专利名称：音频再现装置和音频再现方法
技术领域：
本公开涉及在连接到具有扬声器的扬声器单元时能够根据扬声器单元的模型校正扬声器特性的音频再现装置和其音频再现方法。
背景技术：
近年来，具有音乐再现能力的便携式电话和便携式数字音乐播放器已得到普及。 随着其得到普及，这些便携式音乐播放器通常连接到底座式扬声器(docking speaker)以再现声音。通常，便携式音乐播放器仅具有小直径扬声器或甚至不具有扬声器。然而，通过将便携式音乐播放器连接到作为相对大直径扬声器的底座式扬声器，可以以高质量或高音量再现从便携式音乐播放器输出的音频信号。当从该底座式扬声器再现声音时，在便携式音乐播放器的内部对音频信号进行信号处理，从而可校正扬声器特性。扬声器特性包括频率特性、失真、瞬态特性和取决于扬声器结构的方向特性。如果提前知道用作音频输出装置的扬声器的这些特性，则可以通过信号处理对它们进行校正。即使在不知道用作音频输出装置的扬声器的特性时，也可以通过经由麦克风收集从扬声器输出的声音来计算扬声器的特性，并通过信号处理校正该特性。例如， JP-A-2008482042(段
，图7)公开了一种“再现装置”，该“再现装置”包括麦克风， 并基于从扬声器输出并由麦克风收集的测试声音来校正扬声器的特性。当在麦克风和扬声器之间不存在影响声音的传递的物体时，可以通过 JP-A-2008-282042公开的技术校正扬声器特性。然而，如果在麦克风和扬声器之间存在影响声音的传递的物体，这种校正可能是不可能的。在这种情况下，当通过JP-A-2008482042 中公开的技术校正扬声器特性时，进行校正的装置(下文中称为校正装置)需要获取麦克风和扬声器之间的位置关系。也就是说，除非校正装置得到位置关系，否则可能难以分离扬声器特性对由麦克风收集的声音的影响和声波经由空间传播期间接收的影响。当通过便携式音乐播放器校正底座式扬声器的特性时，底座式扬声器和便携式音乐播放器的组合可以是各种配置。另外，在便携式音乐播放器被安装在底座式扬声器上的状态下，作为该配置的结果，非常有可能在便携式音乐播放器的麦克风和底座式扬声器的扬声器之间存在影响声音传递的物体等。为此，在很多情况下，可能无法指定底座式扬声器和便携式音乐播放器中设置的麦克风之间的位置关系。因而，难以使用便携式音乐播放器的信号处理校正底座式扬声器的特性。因此，期望提供一种能够根据扬声器单元的模型校正扬声器特性的音频再现装置和方法。
发明内容
因此，公开了一种用于处理声音信号的方法。该方法可以包括接收与第一装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第一参考数据；接收与第二装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第二参考数据；接收参考传递特性，其中参考传递特性基于第一和第二参考数据；由处理器基于由测试信号产生的声学数据来确定实际传递特性；以及由处理器基于参考传递特性和实际传递特性之间的差异计算校正系数。根据实施例，提供了一种具有第一参考点的用于处理声音信号的设备。该设备可以包括存储指令的存储器装置；以及处理单元，执行指令，以接收与第一参考点之间的位置关系相关联的第一参考数据；接收与第二参考点之间的位置关系相关联的第二参考数据；接收参考传递特性，其中参考传递特性基于第一和第二参考数据；基于由测试信号产生的声学数据确定实际传递特性；以及基于参考传递特性和实际传递特性之间的差异计算校正系数。根据实施例，提供一种包括指令的计算机可读的存储介质，当在处理器上执行该指令时，该指令使处理器执行用于处理声音信号的方法。该方法可以包括接收与第一装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第一参考数据；接收与第二装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第二参考数据；接收参考传递特性，其中参考传递特性基于第一和第二参考数据；生成测试信号；基于由测试信号产生的声学数据确定实际传递特性；以及由处理器基于参考传递特性和实际传递特性之间的差异计算校正系数。
