用于在多呈现器系统中提供数据的设备和方法

专利名称：用于在多呈现器系统中提供数据的设备和方法
技术领域：
本发明涉及波场合成概念，具体涉及结合多呈现器系统的有效波 场合成概念。
背景技术：
对于在娱乐电子设备领域中的新技术和创新产品有着日益增长 的需求。对于新多媒体系统的成功来说，提供最佳功能或容量是非常 重要的先决条件。这通过使用数字技术、特别是使用计算机技术来实现。其示例是提供了增强的接近现实的视听印象的应用。在先ltr的音 频系统中，实质性缺点在于自然以及虚拟环境的三维声音再现的质量。 许多年来，已知音频信号的多信道扬声器再现的方法并对该方法进行了标准化。所有常用技术具有以下缺点扬声器的地点和收听者的位置已经在传输格式中有所体现。扬声器相对于收听者的错误设置使音频质量显著下降。仅在再现空间的小区域内(所谓有效点(sweet spot))可能有最佳声音。在新技术的帮助下，可以实现较好的自然空间感以及音频再现的 更大范围或包层。TU Ddft处已经研究了所谓波场合成(WFS)的技 术原理，并首次在80年代后期提出(Berkout,A丄；deVries,D.; Vogel， R: Acoustic control by Wave field Synthesis. JASA93,1993 )。由于该方法对于计算机功率和传输速率的极大需求，波场合成直 到现在在实际中也很少采用。目前，只有微处理器技术领域中的进步 和音频编码允许在具体应用中采用该技术。期望明年出现在专业领域 中的第一个成果。设想在一些年后，消费领域内的第一波场合成应用 开始投放市场。WFS的基本思想基于波动说的惠更斯原理的应用 波所捕获的每一点是以球或圆方式传播的元波的起点。 应用于声学，通过彼此相邻设置的大量扬声器(所谓扬声器阵列)，来复制每个到来的波阵面(wave front)的任意形状。在最简单 的情况下，即要再现单个点源并且扬声器按照线性设置，则每个扬声 器的音频信号必须以时间延迟的方式馈入，并进行振幅縮放，从而各 个扬声器的辐射声场适当地重叠。利用多个声源，对于每个源，单独 地计算对于每个扬声器的贡献，并将所产生的信号相加。如果要再现 的源在具有反射壁的室内，则也必须作为附加源，经由扬声器阵列来 再现反射。因此，在计算中的消耗很大程度上取决于声源的个数、录 音室的反射属性和扬声器的个数。具体地，该技术的优点在于，可以在大区域的再现空间上有自然 的三维声音印象。与已知技术相反，以非常精确的方式再现声源的方 向和距离。在有限程度上，甚至可以在真实的扬声器阵列与收听者之 间定位虚拟声源。尽管波场合成很好地用于具有已知属性的环境，但是如果属性改 变或基于不匹配环境实际属性的环境属性而执行波场合成，则会出现 紊乱。周围环境的属性还可以由周围环境的脉冲响应来进行描述。 这将基于后续的示例更加详细地提出。假设扬声器朝墙壁发出声 音信号，但不希望有反射。使用波场合成的空间补偿将包括以下事实首先，确定该墙壁的反射，以确定在已从墙壁反射回来的声音信号何 时再次到达扬声器、以及该反射的声音信号具有多大振幅。如果不期 望来自该墙壁的反射，则可以利用波场合成，通过施加具有相应振幅、 并具有与扬声器上的反射信号相反相位的信号来消除来自该墙壁的反 射，从而传播补偿波抵消反射波，使得在所考虑的周围环境中消除了来自该墙壁的反射。这可以通过以下实现首先计算周围环境的脉冲 响应，然后基于该周围环境的脉冲响应来确定墙壁的属性和位置，其 中，将墙壁当作镜面源，即反射入射声音的声源。如果首先测量该周围环境的脉冲响应，然后计算必须以在音频信 号上叠加的方式施加于扬声器上的补偿信号，则将会发生来自该墙壁
反射的抵消，从而在该周围环境中的收听者具有该墙壁根本不存在的 声音印象。然而，对于反射波的最佳补偿，关键是精确地确定房间的脉冲响 应，从而不会出现过补偿或欠补偿。因此，波场合成允许在大的再现区域上恰当地映射虚拟声源。同时，在非常复杂的声音场景的创建过程中，向音响大师(sound master) 和录音师提供了新技术和创造潜力。80年代末在TU Delft开发的波场 合成(WFS，或者也称为声场合成)表示声音再现的全息方式。 Kirchhoff-Helmholtz积分用作该方式的基础。它阐述了可以通过封闭 体积表面上的单极和双极声源(扬声器阵列)的分布来产生该体积内 的任意声场。