)射出去。應(yīng)該注意，任何合適的角度可以被選擇用于驅(qū)動(dòng)器1002和1004中的任一個(gè)或兩者，并且揚(yáng)聲器配置可以包括任何合適數(shù)目的、各種種類的(錐形、帶狀、喇叭狀等)驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)器陣列。在實(shí)施例中，向上發(fā)射揚(yáng)聲器1001和1002可以被安裝在向前或直接發(fā)射揚(yáng)聲器1020上，該向前或直接發(fā)射揚(yáng)聲器1020包括將聲音從主機(jī)殼直接發(fā)送出去的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器1020。這個(gè)揚(yáng)聲器接收與UF音頻信號(hào)分開的主音頻輸入信號(hào)。

圖8C示出了根據(jù)實(shí)施例的將向上發(fā)射和前部發(fā)射揚(yáng)聲器分頻濾波器網(wǎng)絡(luò)組合以與不同的高頻驅(qū)動(dòng)器(諸如圖10中示出的)一起使用的分頻。圖8000示出了如下這樣的實(shí)施例：分開的分頻被提供給前部揚(yáng)聲器和虛擬高度揚(yáng)聲器。直接發(fā)射揚(yáng)聲器分頻8012包括饋送低頻驅(qū)動(dòng)器8020的低通濾波器8016和饋送高頻驅(qū)動(dòng)器8018的高通濾波器8014。虛擬高度揚(yáng)聲器分頻8002包括低通濾波器8004，該低通濾波器8004通過與分頻8012中的低通濾波器8016的輸出組合也饋送低頻驅(qū)動(dòng)器8020。虛擬高度分頻8002包括合并了虛擬高度濾波器功能8008的高通濾波器8006。這個(gè)部件8007的輸出饋送高頻驅(qū)動(dòng)器8010。驅(qū)動(dòng)器8010是向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器，并且典型地是比直接發(fā)射低頻驅(qū)動(dòng)器8020小并且可能與直接發(fā)射低頻驅(qū)動(dòng)器8020具有不同組成(composition)的驅(qū)動(dòng)器。作為示例，對(duì)于面向前部的驅(qū)動(dòng)器低頻驅(qū)動(dòng)器8020的有效頻率范圍可以被設(shè)置為從40Hz到2Khz，對(duì)于面向前部的高頻驅(qū)動(dòng)器8018的有效頻率范圍可以被設(shè)置為從2Khz到20kHz，并且對(duì)于向上發(fā)射高頻驅(qū)動(dòng)器8010的有效頻率范圍可以被設(shè)置為從400Hz到20kHz。

將如圖10所示的向上和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的分頻網(wǎng)絡(luò)組合有數(shù)個(gè)益處。首先，優(yōu)選的較小的驅(qū)動(dòng)器將不能有效地再現(xiàn)較低頻，并且可能實(shí)際上在響亮的水平失真。因此，將低頻進(jìn)行濾波并重定向到直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的低頻驅(qū)動(dòng)器將允許更小的單個(gè)揚(yáng)聲器被用于虛擬高度揚(yáng)聲器并導(dǎo)致更高的保真度。此外，研究表明，對(duì)于400Hz以下的音頻信號(hào)幾乎沒有虛擬高度效應(yīng)，所以僅將較高頻發(fā)出到虛擬高度揚(yáng)聲器1010代表那個(gè)驅(qū)動(dòng)器的最優(yōu)使用。

揚(yáng)聲器傳遞函數(shù)

在實(shí)施例中，無源或有源高度線索濾波器被應(yīng)用以創(chuàng)建目標(biāo)傳遞函數(shù)以便優(yōu)化高度反射的聲音。包括高度線索濾波器的系統(tǒng)頻率響應(yīng)(通過全部被包括的部件被測量)通過使用正弦對(duì)數(shù)掃描在參考軸上1米處被測量，并且與使用六分之一倍頻帶(octave)的最大平滑的目標(biāo)曲線相比，在從180Hz到5kHz處必須具有±3dB的最大誤差。此外，相對(duì)于從1000到5000Hz的均值，應(yīng)該在7kHz處具有不小于1dB的峰值，并且在12kHz處具有不多于–2dB的最小值。在這兩個(gè)點(diǎn)之間提供單調(diào)的關(guān)系可以是有利的。對(duì)于向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器，低頻響應(yīng)特性應(yīng)該遵循具有180Hz的截止頻率和0.707的品質(zhì)因數(shù)的二階高通濾波器的低頻響應(yīng)特性。具有低于180Hz的拐角的滾降(rolloff)是可接受的。在90Hz處，響應(yīng)應(yīng)該大于–13dB。自供電系統(tǒng)應(yīng)該以使用正弦對(duì)數(shù)掃描在參考軸上1米處產(chǎn)生的從1到5kHz的86dB的三分之一倍頻帶中的平均SPL進(jìn)行測試。圖11是示出在實(shí)施例中的用于向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)的目標(biāo)傳遞函數(shù)1102的圖。