图1是示出根据本发明实施例的音频再现装置的外部视图的透视图。图2是示出扬声器底座(dock)的外部视图的透视图。图3是示出对接(dock)到扬声器底座的音频再现装置的外部视图的透视图。图4是示出音频再现装置的功能结构的框图。图5是示出扬声器底座的功能结构的框图。图6是关于校正系数的确定的流程图。图7A到图7C是音频再现装置的平面图。图8A到图8C是扬声器底座的平面图。图9A和图9B是示出理想传递特性映射的概念图。图IOA和图IOB是示出理想传递特性候选的例子的图。图11是示出近似理想传递特性的方法的概念图。
具体实施例方式下文中，参考
本发明的实施例。音频再现装置和扬声器底座的示意结构图1是示出根据本发明实施例的音频再现装置1的外部视图的透视图，图2是示出音频再现装置1对接到的扬声器底座2的外部视图的透视图，且图3是示出对接到扬声器底座2的音频再现装置1的外部视图的透视图。在这些图中，空间中的一个方向将被定义为X方向，且与X方向垂直的方向被定义为Y方向，与X方向和Y方向垂直的方向被定义为Z方向。在本实施例中，作为例子来说明音频再现装置1是便携式音乐播放器的情形。如图1所示，音频再现装置1具有参考位置，诸如接合凹窝12和麦克风13。音频再现装置1设置有耳机可连接到的耳机端子14，以及用来输入用户的操作的输入按钮15。 音频再现装置1由用户携带，并响应于经由输入按钮15输入的用户操作从耳机端子14输出存储于其中的音频信号。音频再现装置1的尺寸可以是例如X方向上10cm，Y方向上2cm 和Z方向上3cm。接合凹窝12用于与扬声器底座2的机械连接和电气连接。以能够与扬声器底座 2的接合突出23接合的形状形成接合凹窝12。接合凹窝12设置有当接合凹窝12与扬声器底座2的接合突出23接合时电连接到扬声器底座2的连接端子(未示出)。麦克风13 收集从扬声器底座2的扬声器输出的声音。尽管麦克风13的安装位置不受特别限制，麦克风13被安装在这样的位置当音频再现装置1对接到扬声器底座2时其不被扬声器底座2 覆盖。稍后说明音频再现装置1的功能结构。如图2所示，扬声器底座2具有参考位置，诸如左扬声器21、右扬声器22和接合突出23。左、右扬声器21和22是一般的扬声器，且不具有任何特殊结构。扬声器的数目不限于两个。以能够与上述接合凹窝12接合的形状形成接合突出23，且接合突出23设置有通过接合来电气连接到音频再现装置1的连接端子(未示出)。扬声器底座2的尺寸可以是例如X方向上14cm、Y方向上6cm，以及Z方向上9cm。以这种方式，当接合凹窝12与接合突出23接合时，音频再现装置1和扬声器底座 2彼此固定地、电气地连接。在音频再现装置1中，经由接合凹窝12和接合突出23将音频信号发送到扬声器底座2侧。在扬声器底座2中，从左、右扬声器21和22输出与音频信号相对应的声音。此时，音频再现装置1对音频信号进行稍后说明的“校正处理”。音频再现装置的功能结构将说明音频再现装置1的功能结构。图4是示出音频再现装置1的功能结构的框图。如图中所示，音频再现装置1包括算术处理单元30、存储单元31、操作输入单元(输入按钮15和通用端口 37)、音频信号输出单元(D/A(数字/模拟)转换器38、耳机端子14和接合凹窝12)，音频信号输入单元 (麦克风13、放大器39和A/D (模拟/数字)转换器40)以及通信单元35。这些部件经由总线36彼此连接。算术处理单元30是能够进行算术处理的装置，典型地是CPU (中央处理单元)。算术处理单元30经由总线36从存储单元31获取音频内容的音频信号(内容音频信号)，对内容音频信号进行稍后说明的校正处理，并经由总线36将校正的音频信号提供给音频信号输出单元。存储单元31可以是ROM (只读存储器)、RAM (随机存取存储器)、HDD (硬盘驱动)、 SSD (固态驱动)等，并存储音频内容数据D、第一数据E、理想传递特性映射F。音频内容数据D是至少包括声音的内容数据。稍后将说明第一数据E和理想传递特性映射F。操作输入单元包括输入按钮15和通用输入端口 37。输入按钮15经由通用输入端口 37连接到总线36，并经由通用输入端口 37和总线36将操作输入信号提供给算术处理单元30。