在波场合成中，根据在虚拟位置处发出虚拟源的音频信号来计算 扬声器阵列的每个扬声器的合成信号，其中，关于振幅和相位来形成 合成信号，从而从出现在扬声器阵列中的扬声器所输出的各个声波的 叠加而产生的波与在虚拟位置处的虚拟源是具有真实位置的真实源的 情况下由虚拟位置处的虚拟源所产生的波相对应。典型地，多个虚拟源出现在各个虚拟位置上。针对每个虚拟位置 的每个虚拟源来执行合成信号的计算，从而典型地， 一个虚拟源产生 了多个扬声器的合成信号。因而，从扬声器角度来看，该扬声器接收 返回各个虚拟源的多个合成信号。然后，由于线性叠加原理而导致的 这些源的可能叠加产生了实际从扬声器发出的再现信号。扬声器阵列越大，即提供了越多的各个扬声器，越可以更好地利 用波场合成。然而，为此，由于典型地还必须考虑信道信息，所以波 场合成单元所必需的计算能力必须增加。详细地，在原理上，这表示 出现从每个虚拟源至每个扬声器的自身的传输信道，以及原理上，可 以是以下情况每个虚拟源产生了每个扬声器的合成信号，和/或每个 扬声器获得了等于虚拟源个数的多个合成信号。如果特别地，在影院应用中的波场合成可能要用在虚拟源也可移 动的情况下，则可以看出，由于合成信号的计算、信道信息的计算以 及通过信道信息和合成信号的组合的再现信号的生成，而导致要运用
相当强的计算能力。此外，应注意，此时，音频再现的质量随着可用扬声器的个数而 增加。这表示音频再现质量变得越好并且越逼真，则在扬声器阵列中 存在的扬声器越多。在上述场景中，例如，可以将各个扬声器的完全呈现并进行了模 数转换的再现信号从波场合成中心单元经由双线线路传输至各个扬声 器。这确实具有以下优点几乎确保了所有扬声器同步工作，从而在这里不再需要其它措施用于同步目的。另一方面，总是可以仅针对特 定再现室或针对利用固定个数的扬声器的再现，对波场合成中央单元 进行再现。这表示，由于必须至少部分并行且实时地进行音频再现信 号的计算(尤其对于许多扬声器和/或许多虚拟源的情况)，所以对于 每个再现室，必须构造它自己的波场合成中央单元，而这必须执行相 当大的计算能力。德国专利DE 10254404 B4公开了如图7所示的系统。一个部分 是中心波场合成模块10。另一部分包括各个扬声器模块12a、12b、12c、 12d、 12e，它们与实际的物理扬声器14a、 14b、 14c、 14d、 14e (例 如，如图l所示)连接。应注意，多个扬声器14a-14e位于大于50的 范围中，以及典型地，在典型应用中甚至在远大于IOO的范围中。如 果将特有的扬声器与每个扬声器相关联，则也需要相应个数的扬声器 模块。然而，依据该应用，优选对来自扬声器模块的邻接扬声器小组 进行选址。在这个连接中，任意地，例如与四个扬声器连接的扬声器 模块以相同的再现信号馈入四个扬声器，或者针对四个扬声器计算相 应不同的合成信号，从而这种扬声器模块实际包括多个单独的扬声器 模块，然而这些扬声器模块物理上概括于一个单元中。在波场合成模块IO和每个单独的扬声器12a-12e之间，存在特有 的传输路径16a-16e，每个传输路径与中心波场合成模块和自己的扬声 器模块连接。将提供了高数据速率的串行传输格式(如，所谓Firewire传输格 式或USB数据格式)优选作为用于将数据从波场合成模块传输至扬声 器模块的数据传输模式。大于每秒IOO兆比特的数据传输速率是有利 的。因此，根据在波场合成模块中选择的数据格式，来相应地对从波 场合成模块10传输至扬声器模块的数据流进行格式化，并提供在常用 的串行数据格式中提供的同步信息。由各个扬声器模块从该同步信息 中提取该同步信息，并将该同步信息用于使各个扬声器模块相对于它 们的再现同步，即最终用于获得模拟扬声器信号和为此而提供的采样 (再采样)的模数转换。中心波场合成模块用作主模块，而所有扬声 器模块用作客户端，其中，单独的数据流全部都获得经由各个传输路径16a-16e来自中心模块10的相同的同步信息。这确保了所有扬声器 模块同步工作，即与主模块10同步，这对于音频再现系统不会遭受音 频质量的损失来说非常重要，从而不会在相应的音频呈现之后以与各 个扬声器在时间上有偏移的方式来辐射通过波场合成模块所计算的合 成信号。所描述的概念给波场合成系统提供了显著的灵活性，该灵活性对 于各种方式的应用是可縮放的。