關(guān)于揚(yáng)聲器方向性，在實(shí)施例中，向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)需要在參考軸和直接響應(yīng)軸兩者上測量的、向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)頻率響應(yīng)。直接響應(yīng)傳遞函數(shù)通常使用正弦對(duì)數(shù)掃描以相對(duì)于參考軸成+70°的角度在1米處測量。高度線索濾波器被包括在兩個(gè)測量兩者中。參考軸響應(yīng)與直接響應(yīng)的比率在5kHz處應(yīng)該是至少5dB，并且在10kHz處應(yīng)該是至少10dB，并且建議這兩點(diǎn)之間為單調(diào)關(guān)系。圖12A示出了麥克風(fēng)1204相對(duì)于向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)1202的布置，以測量向上發(fā)射和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)頻率響應(yīng)；并且圖12B示出了在實(shí)施例中的在指示的測量位置1214處的參考軸響應(yīng)1212和直接響應(yīng)。以上表示在實(shí)施例中的用于向上發(fā)射揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一些示例性測試和配置數(shù)據(jù)，并且其他變型也是可能的。

使用虛擬高度揚(yáng)聲器進(jìn)行房間校正

正如上面所討論的，將虛擬高度濾波添加到虛擬高度揚(yáng)聲器添加了可感知提示到音頻信號(hào)，這樣添加或改善了到向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的高度的感知。將虛擬高度濾波技術(shù)合并到揚(yáng)聲器和/或渲染器中可能需要考慮由回放設(shè)施執(zhí)行的其他音頻信號(hào)處理。一個(gè)這樣的處理是房間校正，房間校正在市售AVR中是普遍的。房間校正技術(shù)利用放置在收聽環(huán)境中的麥克風(fēng)以測量通過帶有連接的揚(yáng)聲器的AVR回放的音頻測試信號(hào)的時(shí)間和頻率響應(yīng)。測試信號(hào)和麥克風(fēng)測量的目的是測量并補(bǔ)償數(shù)個(gè)關(guān)鍵因數(shù)，諸如房間和環(huán)境對(duì)于音頻的聲學(xué)影響，包括房間節(jié)點(diǎn)(零值(null)和峰值)、回放揚(yáng)聲器的非理想頻率響應(yīng)、在多個(gè)揚(yáng)聲器和收聽位置之間的時(shí)間延遲、以及其他類似的因數(shù)。自動(dòng)頻率均衡和/或音量補(bǔ)償(volume compensation)可以被應(yīng)用到信號(hào)以克服由房間校正系統(tǒng)檢測到的任何影響。例如，對(duì)于前兩個(gè)因數(shù)，通常使用均衡化以修改通過AVR/揚(yáng)聲器系統(tǒng)回放的音頻，以便調(diào)節(jié)音頻的頻率響應(yīng)幅度，使得房間節(jié)點(diǎn)(峰值和凹谷)和揚(yáng)聲器響應(yīng)的不精確性被校正。

如果虛擬高度揚(yáng)聲器在系統(tǒng)中(通過向上發(fā)射揚(yáng)聲器)被使用并且虛擬濾波被啟用，那么房間校正系統(tǒng)可以將虛擬高度濾波器檢測為房間節(jié)點(diǎn)或揚(yáng)聲器異常，并且嘗試將虛擬高度幅度響應(yīng)均衡為平坦的。如果虛擬高度濾波器呈現(xiàn)出顯著的高頻陷波，諸如當(dāng)傾角相對(duì)高時(shí)，那么這種嘗試的校正特別引人注目。虛擬高度揚(yáng)聲器系統(tǒng)的實(shí)施例包括防止房間校正系統(tǒng)使虛擬高度濾波失效的技術(shù)和部件。圖13是在實(shí)施例中的包括房間校正和虛擬高度揚(yáng)聲器檢測能力的虛擬高度渲染系統(tǒng)的框圖。正如在圖1300中所示，AVR或其他渲染部件1302被連接到結(jié)合有虛擬高度濾波器處理1308的一個(gè)或多個(gè)虛擬高度揚(yáng)聲器1306。這個(gè)濾波器產(chǎn)生可能對(duì)于房間校正1304或由渲染器1302執(zhí)行的其他異常補(bǔ)償技術(shù)敏感的頻率響應(yīng)。