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音频信号输出单元包括D/A转换器38、耳机端子14和接合凹窝12。耳机端子14 和接合凹窝12经由D/A转换器38连接到总线36。由算术处理单元30提供的内容音频信号被经由D/A转换器38输出到耳机端子14和扬声器底座2侧。将用音频信号SigA表示输出到扬声器底座2侧的内容音频信号。音频信号输入单元包括麦克风13、放大器39和A/D转换器40。麦克风13经由放大器39和A/D转换器40连接到总线36，并经由放大器39、A/D转换器40和总线36将收集的音频信号(声音收集信号)提供给算术处理单元30。通信单元35被连接到总线36并进行与诸如因特网的网络的通信。通信单元35 具有通信线缆连接到的连接器、用于实现无接触通信的天线单元等。通信单元35经由总线 36向算术处理单元30传递所接收的信息或从算术处理单元30接收要发送的信息。以这种方式构造音频再现装置1。然而，音频再现装置1的结构不限于此处所示。 例如，在音频再现装置1中可提供扬声器，使得可以在没有任何外部装置帮助的情况下再现声音。在这种情况下，音频再现装置1被连接到扬声器底座2，以便以更高的质量、更高的音量再现声音。扬声器底座的功能结构将说明扬声器底座2的功能结构。图5是示出扬声器底座2的功能结构的框图。如图中所示，扬声器底座2包括接合突出23、放大器M以及左、右扬声器21和 22。经由放大器M将通过接合凹窝12和接合突出23从音频再现装置1侧提供到扬声器底座2侧的音频信号SigA提供给左、右扬声器21和22，并将其作为声音从左、右扬声器21和22输出。音频再现装置的操作将说明音频再现装置1的操作。当用户操作输入按钮15时，算术处理单元30将针对音频内容数据D的请求发送到存储单元31，并通过扩展算术处理生成内容音频信号。在此，算术处理单元30将询问信号输出到例如接合凹窝12的连接端子，并检测是否连接了扬声器底座2。当没有检测到扬声器底座2时，算术处理单元30经由总线36将内容音频信号提供给D/A转换器38。在这种情况下，没有对内容音频信号进行校正处理。D/A转换器38对内容音频信号进行D/A转换并将转换的信号输出到耳机端子14。从连接到耳机端子14的耳机作为声音来输出内容音频信号。当检测到扬声器底座2时，算术处理单元30对内容音频信号进行稍后所述的校正处理。算术处理单元30经由总线36将校正的内容音频信号提供给D/A转换器38。D/A转换器38对内容音频信号进行D/A转换并通过接合凹窝12将转换的信号输出到扬声器底座 2侧。内容音频信号(SigA)被提供到左、右扬声器21和22，并作为声音从扬声器输出。校ιΗ处理将说明由音频再现装置1进行的校正处理。例如，当音频再现装置1首先连接到扬声器底座2时，确定用于校正处理的“校正系数”。针对音频再现装置1和扬声器底座2的组合确定校正系数。当音频再现装置1与
7扬声器底座2分离并被对接到扬声器底座2时，使用所确定的校正系数。当音频再现装置1 连接到与扬声器底座2不同的另一扬声器底座时，对该扬声器底座确定校正系数。稍后将说明校正系数的确定。音频再现装置1使用所确定的校正系数对内容音频信号进行校正处理。音频再现装置1可以通过对内容音频信号应用数字滤波器，诸如FIR(有限脉冲响应)滤波器或 IIR(无限脉冲响应)滤波器，通过算术处理单元30进行校正处理。数字滤波器的校正处理可表示为以下表达式1。表达式1y (s) = G(S) · x(s)在表达式1中，y(s)是从数字滤波器输出的内容音频信号的拉普拉斯函数(输出函数)，x(s)是输入到数字滤波器的内容音频信号的拉普拉斯函数(输入函数)，且G(S)是脉冲响应函数的拉普拉斯函数。G(S)被称为“校正系数”。表达式1意味着输出函数对输入函数的脉冲响应由校正系数改变。接着，说明校正系数的确定。图6是关于校正系数的确定的流程图。以下详细说明每个步骤。在以下说明中， 将说明确定左扬声器21的校正系数的处理。这同样适用于确定右扬声器22的校正系数的处理。如图6所示，音频再现装置1获取第一数据(Ml)(即第一参考数据)。第一数据是指定麦克风13 (即输入装置)关于接合凹窝12 (即装置接收部分)的位置和取向的数据。 随后，音频再现装置1获取第二数据( (即第二参考数据)。第二数据是指定声音产生装置(在该例子中是左扬声器21)关于接合突出23 (即装置接收部分)的位置和取向的数据。