扬声器阵列的均衡的制作方法

扬声器阵列的均衡的制作方法
【专利摘要】描述了可以用于实现声音再现系统中的扬声器的均衡和/或低音管理的方法和装置。
【专利说明】扬声器阵列的均衡
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年7月1日提交的美国临时申请N0.61/504，005和2012年4月20日提交的N0.61/636,076的优先权，其中两者都通过引用全部合并于此。
【技术领域】
[0003]本申请涉及信号处理。更具体地，本发明的实施例涉及扬声器和扬声器阵列的均衡。
【背景技术】
[0004]用于创建影院内容的技术包括混合数字音频信号以生成用于与整个电影呈现的视觉分量结合呈现的数字音频声轨。混合音频信号的部分被分配给并且通过特定数目的预定义声道被重放，例如在杜比数字5.1情况下为6声道，以及在杜比环绕声7.1情况下为8声道，两个都是行业标准。图1示出杜比环绕声7.1的声音再现系统的示例。
[0005]在此示例中，声音再现系统包括用于通过8声道再现混合音频的16个扬声器。屏幕后面的扬声器对应于左边(L)、中间(C)、右边(R)，以及低频效果(LFE)声道。四个环绕声道从后面传达声音并且传到听音环境的侧面；左侧环绕声(Lss)、左后环绕声(Lrs)、右后环绕声(Rrs )、以及右侧环绕声。在影院环境中，每个环绕声道通常包括被称为阵列的多个扬声器(此示例所示为3)。阵列中的每个扬声器由相同的信号驱动，例如，所有3个Lss扬声器接收相同的Lss声道信号。
[0006]在特定房间安装此类用于重放的系统通常包括为每个声道调整扬声器组的频率响应以符合预定义的基准。这伴随有利用基准信号(例如，色调或噪音序列)驱动每个声道的扬声器、利用位于房间的一个或多个麦克风(未示出)捕获声能、将捕获的能量馈送回到声音处理器、以及调整在声音处理器处的对应声道的频率响应以达到期望的响应。
[0007]此均衡可以例如根据由电影与电视工程师学会(SMPTE)公布的标准进行，这些标准诸如例如用于电影-配音影院、审片室、以及室内影院-B-链电声响应的SMPTE标准202M-1998 ( ?1998 )或用于电影-配音阶段(混录室)、放映室以及室内影院_B_链电声响应的SMPTE标准202:2010( ?2010 )，其中后一种的副本附于此作为附录并且成为此公开的一部分。