在實(shí)施例中，房間校正補(bǔ)償部件包括部件1305，部件1305允許AVR或其他渲染部件檢測到虛擬高度揚(yáng)聲器連接到它。一個(gè)這樣的檢測技術(shù)是將一個(gè)種類的揚(yáng)聲器指定為虛擬或非虛擬高度揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器定義和房間校準(zhǔn)用戶接口的使用。現(xiàn)存的音頻系統(tǒng)經(jīng)常包括要求用戶指定每個(gè)揚(yáng)聲器位置中的揚(yáng)聲器尺寸(諸如小、中、大)的接口。在實(shí)施例中，虛擬高度揚(yáng)聲器種類被添加到這個(gè)定義組。因而，系統(tǒng)可以通過附加的數(shù)據(jù)元素(諸如小、中、大、虛擬高度等)預(yù)料虛擬高度揚(yáng)聲器的存在。在可替代的實(shí)施例中，虛擬高度揚(yáng)聲器可以包括信令硬件，該信令硬件聲明它是虛擬高度揚(yáng)聲器而不是非虛擬高度揚(yáng)聲器。在這種情況下，渲染設(shè)備(諸如AVR)可以探測揚(yáng)聲器并且尋找關(guān)于是否任何特定的揚(yáng)聲器結(jié)合了虛擬高度技術(shù)的信息。這個(gè)數(shù)據(jù)可以經(jīng)由定義的通信協(xié)議被提供，該通信協(xié)議可能是無線、直接數(shù)字連接的、或經(jīng)由使用現(xiàn)存的揚(yáng)聲器線或分開的連接的專用模擬路徑。在另外的可替代實(shí)施例中，可以通過使用測試信號(hào)和測量步驟執(zhí)行檢測，該測試信號(hào)或測量步驟被配置或修改以識(shí)別揚(yáng)聲器中虛擬高度濾波器的獨(dú)特頻率特性，并且確定虛擬高度揚(yáng)聲器經(jīng)由對(duì)被測量的測試信號(hào)的分析被連接。

一旦具有房間校正能力的渲染設(shè)備檢測到連接到系統(tǒng)的(一個(gè)或多個(gè))虛擬高度揚(yáng)聲器的存在，那么校準(zhǔn)處理1305被執(zhí)行以正確地校準(zhǔn)該系統(tǒng)而不對(duì)虛擬高度濾波功能1308產(chǎn)生不利影響。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用如下這樣的通信協(xié)議執(zhí)行校準(zhǔn)：該通信協(xié)議允許渲染設(shè)備使得虛擬高度揚(yáng)聲器1306旁路虛擬高度濾波處理1308。如果揚(yáng)聲器是活動(dòng)的并且可以旁路該濾波，那么這可以做到。旁路函數(shù)可以被實(shí)現(xiàn)為用戶可選擇開關(guān)，或它可以被實(shí)現(xiàn)為軟件指令(例如如果濾波器1308在DSP中實(shí)現(xiàn))或?qū)崿F(xiàn)為模擬信號(hào)(例如如果濾波器被實(shí)現(xiàn)為模擬電路)。

在可替代實(shí)施例中，可以使用預(yù)加重濾波執(zhí)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。在這個(gè)實(shí)施例中，房間校正算法1304對(duì)它生成并且輸出到揚(yáng)聲器以用于在校準(zhǔn)處理中使用的測試信號(hào)執(zhí)行預(yù)加重濾波。圖14是顯示根據(jù)實(shí)施例的用于校準(zhǔn)的預(yù)加重濾波的效果的圖。繪圖1400示出了對(duì)于虛擬高度濾波器1404的典型頻率響應(yīng)，和互補(bǔ)的預(yù)加重濾波器頻率響應(yīng)1402。預(yù)加重濾波器被應(yīng)用到在房間校準(zhǔn)處理中使用的音頻測試信號(hào)，使得當(dāng)通過虛擬高度揚(yáng)聲器回放時(shí)，濾波器的效應(yīng)被消除，正如由繪圖1400的高頻范圍內(nèi)的兩個(gè)曲線1402和1404的互補(bǔ)的繪圖示出的那樣。用這種方式，校準(zhǔn)將被應(yīng)用，仿佛使用正常的、非虛擬高度揚(yáng)聲器那樣。