但是仍然存在以下问题执行实际主呈现(即，依据虚拟源的位置和扬声器位置，计算扬声器的各个合成 信号)的中心波场合成模块表示整个系统的"瓶颈"。尽管在该系统中， 已经以分散方式执行了"后呈现"(即，具有信道传输功能等的合成信 号的强加)，因而已经通过选择具有比所确定的阈值能量小的能量的合 成信号，减小了中心呈现模块与单独的扬声器模块之间的必要数据传 输能力，但是，仍必须针对所有扬声器模块，呈现所有虚拟源，即转 换为合成信号，其中，仅在呈现之后才进行选择。这表示，呈现仍确定了系统的整个容量。例如，如果中央呈现单元能够同时呈现32个虚拟源，即同时计算这32个虚拟源的合成信号， 则如果在一个音频场景中一次有多于32个源是有效的，则出现了严重 的容量瓶颈。对于简单场景，这是足够的。对于较复杂的场景，尤其 具有融入式的声音印象，即例如在下雨时，许多雨点表示单独的源， 则直接显而易见地，具有最多为32个源的容量将不再是足够的。如果 存在大管弦乐队，以及实际期望对每个管弦乐队演奏者或至少每个乐 器组，作为在自己位置上的自身源进行处理，也存在相应的情形。这 里，32个虚拟源可以非常迅速地变得较少。处理该问题的一种方式在于，将呈现器的容量增加为多于32个 源。然而发现，由于需要在该附加容量方面进行大量投入，所以这会 导致整个系统的成本的显著增加，并且通常不需要该附加容量是恒定 的，而仅在音频场景内的特定"峰值时刻"出现。因此，这种容量的 增加导致了更高的代价，然而，由于消费者极少地使用增加的容量， 所以向消费者进行解释有些困难。发明内容本发明的目的是提供了一种更加有效的波场合成概念。 通过如权利要求1所述的用于提供数据的设备、如权利要求14所述的用于提供数据的方法、或者如权利要求15所述的计算机程序来实现本发明的目的。本发明基于以下发现可以不通过中心呈现器方式、而是采用与中心呈现单元相反的、现在并不必须承担全部处理负载、而是以智能 方式控制的多个呈现单元,来实现用于波场合成的有效数据处理概念。 换言之，多呈现器系统中的每个呈现器模块仅具有必须提供的有限相 关个数的扬声器。根据本发明，在呈现之前，由中心数据输出装置确定与呈现器模 块相关联的扬声器是否对于该虚拟源完全有效。仅在确定了呈现虚拟 源时呈现器的扬声器有效的情况下，将用于虚拟源的音频数据和与该 呈现器有关的必要的附加信息一起传输，而不传输其扬声器对于呈现 该虚拟源无效的另一呈现器的数据。因此，发现存在非常少的虚拟源，其中，再现室周围的扬声器阵 列中的所有扬声器对于播放虚拟源都是有效的。因此，对于虚拟源， 例如在四阵列系统中，典型地，仅有两个相邻的扬声器阵列或甚至仅 单个扬声器阵列是有效的，以表示再现室中的该虚拟源。根据本发明，这在呈现之前已经被识别出来，并仅将实际需要呈 现的数据(即在输出侧上具有扬声器以表示虚拟源)发送至呈现器。 利用这点，由于不再必须将合成信号传输至扬声器模块、而是传
输(对于分散式的单个(许多)扬声器，从中推导出合成信号的)音 频对象的文件，所以与现有技术相比，减小了数据传输量。另一方面，可以增加系统容量，由于智能地采用多个呈现器模块，所以不存在问题，其中发现，可以以比在中心位置开发64呈现器模块 实质上更加廉价并且低延迟的方式实现例如两个32源呈现器模块。此外，发现，由于例如在四侧阵列系统中的虚拟源通常平均仅保 持一半的扬声器处于繁忙状态，而其它扬声器在这种情况下每个均可 被加载其它虚拟源，所以通过提供例如两个32呈现器模块，系统的有 效容量己经几乎翻倍。在本发明的优选实施例中，可以适应性地进行呈现器控制，以便 能够仍然阻止更大的传输峰。这里，如果与该呈现器模块相关联的至 少一个扬声器是有效的，则并不自动地控制呈现器模块。作为替代， 有效扬声器的最小阈值是呈现器的缺省值，从该缺省值开始，给呈现 器提供虚拟源的音频文件。该最小数字取决于该呈现器的利用率(工 作负荷)。如果发现该呈现器的利用率己经处于临界处、或者非常可能 很快就到达临界处(这可以基于用于场景描述中的分析的先行概念来 获得)，本发明的数据输出装置将仅在假设具有大于可变最小阀值的多 个扬声器对于另一虚拟源有效时，利用该另一虚拟源来控制已经非常 强负载的呈现器。该过程基于以下事实尽管呈现器通过省略虚拟源 的呈现而引入了误差，但是这个所引入的误差由于该虚拟源仅保持呈 现器的一些扬声器处于繁忙状态的事实，即，与在呈现器忙于处理相 对不重要的源的情况下将完全必须拒绝之后到来的重要源的情况相 比，并不是问题。