随后，根据步骤乂1和乂2中获取的第一和第二数据，在由这些数据指定的位置和取向 (以下称为位置关系)下，音频再现装置1确定“理想传递特性”(即参考传递特性)6t3)。 理想传递特性是在理想地校正扬声器特性时的位置关系下测量的传递特性。随后，音频再现装置1在这些位置关系下测量左扬声器21的传递特性(实际传递特性)(M4)。传递特性是由麦克风13收集的声音的信号(声音收集信号，即声学数据结果)与输出到左扬声器21的测试声音信号的比。随后，音频再现装置1计算使实际传递特性与理想传递特性相同的校正系数(St5)。下文中，将详细说明每个步骤。将说明第一数据获取步骤(Ml)。图7A到图7C是音频再现装置1的平面图。图7A是从Z方向看的顶视图，图7B 是从Y方向看的前视图，且图7C是从X方向看的侧视图。如这些图中所示，当原点Om在接合凹窝12的一点处时，麦克风13的位置坐标(下文中为Pm)是麦克风13的坐标。在图7A 到图7C中，对X、Y和Z坐标，麦克风13的位置坐标Rn分别被示为Xm、Ym和加。麦克风13 的取向(声音收集方向)可被表达为方向向量。在图7A到图7C中，麦克风13的方向向量被表示为Vm。在本实施例中，由于第一数据E存储在存储单元31中，算术处理单元30从存储单元31获取第一数据E。当第一数据没有存储在存储单元31中时，算术处理单元30可以经由通信单元35从网络获取第一数据。此外，算术处理单元30可获取由用户通过输入按钮 15直接输入的第一数据。以这种方式，算术处理单元30获取第一数据。
将说明第二数据获取步骤(M2)。图8A到图8C是扬声器底座2的平面图。图8A是从Z方向看的顶视图，图8B是从 Y方向看的前视图，且图8C是从X方向看的侧视图。如这些图中所示，当原点Os在接合突出23的一点处时，左扬声器21的位置坐标(下文中为Ps)是左扬声器21的坐标。在此， 当接合突出23连接到接合凹窝12时，假定原点Os与原点Om相同。在图8A到图8C中，对 X、Y和Z坐标，左扬声器21的位置坐标I^s分别被示为Xs、Ys和Zs。左扬声器21的取向 (声音输出方向)可被表示为方向向量。在图8A到图8C中，左扬声器21的方向向量被表示为Vs0可将针对各种模型(类型)的扬声器底座的第二数据提前存储在存储单元31中。 在这种情况下，算术处理单元30能够通过参考由用户通过输入按钮15输入的扬声器底座2 的“模型信息”，从存储单元31获取相同模型的扬声器底座的第二数据。模型信息是可指定扬声器底座的模型的信息，且例如可使用扬声器底座的模型号。此外，算术处理单元30可基于输入的模型信息经由通信单元35从网络获取相对应模型的扬声器底座的第二数据。 另外，例如，当照相机、条形码读取器等安装在音频再现装置1上，且条形码、QR码(注册商标)等被打印在扬声器底座2上时，算术处理单元30可通过参考利用照相机等从QR码等获得的模型信息从存储单元31获取第二数据。当第二数据没有存储在存储单元31中时，算术处理单元30可经由通信单元35从网络获取扬声器底座2的第二数据。此外，算术处理单元30可以获取由用户通过输入按钮 15直接输入的第二数据。以这种方式，算术处理单元30获取第二数据。第一数据获取步骤(Stl)和第二数据获取步骤(St2)的顺序可颠倒。将说明理想传递特性确定步骤(St3)。算术处理单元30根据步骤Stl获得的麦克风13的位置坐标Rii和方向向量Vm以及步骤M2中获得的左扬声器21的位置坐标I^s和方向向量Vs确定理想传递特性Hi0^ftl, Ps,Vs)。理想传递特性Hi(Pm、,Ps,Vs)是要在理想地校正了扬声器特性时的位置关系(Rn，Vm, Ps, Vs)下测量的传递特性。理想扬声器特性可以是平坦频率特性、线性相位特性、最小相位特性等。算术处理单元30能够使用“理想传递特性映射”确定理想传递特性Hi(Pffl, Vffl, Ps, Vs)。 如上所述，理想传递特性映射F存储在存储单元31中。图9A和图9B是示出理想传递特性映射的概念图。在图9A和图9B中，左扬声器21的方向向量Vs不同。在图9A和图9B中省略了对Z轴方向的图示。理想传递特性映射是这样的映射针对麦克风13的每个位置坐标Rn和方向向量Vm，把理想传递特性候选映射在关于扬声器(在该例子中是左扬声器21) 的原点(Os)的位置坐标的每个格点(grid)中。