在另外的可替代實(shí)施例中，可以通過將虛擬高度濾波器響應(yīng)添加到校準(zhǔn)系統(tǒng)的目標(biāo)響應(yīng)來執(zhí)行校準(zhǔn)。在這兩種情況的任一種中(目標(biāo)響應(yīng)修改或預(yù)加重濾波)，用于修改校準(zhǔn)步驟的虛擬高度濾波器可以被選擇以精確地匹配在揚(yáng)聲器中使用的濾波器。但是，如果與揚(yáng)聲器一起使用或在揚(yáng)聲器內(nèi)部的虛擬高度濾波器是通用濾波器，該通用濾波器沒有做為揚(yáng)聲器位置和房間尺寸的函數(shù)被修改，那么相反，校準(zhǔn)系統(tǒng)可以選擇與實(shí)際位置和尺寸對(duì)應(yīng)的虛擬高度濾波器響應(yīng)，如果這樣的信息對(duì)于系統(tǒng)是可用的話。用這種方式，校準(zhǔn)系統(tǒng)應(yīng)用這樣的校正，該校正等同于在揚(yáng)聲器中使用的通用響應(yīng)和更精確的、依賴于位置的虛擬高度濾波器響應(yīng)之間的差異。在這個(gè)混合系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器中的固定的濾波器提供了良好的虛擬高度效果，并且AVR中的校準(zhǔn)系統(tǒng)使用收聽環(huán)境的更多知識(shí)進(jìn)一步細(xì)化了這個(gè)效果。

圖15是示出根據(jù)實(shí)施例的在自適應(yīng)音頻系統(tǒng)中執(zhí)行虛擬高度濾波的方法的流程圖。圖15的過程示出了由圖13中示出的部件執(zhí)行的功能。過程1500由將一個(gè)或多個(gè)測試信號(hào)發(fā)出到帶有內(nèi)置虛擬高度濾波的虛擬高度揚(yáng)聲器，即行動(dòng)1502開始。內(nèi)置的虛擬高度濾波產(chǎn)生頻率響應(yīng)曲線(諸如在圖7中所示)，該頻率響應(yīng)曲線可以被視為將由任何房間校正處理校正的異常。在行動(dòng)1504中，系統(tǒng)檢測虛擬高度揚(yáng)聲器的存在，使得由于應(yīng)用房間校正方法導(dǎo)致的任何修改可以被校正或補(bǔ)償以允許虛擬高度揚(yáng)聲器的虛擬高度濾波操作，即行動(dòng)1506。

揚(yáng)聲器系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)

如上所述，虛擬高度濾波器可以在揚(yáng)聲器中獨(dú)立地或者與分頻電路一起或作為分頻電路的一部分來實(shí)現(xiàn)，該分頻電路依賴于分頻設(shè)計(jì)將輸入音頻頻率分成高頻帶和低頻帶或更多。這些電路中的任何一個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)FIR(有限脈沖響應(yīng))或IIR(無限脈沖響應(yīng))濾波器的數(shù)字DSP電路或其他電路以近似虛擬高度濾波器曲線，諸如在圖5中示出的。分頻、分離電路和/或虛擬高度濾波器中的任何一個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為無源或有源電路，其中有源電路需要單獨(dú)的電源以運(yùn)行，并且無源電路使用由其他系統(tǒng)部件或信號(hào)提供的電源。

對(duì)于其中高度濾波器或分頻被設(shè)置為揚(yáng)聲器系統(tǒng)(機(jī)殼加上驅(qū)動(dòng)器)的一部分的實(shí)施例，這個(gè)部件可以在模擬電路中實(shí)現(xiàn)。圖16A是示出在實(shí)施例中的模擬虛擬高度濾波器電路的電路圖。電路1600包括虛擬高度濾波器，該虛擬高度濾波器包括模擬部件的連接，其值被選擇為近似曲線502的等同值，對(duì)于具有到18kHz的標(biāo)稱平坦響應(yīng)的3英寸6歐姆揚(yáng)聲器，縮放參數(shù)α＝0.5。這個(gè)電路的頻率響應(yīng)在圖16B中作為黑色曲線1622，與灰色的期望的曲線1624一起被描繪。圖16的示例電路1600意圖表示用于虛擬高度濾波器電路的可能的電路設(shè)計(jì)或布局的僅一個(gè)示例，并且其他設(shè)計(jì)是可能的。