将参照附图，在以下对本发明的优选实施例进行更加详细的描述，其中图1是用于提供波场合成呈现的数据的本发明的设备的电路框图；图2是具有四个扬声器阵列和四个呈现器模块的本发明实施例的
电路框图；图3a和3b是具有参考点和各种源位置、以及有效和无效扬声器 阵列的再现室的示意图；图4是基于扬声器的主要发射方向而确定有效扬声器的示意性描述；图5示出了嵌入到了整个波场合成系统中的本发明概念； 图6是已知波场合成概念的示意性示例；以及 图7是已知波场合成概念的另一示例。
具体实施方式
图l示出了一种设备，用于向可在输出20a、 20b、 20c处附着的 多个呈现器模块提供用于波场合成系统中波场合成的数据的设备。至 少一个扬声器与每个呈现器模块相关联。然而优选地，使用总共具有 典型多于100个扬声器的系统，从而至少50个单独的扬声器(可附在 再现室中的不同位置处，作为呈现器模块的扬声器阵列)可以与一个 呈现器模块相关联。本发明的设备还包括用于提供多个音频文件的装置，这在图1中 以22来表示。优选地，装置22形成为用于为不同位置处的虚拟源提 供音频文件的数据库。此外，本发明的设备包括数据输出装置24，用 于选择性地将音频文件提供给呈现器。具体地，数据输出装置24形成 用于仅在呈现器与对于虚拟位置的再现有效的扬声器相关联时，才向 呈现器提供音频文件，以及同时，数据输出装置还形成用于如果假设 与该呈现器相关联的所有扬声器对于源的再现并不有效，则不向另一 呈现器提供音频数据。如将在之后进行解释的，依据实现方式、尤其 相对于动态负载限制，即使在确实具有一些有效的扬声器、但是有效 扬声器的个数与用于该呈现器的扬声器的总数相比小于最小阈值时， 呈现器也不会获得音频文件。优选地，本发明的设备还包括数据管理器26，该数据管理器26 形成用于确定与呈现器相关联的所述至少一个扬声器针对虚拟源的再 现是否应当有效。据此，数据管理器26控制数据输出装置24，以将 音频文件分布或不分布至各个呈现器。在一个实施例中，数据管理器26将会向数据输出装置24中的多路复用器提供控制信号，从而音频 文件通向一个或多个输出，但是典型地，不是所有输出20a-20c。依据实施方式，数据管理器26可以是有效的，和/或如果将该功 能集成于数据输出装置24，则数据输出装置24可以是有效的，以便 基于扬声器位置(或者如果扬声器位置根据呈现器标识已经是唯一的， 则基于呈现器标识)来发现有效的呈现器和/或无效的呈现器。因此，本发明基于面向对象的方式，即将单独的虚拟源理解为特 征在于音频对象和空间中虚拟位置、以及可能的源类型(即，它是声 波的点源、还是平面波的源、还是其它形状的源)的对象。如已经提出的，波场的计算是计算时间密集的，并且需要所使用 的硬件(如声卡和计算机)能力与计算算法的效率结合。在要同时表 示多个所要求的声音事件时，甚至基于最佳配置的PC的解决方案也 会在波场合成计算过程中迅速到达它的界限。因此，在混频和再现过 程中，所使用的软件和硬件的能力限制给出了相对于虚拟源个数的限 制。图6示出了能力受限的已知波场合成概念，包括创作工具60、控 制呈现器模块62和音频服务器64，其中，控制呈现器模块形成用于 向扬声器阵列66提供数据，从而扬声器阵列66通过各个扬声器70 的各个波的叠加来产生所期望的波阵面68。创作工具60使用户能够 创建并编辑场景，并控制基于波场合成的系统。因此，场景包括与各 个虚拟音频源有关的信息和音频数据。将音频源的属性和对音频数据 的引用存储在XML场景文件中。音频数据本身被提交到音频服务器 64上，并从此处被传输至呈现器模块。同时，呈现器模块从创作工具 中获得控制数据，从而以集中化方式具体化的控制呈现器模块62可以 产生用于各个扬声器的合成信号。图6中示出的概念在"Authoring System for Wave Field Synthesis" , F. Melchior, T. R6der， S. Brix， S. Wabnik and C. Riegel, AES Convention Paper, 115 AES convention, 2003年10月10日，纽约中有所描述。如果波场合成系统利用多个呈现器模块进行操作，则向每个呈现 论呈现器是否由于与之关联的有限个数的扬声器而需要该数据用于再现。