例如，使用具有理想扬声器特性的扬声器提前测量理想传递特性候选。例如，如图9A和图9B所示，当麦克风13的位置坐标Rn是 (Xm, Ym) = (3，-1)且方向向量Xm与Y轴平行时，请求对应的映射。另外，此处，根据左扬声器21的方向向量Vs选择对应的映射。坐标的值((3，-1)等)是任意的，且其单位例如是cm。图9A示出在左扬声器21的方向向量Vs与Y轴平行时的映射的例子，且图9B示出在方向向量Vs相对于Y轴倾斜时的映射的例子。在各个映射中，例如，当位置坐标I3S是 (Xs,Ys) = (-3,3)时，可以指派到格点的理想传递特性候选被确定为理想传递特性Hiiftl,^1,Ps, Vs) °图IOA和图IOB示出在图9A所示的映射中左扬声器21的位置坐标I3S不同时的理想传递特性的差异。图IOA示出在位置坐标Psl是(Xs，Ys) = (-3,3)时的理想传递特性 Hi(Pm,I1^vs)，且图IOB示出在位置坐标Ps2是(Xs，Ys) = (2, -3)时的理想传递特性Hi(Pm,
Vm, Ps, Vs) °当音频再现装置1不使用理想传递特性映射而是根据第一和第二数据确定理想传递特性Hi(Pm、,Ps,Vs)时，由于音频再现装置1的外壳导致的衍射作用等，难以计算线性特性。算术处理单元30可以通过从提前映射的理想传递特性候选中选择第一和第二数据彼此接近的理想传递特性候选来确定理想传递特性Hi(Pm^,Ps,Vs)。在以上例子中，尽管说明了位置坐标I^s位于格点上的情况，还可以考虑位置坐标 I3S不位于格点上的情况。在这种情况下，最接近I3S的格点的理想传递特性候选可以被确定为理想传递特性Hi (Pffl, Vffl, Ps, Vs)。此外，可以根据相邻格点的理想传递特性候选近似理想传递特性。图11是示出近似理想传递特性Hi(Pmjm,Ps,Vs)的方法的概念图。例如，如图中所示，当位置坐标I3S位于格点Pal和1^8 (PaN)之间时，位置坐标I3S 和各个格点PaN之间的距离是Dal至Da8 (DaN)，且各个格点PaN的理想传递特性候选是Hal 到Ha8 (HaN)，所确定的理想传递特性Hi(Pm, Vffl, Ps, Vs)可以通过以下公式1来表示。在公式1 中，Dsum是Dal至Da8的和。[等式1]
权利要求
1.一种计算机实现的用于处理声音信号的方法，包括接收与第一装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第一参考数据； 接收与第二装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第二参考数据； 接收参考传递特性，其中所述参考传递特性基于所述第一和第二参考数据； 由处理器基于由测试信号产生的声学数据来确定实际传递特性；以及由所述处理器基于所述参考传递特性和所述实际传递特性之间的差异计算校正系数。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括 基于所述校正系数处理声音信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述参考传递特性包括响应于由所述第一装置基于所述第一和第二参考数据进行的确定接收所述参考传递特性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述参考传递特性包括响应于由所述第二装置基于所述第一和第二参考数据进行的确定接收所述参考传递特性。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一参考数据和所述第二参考数据对应于存储在存储装置中的预定数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一参考数据和所述第二参考数据包括从网络接收所述第一参考数据或所述第二参考数据的至少之一。