圖17A描繪了用于在應(yīng)用DSP或有源電路的被供電(powered)揚(yáng)聲器中使用的高度線索濾波器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)。濾波器被實(shí)現(xiàn)為四階IIR濾波器，其系數(shù)對(duì)于48kHz的采樣率被選擇。這個(gè)濾波器可以通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的方式可替代地被轉(zhuǎn)換成等同的有源模擬電路。圖17B描繪了這個(gè)濾波器的示例頻率響應(yīng)曲線1724以及期望的響應(yīng)曲線1722。

圖18是示出在實(shí)施例中的可以與虛擬高度濾波器電路一起使用的模擬分頻電路的電路圖。圖18示出了可以用于直接發(fā)射低音揚(yáng)聲器和高音揚(yáng)聲器的標(biāo)準(zhǔn)類型的分頻電路。雖然特定的部件連接和值在圖18中示出，但是應(yīng)該注意，其他實(shí)現(xiàn)變型也是可能的。

在對(duì)于家庭劇院或類似收聽環(huán)境實(shí)現(xiàn)虛擬高度濾波的自適應(yīng)音頻系統(tǒng)中使用的揚(yáng)聲器可以使用基于現(xiàn)存的環(huán)繞聲配置(例如5.1、7.1、9.1等)的配置。在這種情況下，根據(jù)已知的環(huán)繞聲慣例提供并定義數(shù)個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其中對(duì)于向上發(fā)射聲音部件提供附加的驅(qū)動(dòng)器和定義。向上發(fā)射和直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器可被以具有不同的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器單元和驅(qū)動(dòng)器組合的各種不同的配置被封裝在單一的機(jī)殼中。圖19示出了在實(shí)施例中的使用虛擬高度濾波的用于反射聲音應(yīng)用的向上和直接發(fā)射揚(yáng)聲器的配置。在揚(yáng)聲器系統(tǒng)1900中，機(jī)殼包含直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器，該直接發(fā)射驅(qū)動(dòng)器包括低音揚(yáng)聲器1904和高音揚(yáng)聲器1902。向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器1906被部署以將信號(hào)從機(jī)殼的頂部發(fā)送出去用于從收聽房間的天花板反射。正如在前面描述的，傾角可以被設(shè)置為任何合適的角度，諸如20度，并且驅(qū)動(dòng)器1906可以相對(duì)于這個(gè)傾角被手動(dòng)或自動(dòng)地移動(dòng)。聲音吸收泡沫體1910或任何類似的阻擋材料可以被包括在向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器端口中以將這個(gè)驅(qū)動(dòng)器與揚(yáng)聲器系統(tǒng)的其余部分聲學(xué)隔離。圖19的配置僅意圖提供示例例證，并且許多其他配置是可能的。機(jī)殼尺寸、驅(qū)動(dòng)器尺寸、驅(qū)動(dòng)器種類、驅(qū)動(dòng)器布置和其他揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)特性全部可以基于音頻內(nèi)容、渲染系統(tǒng)和收聽環(huán)境的需求和限制以不同的方式被配置。

揚(yáng)聲器機(jī)殼的尺寸和構(gòu)造材料可以依賴于系統(tǒng)需求而定制，并且許多不同配置和尺寸是可能的。例如，在實(shí)施例中，機(jī)殼可以由中密度纖維板(MDF)或其他材料(諸如木材、玻璃纖維、有機(jī)玻璃等)制成；并且它可以被制造為任何合適的厚度，諸如對(duì)于MDF機(jī)殼的0.75”(19.05mm)。揚(yáng)聲器可以被配置為具有符合書架式揚(yáng)聲器、落地式揚(yáng)聲器、桌面揚(yáng)聲器的尺寸，或任何其他合適的尺寸。圖20是在圖19中示出的揚(yáng)聲器的側(cè)視圖，其中一些示例尺寸以毫米提供。在圖20中提供的說明僅是為了示例例證，并且許多其他適合的尺寸是可能的。在示例實(shí)施例中，圖20的側(cè)視圖示出揚(yáng)聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，正如示出的，向上發(fā)射揚(yáng)聲器2006凹陷到封殼2002的頂部內(nèi)，允許揚(yáng)聲器以20°的向上的角度(或任何其他合適的角度)發(fā)射。內(nèi)部隔板2004提供了對(duì)于主系統(tǒng)低音揚(yáng)聲器2008和向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器2006的聲學(xué)隔離和加載。