由于当前计算机中的每个能够计算32 个音频源，所以这表示对于系统的限制。另一方面，要以有效的方式 显著增加可以在整个系统中呈现的源的个数。这是复杂应用(如电影)、 具有融入式氛围的场景(如雨或欢呼)、或者其它复杂音频场景的实质 性先决条件之一。根据本发明，在波场合成多呈现器系统中实现了冗余数据传输过 程和数据处理过程的减少，这导致了计算能力和/或同时可计算的音频 源个数的增加。为了减小对多呈现器系统的各个呈现器的音频和元数据的冗余 传输和处理，通过数据输出装置扩展音频服务器，这能够确定哪个呈 现器需要哪些音频和元数据。在优选实施例中，可能由数据管理器来 进行帮助的数据输出装置需要多条信息。该信息首先是音频数据，然 后是源的时间和位置数据，最后是呈现器的配置，即与所连接的扬声 器和它们的位置、以及它们的容量有关的信息。在数据管理技术和输 出条件的定义的帮助下，利用音频对象的时间和空间设置，通过数据 输出装置来产生输出调度。根据空间设置、时间调度和呈现器配置， 数据管理模块计算在特定时刻哪个源与哪个呈现器相关。图5中示出了优选的整体概念。通过输出侧上的数据输出装置24 来补充数据库22，其中，也将数据输出装置称为调度器。然后，该调 度器在输出20a、20b、20c处生成用于各种呈现器50的呈现输入信号， 从而提供给扬声器阵列的相应扬声器。优选地，为了通过RAID系统和相应的数据结构缺省值来配置数 据库42，由存储管理器52来帮助调度器24。在输入侧，存在数据生成器54，例如，可以是用于以面向对象方 式建模或描述的音频场景的音响大师或音频工程师。这里，给出了包 括相应输出条件56的场景描述，如果必要，在转换58之后，将这些 输出条件与音频数据一起共同存储在数据库22中。可以通过插入/更 新工具59来处理和更新音频数据。接下来，参照图2至4，进入数据输出装置24和/或数据管理器
26的优选实施例，以执行本发明的选择，即各种呈现器仅在与呈现器 相关联的扬声器阵列在结尾处输出时才获得音频文件。图2示出了具 有参考点52的示例性再现室50，在本发明的优选实施例中，参考点 52位于再现室50的中间。当然，参考点还可以设置在再现室的任何 其它任意位置处，即，例如在前三排和后三排。这里，例如可以考虑 再现室前三排的观众所付的入场费用高于再现室后三排的观众。在这 种情况下，由于参考点的音频印象将是质量最高的，所以将参考点置 于前三排是有意义的。在图2示出的优选实施例中，四个扬声器阵列 LSA1 (53a)、 LSA2 (53b)、 LSA3 (63c)和LSA4 (53d)设置在再 现室50的周围。每个扬声器阵列与自身的呈现器R1 54a、 R2 54b、 R3 54c和R4 54d连接。每个呈现器分别经由呈现器-扬声器阵列连接 线55a、 55b、 55c和55d与它的扬声器阵列连接。
此外，每个呈现器与数据输出装置24的输出20a、 20b、 20c或 20d连接。数据输出装置在输入侧(即经由它的输入IN)接收音频文 件以及来自优选提供的数据管理器26 (图l)相应的控制信号，数据 管理器26指示呈现器是否要获得音频文件，即对于呈现器，关联扬声 器是否有效。具体地，例如，扬声器阵列53a的扬声器与呈现器54a 相关联，但是不与呈现器54d相关联。如可以从图2中看出的，呈现 器54d以扬声器阵列53d的扬声器作为关联扬声器。
应指出，各个呈现器经由呈现器/扬声器连接线55a、 55b、 55c和 55d传送各个扬声器的合成信号。但是由于如果大量扬声器出现在扬 声器阵列中，则导致这里的数据量很大，所以优选将呈现器和扬声器 设置在空间上相靠近的位置。
相反地，由于经由输出20a、 20b、 20c、 20d的数据业务量和与这 些输出相关联的数据输出装置/呈现器线的数据业务量是有限的，所以 数据输出装置24和呈现器54a、 54b、 54c、 54d相对于彼此的设置的这一先决条件并不是关键的。具体地，这里仅传输音频文件和与音频 文件相关联的虚拟源有关的信息。与虚拟源有关的信息至少包括源位 置和关于源的时间指示，即源何时开始、持续多久时间和/或何时再次 结束。优选地，也传输与虚拟源类型相关的其它信息，即是否将虚拟 源假设为点源、或平面波的源、或不同"形状"的声波的源。依据实施方式，呈现器还可以具有与再现室50的声学有关的信息、以及与扬声器阵列中扬声器的实际属性有关的信息等。