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一装置上的所述参考位置包括与输入装置相对应的第一位置和与装置接收部分相对应的第二位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二装置上的所述参考位置包括与声音产生装置相对应的第一位置和与装置接收部分相对应的第二位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一装置是移动电话、音乐播放器、手持计算机、导航系统或个人数字助理。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一装置上的参考位置之一对应于麦克风的位置，且所述第一装置使用所述麦克风来执行一个或多个功能。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括通过应用数字滤波器，基于所述校正系数来处理声音信号。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括 接收与所述第二装置相对应的标识信息， 其中所述请求包括所述标识信息；以及接收所述第二参考数据包括响应于所述请求接收所述第二参考数据。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一参考数据包括 空间坐标；以及与所述第一装置上的所述参考位置相关联的方向向量。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二参考数据包括与所述第二装置上的所述参考位置相关联的方向向量。
15.一种具有第一参考点的用于处理声音信号的设备，包括 存储指令的存储器装置；以及处理单元，执行指令，以接收与所述第一参考点之间的位置关系相关联的第一参考数据； 接收与第二参考点之间的位置关系相关联的第二参考数据； 接收参考传递特性，其中所述参考传递特性基于所述第一和第二参考数据； 基于由测试信号产生的声学数据确定实际传递特性；以及基于所述参考传递特性和所述实际传递特性之间的差异计算校正系数。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述处理单元执行所述指令以基于所述校正系数处理声音信号。
17.根据权利要求15所述的设备，还包括用于通过网络发送请求的通信单元，其中处理单元响应于所述请求接收所述第二参考数据。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述存储器装置将所述第一参考数据和所述第二参考数据存储为预定数据。
19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述第一参考数据包括 空间坐标；以及与所述第一装置上的所述参考位置相关联的方向向量。
20.—种包括指令的计算机可读存储介质，当在处理器上执行所述指令时，所述指令使处理器执行用于处理声音信号的方法，所述方法包括接收与第一装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第一参考数据； 接收与第二装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第二参考数据； 接收参考传递特性，其中所述参考传递特性基于所述第一和第二参考数据； 生成测试信号；基于由所述测试信号产生的声学数据确定实际传递特性；以及由所述处理器基于所述参考传递特性和所述实际传递特性之间的差异计算校正系数。
全文摘要
提供一种音频再现装置和音频再现方法。提供用于处理声音信号的方法、设备和计算机可读的存储介质。该方法包括接收与第一装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第一参考数据，接收与第二装置上的参考位置之间的位置关系相关联的第二参考数据，接收基于第一和第二参考数据的参考传递特性，通过处理器基于由测试信号产生的声学数据确定实际传递特性，以及基于参考传递特性和实际传递特性之间的差异通过处理器计算校正系数。
文档编号H04S7/00GK102209290SQ20111007410
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年3月29日
发明者今誉 申请人:索尼公司