如圖19所示，聲音吸收泡沫體用于向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器周圍的揚(yáng)聲器機(jī)殼的凹陷區(qū)域中，以減小駐波和衍射效應(yīng)，有效地平滑化驅(qū)動(dòng)器的頻率響應(yīng)。圖21A是在實(shí)施例中的具有至少部分地環(huán)繞向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器2102的聲音吸收泡沫體2104的揚(yáng)聲器機(jī)殼2106的詳細(xì)示例。圖21B僅示出了在實(shí)施例中的向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和聲音吸收泡沫體。由于機(jī)殼的上部成角度的事實(shí)，聲音吸收泡沫體2104被示出為部分地環(huán)繞向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。可替代地，依賴于聲學(xué)特性，泡沫體可以被配置為完全環(huán)繞該驅(qū)動(dòng)器，或可以僅沿著驅(qū)動(dòng)器的某些周邊被布置。依賴于揚(yáng)聲器尺寸約束和聲學(xué)需求，可以使用任何合適的材料和厚度的泡沫體。

對(duì)于揚(yáng)聲器系統(tǒng)1900的向上發(fā)射(頂部發(fā)射)、直接發(fā)射和高音揚(yáng)聲器可以使用任何種類的合適的換能器。下面的表1列舉了在實(shí)施例中的用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的一些示例換能器種類。應(yīng)該注意，這僅是示例，并且其他換能器種類和尺寸也是可能的。

表1

在典型的自適應(yīng)音頻環(huán)境中，數(shù)個(gè)揚(yáng)聲器封殼將被容納在收聽環(huán)境中。這允許用戶容易地將高度使能的揚(yáng)聲器插入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)繞聲配置中，并且實(shí)現(xiàn)高度精確的高度圖像而無需執(zhí)行復(fù)雜的天花板揚(yáng)聲器的安裝。圖22示出了在收聽環(huán)境中具有向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器和虛擬高度濾波器部件的揚(yáng)聲器的示例布置。正如圖22中所示，收聽環(huán)境2200包括四個(gè)單獨(dú)揚(yáng)聲器2202，每個(gè)具有至少一個(gè)前部發(fā)射、側(cè)部發(fā)射和向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器。收聽環(huán)境還可以包含用于環(huán)繞聲應(yīng)用(諸如中心揚(yáng)聲器和低音炮或LFE(低頻元件))的固定的驅(qū)動(dòng)器。正如在圖22中可以看到的，依賴于收聽環(huán)境和相應(yīng)的揚(yáng)聲器單元的尺寸，揚(yáng)聲器2202在收聽環(huán)境中的合適的布置可以提供由來自該數(shù)個(gè)向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的從天花板反射聲音而產(chǎn)生的豐富的音頻環(huán)境。依賴于內(nèi)容、收聽環(huán)境尺寸、收聽者位置、聲學(xué)特性和其他相關(guān)參數(shù)，揚(yáng)聲器可以旨在提供從天花板平面上的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的反射。

正如前面所述，向上發(fā)射揚(yáng)聲器的最優(yōu)角度是導(dǎo)致到收聽者上有最大反射能量的虛擬高度驅(qū)動(dòng)器的傾角。在實(shí)施例中，這個(gè)角度是相對(duì)于揚(yáng)聲器的距離和天花板高度的函數(shù)。雖然通常天花板高度對(duì)于特定的房間中的全部虛擬高度驅(qū)動(dòng)器將是相同的，但是虛擬高度驅(qū)動(dòng)器可能不與收聽者或收聽位置106等距。虛擬高度揚(yáng)聲器可以用于不同的功能，諸如直接投射和環(huán)繞聲功能。在這種情況下，對(duì)于向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的不同的傾角可以被使用。例如，環(huán)繞虛擬高度揚(yáng)聲器可以依賴于內(nèi)容和房間條件被設(shè)置為與前部虛擬高度驅(qū)動(dòng)器相比成較淺(shallower)或較陡(steeper)的角度。此外，不同的α縮放因數(shù)可以用于不同的揚(yáng)聲器，例如用于環(huán)繞虛擬高度驅(qū)動(dòng)器與前部高度驅(qū)動(dòng)器。同樣，不同的形狀幅度響應(yīng)曲線可以用于應(yīng)用到不同揚(yáng)聲器的虛擬高度模型。因而，在具有多個(gè)不同虛擬高度揚(yáng)聲器的部署系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器可以被定向?yàn)槌刹煌慕嵌群?或用于這些揚(yáng)聲器的虛擬高度濾波器可以呈現(xiàn)出不同的濾波器曲線。