该信息并不必一定经由线20a-20d传输，而是还可以沿另一路径提供给呈现器 Rl-R4，从而这些呈现器可以计算适于再现室的合成信号，然后将该 合成信号馈入各个扬声器。此外，应指出，由于每个虚拟源将针对阵 列的扬声器产生合成信号，所以如果呈现器同时呈现多个虚拟源，则 由各个扬声器的呈现器所计算的合成信号已经是叠加的合成信号，其 中，在各个虚拟源的合成信号叠加之后，通过将各个合成信号相加而 获得最终的扬声器信号。图2中示出的优选实施例还包括利用率确定装置56，以依据当前 实际呈现器利用率或所估计或预测的将来呈现器利用率，利用音频文 件对呈现器的控制进行后处理。。因此，每个呈现器54a、 54b、 54c和54d的容量当然是有限的。 例如，如果这些呈现器的每个能够处理最多32个音频源，以及利用率 确定装置56确定例如呈现器R1已经正在呈现例如30个源，则存在 以下问题当要呈现除了其它30个源之外的另两个虚拟源时，达到了 呈现器54a的容量限制。因此，基本原则实际上是在确定了至少一个扬声器对于虚拟源 的再现有效时，呈现器54a总是获得音频文件。但是可以是以下情况 确定仅有扬声器阵列53a中的一小部分扬声器针对虚拟源是有效的， 如属于扬声器阵列的所有扬声器的仅10%。在这种情况下，利用率确 定装置56将会决定不向该呈现器提供为该虚拟源确定的音频文件。因 此引入了误差。但是由于假设该虚拟源由相邻阵列另外呈现，即可能 具有实质上这些阵列中更多的扬声器，所以由于阵列53a的少量扬声 器而导致的该误差并不严重。因此，扬声器阵列53a对该虚拟源的呈 现或辐射的抑制将导致位置偏移，然而，该位置偏移由于少量的扬声 器而不会产生很大的影响，并且在任何情况下，实质上没有由于过载 而完全禁用呈现器54a重要，但是它将会呈现保持例如扬声器阵列53a 的所有扬声器处于繁忙状态的源。
接下来，参照图3a，将示出图1的数据管理器26的优选实施例， 该数据管理器26形成用于确定是否要依据特定虚拟位置来使与阵列 相关联的扬声器有效。优选地，仅仅由于虚拟源的源位置和扬声器的 位置，和/或由于呈现器标识而在阵列设计中己经由呈现器标识固定了 扬声器的位置，所以数据管理器在没有完全呈现的情况下工作，但是 确定有效/无效的扬声器，因而确定有效和/或无效的呈现器，而不需 要计算合成信号。因此，在图3a中，绘出了各种源位置Q1-Q9，而在图3b中，以 表格方式示出了对于特定源位置Q1-Q9，哪个呈现器A1-A4是有效 的(A)或者无效的(NA)，或者例如，有效或无效取决于当前的利 用率。例如，如果考虑源位置Q1，则可以看出，相对于观察点OP，该 源位置在前扬声器阵列53a的后面。观察点处的收听者意欲体验源位 置Ql处的源，从而声音"来自前方"。为此，扬声器阵列A2、 A3 和A4由于虚拟源位于源位置Ql处而不必发射任何声音信号，从而它 们是无效(NA)的，这在图3b相应的列中绘出。这相应地应用于源 Q2、 Q3和Q4，如果没有其它阵列。然而，源Q5相对于观察点沿x和y方向偏移。为此，需要阵列 53a和阵列53b、而非阵列53c和53d，用于位置精确地再现源位置 Q5处的源。这相应地应用于源Q6、源Q8的情况，如果不存在利用率的问题， 则也应用于源Q9的情况。这里，源在阵列(Q6)之后或在阵列(Q5) 之前并不重要，例如，这可以通过源Q6和Q5的比较看出。如果源位置与参考点一致，如所绘出的源Q7，则优选地，所有 扬声器阵列均是有效的。与利用所有音频文件来控制所有呈现器的现有技术相比，根据本发明，针对这种源不具有任何优点。然而可以看 出，针对所有其它源位置获得了有意义的优点。这样，对于源Ql、 Q2、 Q3，实现了 75%的计算能力和数据传输的节约，而对于设置在 象限内的源(如Q5、 Q6禾BQ8)，仍实现了 50%的节约。此外，从图3a中可以看出，源Q9设置为仅稍微偏离参考点与第