通常，在本文中描述的包括虛擬高度濾波技術(shù)的向上發(fā)射揚(yáng)聲器可以用于從硬質(zhì)天花板表面反射聲音以仿真放置在天花板中的頭頂/高度揚(yáng)聲器的存在。自適應(yīng)音頻內(nèi)容的引人注目的屬性是使用頭頂揚(yáng)聲器陣列再現(xiàn)空間分集的音頻。但是，如上所述，在許多情況下，安裝頭頂揚(yáng)聲器在家庭環(huán)境中太貴或不切實(shí)際。通過使用通常在水平面中放置的揚(yáng)聲器仿真高度揚(yáng)聲器，可以創(chuàng)建引人注目的3D體驗(yàn)，且易于放置揚(yáng)聲器。在這種情況下，自適應(yīng)音頻系統(tǒng)正在以新的方式使用向上發(fā)射/高度仿真驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)橐纛l對(duì)象及其空間再現(xiàn)信息正被用于創(chuàng)建由向上發(fā)射驅(qū)動(dòng)器再現(xiàn)的音頻。虛擬高度濾波部件幫助調(diào)和或最小化高度線索，與反射的聲音相比，該高度線索可以直接發(fā)送到收聽者，使得高度的感知由頭頂反射信號(hào)合適地提供。

本文中描述的系統(tǒng)的方面可以在合適的基于計(jì)算機(jī)的聲音處理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)用于處理數(shù)字或數(shù)字化的音頻文件。自適應(yīng)音頻系統(tǒng)的部分可以包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，該一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括任何期望數(shù)目的單獨(dú)機(jī)器，包括用于緩沖和路由在計(jì)算機(jī)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)路由器(未示出)。這樣的網(wǎng)絡(luò)可以建立在各種不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上，并且可以是互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)(WAN)，局域網(wǎng)(LAN)或其任何組合。

部件、塊、過程或其它功能部件中的一個(gè)或多個(gè)可以通過對(duì)系統(tǒng)的基于處理器的計(jì)算設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。還應(yīng)該注意，就其行為、寄存器傳遞、邏輯部件和/或其它特性而言，本文中公開的各種功能可以使用硬件、固件的任何數(shù)目的組合被描述，和/或被描述為在各種機(jī)器可讀或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)和/或指令。在其中實(shí)現(xiàn)這樣的格式化數(shù)據(jù)和/或指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括但不限于各種形式的物理(非暫時(shí)性)、非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如光、磁或半導(dǎo)體存儲(chǔ)介質(zhì)。

除非上下文明確地要求為其他方式，否則在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，詞語“包括”、“包含”等將被解釋為包含的意義，而不是排他的或窮盡的意義；也就是說，解釋為“包括但不限于”的意義。使用單數(shù)或復(fù)數(shù)數(shù)目的詞語也分別包括復(fù)數(shù)或單數(shù)數(shù)目。此外，詞語“本文”、“下文”、“上方”、“下方”以及類似含義的詞語指的是這個(gè)應(yīng)用的整體而不是這個(gè)應(yīng)用的任何特定的部分。當(dāng)詞語“或”用于引用兩個(gè)或多個(gè)術(shù)語的列表時(shí)，那個(gè)詞語覆蓋下面對(duì)該詞的解釋的全部：在列表中的術(shù)語中的任何一個(gè)，在列表中的術(shù)語的全部和在列表中的術(shù)語的任何組合。

雖然一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)以示例的方式并且就特定的實(shí)施例而言被描述，但是，應(yīng)該理解，一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)不限于公開的實(shí)施例。相反，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所清楚的，它意圖覆蓋各種修改和類似的布置。因此，所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)該給予最廣泛的解釋以便包含全部這樣的修改和類似的布置。