一阵列53a之间的直连线。如果仅通过阵列53a来再现源Q9，则参考 点处的观察者将仅在连线上体验到源Q9，而不是稍微偏移的位置。该 仅"稍微偏移"导致了以下事实在扬声器阵列53b中仅很少的扬声 器有效，或者扬声器仅以非常少的能量来发射信号。为了节约与阵列 A2相关联的呈现器，在该呈现器已经是强负载、或者在源(如源Q2 或Q6，无论如何，这必须由阵列A2呈现)出现时仍有能力的情况下， 优选使阵列2切换为无效，如图3b的最后一列中所示。因而根据本发明，在优选实施例中，数据管理器26形成用于确 定如果源位置在参考点与扬声器之间、或者如果扬声器在源位置和参 考点之间，则阵列中的扬声器有效。例如，针对源Q5示出了第一情 况，而针对源Q1示出了第二情况。图4示出了确定有效或无效的扬声器的另一优选实施例。考虑两 个源位置70和71，其中，源位置70是第一源位置、以及源位置71 是第二源位置(Q2)。此外，考虑扬声器阵列A1，扬声器阵列A1具 有有着主要发射方向(MED)的扬声器，在图4所示的实施例中，如 由发射方向箭头72所示，该主要发射方向与阵列的纵向延伸垂直。为了确定是否要针对源位置而使扬声器阵列有效，现在，对从源 位置Ql至参考点的距离(由73指示)进行正交分解，以发现与主发 射方向72平行的分量74a、以及与距离73的主发射方向垂直的分量 74b。从图4中可以看出，与主发射方向平行的这个分量74a对于源位 置Q1存在，而指向y方向的源位置Q2的相应分量(由75a表示)不 是与主发射方向平行，而是与主发射方向相反。因此，阵列Al将对 于源位置1处的虚拟源是有效的，而阵列Al对于源位置Q2处的源不 需要是有效的，因而也不需要向阵列A1提供音频文件。从图3a和4的两个实施例中可以看出，可变的参数仅仅是源位 置，而典型地，阵列扬声器的参考点和主发射方向和/或阵列定位、因 而阵列中扬声器的定位将是固定的。因此，优选根据图3或4、而不 是对于每个源位置来执行完全的计算。作为替代，根据本发明，提供 了表格，用于获得与输入侧的参考点相关的坐标系中的源位置，并向 输出侧的每个扬声器阵列提供与对于当前的源位置、是否要使该扬声
器阵列有效有关的指示。据此，通过简单和快速的表格查找，可以实现数据管理器26和/或数据输出装置24的非常有效且低耗的实施方 式。在这里应指出，当然还可以提出其它阵列配置。这样，如果仅有 两个扬声器阵列出现在再现室中，如图2的两个扬声器阵列53b和 53d，则本发明的概念将已经导致了明显的改进。此外，本发明的概念 还可应用于不同形状的阵列，如用于六边形设置的阵列、或者用于不 是线性或平面、而是例如弯曲的阵列。此外应指出，如果在再现室中仅存在单个线性(例如前)阵列， 但是如果由各种呈现器来控制该前阵列、而呈现器总是用于阵列的特 定部分，则也可以采用本发明的概念。在这种情况下，也将会出现以 下情况例如，相对于宽的前阵列，在远左侧虚拟位置的源不需要前 阵列远右侧的扬声器进行播放。依掘条件，可以以硬件或软件来实现本发明的方法。可以在数字 存储介质、尤其是软盘或CD上，利用能够与可编程计算机系统合作 的电可读控制信号来实现，从而执行本发明的方法。通常，本发明还 包括一种计算机程序产品，具有存储在机器可读载体上的程序代码， 当在计算机上执行计算机产品时，用于执行本方法的程序代码。换言 之，本发明还可以实现为一种具有程序代码的计算机程序，当在计算 机上执行计算机程序时，用于执行本方法。
权利要求
1、一种设备，用于向多个呈现器模块(53a-53d)提供用于波场合成系统中波场合成呈现的数据，其中，至少一个扬声器(70)与每个呈现器模块相关联，并且与呈现器相关联的扬声器附在再现室(50)中的不同位置处，所述设备包括提供装置(22)，用于提供多个音频文件，其中，源位置(Q1)处的虚拟源与音频文件相关联；以及数据输出装置(24)，用于将音频文件提供给呈现器，所述呈现器与对于虚拟源的再现有效的扬声器相关联，所述数据输出装置(24)还形成用于如果与另一呈现器相关联的扬声器对于源的再现并不有效，则不将音频文件提供给所述另一呈现器。
2、 如权利要求l所述的设备，还包括数据管理器(26)，用于确定与呈现器模块相关联的至少一个扬 声器对于虚拟源的再现是否有效，其中，数据管理器(26)形成用于 基于源位置(Ql)和扬声器位置或呈现器标识来执行所述确定。
3、 如权利要求2所述的设备，其中，所述再现室(50)包括参 考点(52)，数据管理器(26)形成用于如果源位置(Q5)在参考 点(52)和扬声器(53a)之间、或者如果扬声器(53a)在源位置(Ql) 和参考点(52)之间，则确定扬声器有效。
4、 如权利要求2所述的设备，其中，所述数据管理器(26)形 成用于如果从源位置(Ql)至参考点(52)的第一线(73)和从扬 声器至参考点(52)的第二线之间的角度在0。和90°之间，则确定扬 声器有效。
5、 如权利要求2至4之一所述的设备，其中，所述数据管理器 (26)形成用于如果从源位置至参考点的连线不具有与扬声器的主声音发射方向(72)平行的任何方向分量，则确定扬声器无效。
6、如前述权利要求之一所述的设备，其中，多个扬声器与呈现 器模块(53a-53d)关联，并且数据输出装置(24)形成用于仅在确定了与呈现器模块相关联的多于10%的扬声器有效、或者与呈现器模块相关联的扬声器将为虚拟源提供具有高于最小阈值的幅度的合成信 号时，向呈现器提供音频文件。
7、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，多个扬声器与呈现 器模块相关联，并且仅在确定了与呈现器相关联的至少一个扬声器有 效时，向呈现器模块提供音频文件。
8、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，每个呈现器模块包 括特定最大处理能力，并且数据输出装置(24)形成用于仅在确定 了与呈现器模块相关联的最小比例的扬声器有效时，向呈现器提供音 频文件，所述最小比例是可变的，并取决于呈现器模块的利用率，可 以通过利用率确定装置(56)来确定所述呈现器模块的利用率。
9、 如权利要求8所述的设备，其中，所述数据输出装置(24) 形成用于如果由所述利用率确定装置(56)确定的所述利用率增加， 则增加最小比例。
10、 如权利要求8或9所述的设备，其中，所述利用率确定装置 (56)形成用于确定当前或所估计的将来的利用率。
11、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，所述数据输出装置 (24)包括查找表格，所述査找表形成用于获得源位置作为输入量，并形成用于提供信息作为呈现器模块的输出量，所述信息与输入侧输 入的源位置的呈现器模块有效还是无效有关。
12、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，所述数据输出装置 (24)形成用于将虚拟源的音频文件、虚拟源的源位置、与音频场景中的虚拟源的起始、结束和/或持续时间有关的信息提供给与有效的扬 声器相关联的呈现器模块。
13、 如前述权利要求之一所述的设备，其中，所述数据输出装置 (24)形成用于进一步向呈现器模块提供与虚拟源的类型有关的信息，所述信息是虚拟源是点源、平面波的源、还是其它形状的波的源。
14、 一种方法，用于向多个呈现器模块(53a-53d)提供用于波场 合成系统中波场合成呈现的数据，其中，至少一个扬声器(70)与每 个呈现器模块相关联，与呈现器相关联的扬声器附在再现室(50)中 的不同位置处，所述方法包括提供(22)多个音频文件，其中，源位置(Ql)处的虚拟源与音频文件相关联；以及将音频文件提供(24)给呈现器，所述呈现器与对于虚拟源的再 现有效的扬声器相关联，其中，如果与另一呈现器相关联的扬声器对 于源的再现并不有效，则不将音频文件提供给所述另一呈现器。
15、 一种具有程序代码的计算机程序，当在计算机上执行所述程 序时，用于执行如权利要求14所述的方法。
全文摘要
一种设备，用于向多个呈现器模块提供用于波场合成系统中波场合成呈现的数据，其中，至少一个扬声器与每个呈现器模块相关联，与呈现器相关联的扬声器可附在再现室中的不同位置处，所述设备包括装置(22)，用于提供多个音频文件，其中，源位置处的虚拟源与音频文件相关联。所述设备还包括数据输出装置(24)，用于将音频文件提供给与有效扬声器相关联的呈现器，所述数据输出装置(24)还形成用于如果与呈现器相关联的所有扬声器对于源的再现并不有效，则不将音频文件提供给所述呈现器。据此，避免了波场合成系统中不必要的数据传输，同时最佳利用了多呈现器系统中的呈现器的最大容量。
文档编号H04S3/00GK101129090SQ200680005940
公开日2008年2月20日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年2月23日
发明者凯-乌韦·泽特勒, 加布里埃尔·加茨舍, 卡特里·赖歇尔特, 托马斯·海姆里希, 桑德拉·布里克斯 申请人:弗劳恩霍夫应用研究促进协会;伊尔梅瑙工业大学