【发明内容】

[0008]根据各种实施例，提供用于均衡声音再现系统的扬声器的方法、系统、设备、装置、和计算机可读的介质。根据第一类实施例，在听音环境中以多个阵列配置扬声器，每个阵列包括扬声器的子集。为每个扬声器确定各自的频率响应。参考对应的各自的频率响应和扬声器基准频率响应为每个扬声器确定各自的扬声器均衡系数。为每个阵列确定阵列频率响应，包括利用对应的各自的扬声器均衡系数修改应用于每个阵列中的每个扬声器的刺激。参考对应的阵列频率响应和阵列基准频率响应为每个阵列确定阵列校正均衡系数。[0009]根据特定的实施例，声音再现系统还包括听音环境中的一个或多个重低音扬声器；每个扬声器被分配与所述扬声器相关联的低于截止频率的低频能量被定向到的所述一个或多个重低音扬声器的子集。确定各自的频率响应和阵列频率响应包括将每个扬声器的低频能量定向到分配的一个或多个重低音扬声器。根据更特定的实施例，参考扬声器与分配的一个或多个重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离，在分配的一个或多个重低音扬声器之间分摊每个扬声器的低频能量。
[0010]根据特定的实施例，所述扬声器中的第一扬声器被在第一重放模式中利用第一音频信号驱动，所述第一扬声器独立于阵列中的包括所述第一扬声器的第一阵列，该步骤包括利用与所述扬声器中的所述第一扬声器相关联的各自的扬声器均衡系数以修改第一音频信号的频率内容。第一阵列中的所有扬声器被在基本上与第一重放模式同时的第二重放模式中利用第二音频信号驱动，包括利用与第一阵列中的扬声器相关联的各自的扬声器均衡系数和与第一阵列相关联的阵列校正均衡系数以修改第二音频信号的频率内容。根据更特定的实施例，声音再现系统还包括在听音环境中的一个或多个重低音扬声器，每个扬声器被分配一个或多个重低音扬声器的子集。利用第一音频信号驱动扬声器中的第一扬声器以及利用第二音频信号驱动第一阵列的所有扬声器包括参考扬声器与分配的一个或多个重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离在分配的一个或多个重低音扬声器当中分摊每个扬声器的低频能量。
[0011]根据更特定的实施例，第一音频信号由指定表示听音环境的虚拟环境中的离散声音的虚拟轨迹的数字对象表不。包括第一扬声器的扬声器的子集被确定为在第一重放模式中利用一个或多个功率放大器驱动以呈现离散声音以实现与虚拟轨迹对应的听音环境中的表观轨迹。
[0012]根据另一类实施例，提供用于实施用于包括多个扬声器和一个或多个重低音扬声器的声音再现系统的低音管理的方法、系统、设备、装置、和计算机可读介质。每个扬声器被分配与扬声器相关联的低于截止频率的低频能量被定向到的一个或多个重低音扬声器的子集。参考扬声器与分配的一个或多个重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离确定被定向到分配的一个或多个重低音扬声器中的每一个的相关联的低频能量的一部分。
[0013]根据特定的实施例，重低音扬声器基于与扬声器的空间关系被分配给每个扬声器。
[0014]根据特定实施例，从分配给特定扬声器的重低音扬声器的子集中排除特定重低音扬声器，其中与被定向到该特定重低音扬声器的特定扬声器相关联的低频能量的确定的部分低于阈值。
[0015]根据特定的实施例，参考特定扬声器与特定分配的重低音扬声器之间的欧几里德距离的指数幂确定与被定向到分配的重低音扬声器中特定的一个的特定扬声器相关联的低频能量的部分。
[0016]根据特定的实施例，参考表不其中布置扬声器和重低音扬声器的听音环境的房间配置文件为每个扬声器确定扬声器与分配的重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离。
[0017]根据特定的实施例，分配给扬声器中特定的一个扬声器的重低音扬声器的子集包括声音再现系统的全部或比全部少的重低音扬声器。[0018]根据特定的实施例，与特定扬声器相关联的低频能量被在它的分配的重低音扬声器当中分摊，并且利用分摊的低频能量驱动分配给特定扬声器的重低音扬声器以使得得到的声能好像是来源于听音环境中接近特定扬声器的位置。
[0019]根据先前描述的实施例的任何一个的特定实施例，声音再现系统采用具有多个声道的数字音频格式，并且其中每个阵列对应于声道中的一个。
[0020]对本发明的性质和优点的进一步的了解可以通过参考说明书的其余部分和附图来实现。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是多声道数字音频再现系统的示例的简图。
[0022]图2是多声道数字音频再现系统的另一个示例的简图。
[0023]图3是用于获取均衡系数的技术的流程图。
[0024]图4是用于利用均衡系数呈现数字音频的技术的流程图。
[0025]图5是其中描述低音管理技术的听音环境的简图。
【具体实施方式】
[0026]现在将对本发明的特定实施例详细做出参考。在附图中示出了这些特定实施例的示例。虽然结合这些特定实施例描述本发明，但是应当理解，不预期将本发明限制到描述的实施例。相反地，意图涵盖可以被包括在如附加权利要求书所定义的本发明的精神和范围之内的替换、修改和变化。在下面说明书中，阐述细节以便提供对本发明的更彻底的理解。在没有某些或所有这些细节的情况下可以实践本发明。此外，公知的特征可以不被详细描述以避免不必要地模糊本发明。
[0027]描述可以用于实现声音再现系统中的扬声器的均衡技术，这些技术对具有越来增大的数目的声道和逐渐复杂的声音再现模式的系统尤其有益。
[0028]图2示出了可以实践特定实施方式的影院环境200 (从头顶看)的示例。投影仪202、声音处理器204、和音频功率放大器组206协作地操作以提供电影呈现的视觉和音频分量，其中功率放大器206驱动布置在环境周围的扬声器和重低音扬声器(为了清楚未不出连接)。声音处理器204可以是各种计算设备或声音处理器中的任何一个，包括例如一个或多个个人计算机或一个或多个服务器、或诸如例如来自于杜比实验室公司的杜比数字影院处理器CP750之类的一个或多个影院处理器。音响工程师208与声音处理器204的交互可以通过膝上计算机210、平板、智能电话机等经由例如基于浏览器的html连接进行。测量和处理通常将利用包括模拟或数字输入以接收麦克风馈入以及输出以驱动扬声器的声音处理器进行。
[0029]描述的环境包括头顶扬声器并且可以由声音处理器配置以利用与不同声道对应的扬声器的不同子集重放具有不同数目的音频声道(例如，6、8、10、14等)的声轨。根据各种数字音频格式中的任何一个(例如，杜比5.1或7.1，或具有较大数目的声道的格式，例如
9.1,13.1、或更高)，声音处理器204可以被配置为利用用于对应声道的混合音频驱动扬声器的每个子集或阵列(经由功率放大器206)。
[0030]声音处理器204也可以被配置为基本上与混合音频声道重放同时地对听音环境中的扬声器的各个子集实行更粒性的控制以呈现其中离散的声音像是在环境中的特定点处发起的现实的三维虚拟声音环境，并且随着对应于视觉呈现的现实轨迹在环境中移动。也就是说，声音处理器204被配置为独立于各个声道的混合音频并且基本上与各个声道的混合音频同时地驱动各个扬声器或各个扬声器的组合以达到这样的效果。这可以例如利用指定对应于实际听音环境的虚拟三维环境中的此类离散声音的声音对象来完成。根据特定类的此类实施方式，扬声器和重低音扬声器的实际配置被在声音处理器可用的房间配置文件中指定(例如，利用任何适当的二维或三维坐标系)，所述声音处理器将声音对象的指定翻译为伴随适当的增益驱动一组扬声器以实现期望的表观位置和/或在呈现期间声音的移动轨迹。
[0031]根据特定的实施方式，声音处理器204被配置为在两层均衡处理中调整听音环境中的扬声器的频率响应。如将讨论的，第一层均衡将每个各个扬声器均衡到指定的目标频率响应，并且然后第二层均衡利用第一层均衡适当地分组到阵列中的扬声器。图3中示出了用来生成均衡系数的获取处理的特定实施方式。
[0032]在图3中描述的均衡处理被作为设置处理的一部分进行并且可以利用诸如例如声音处理器204之类的一个或多个声音处理器进行，通过该设置处理，诸如在图2中描述的声音再现系统之类的声音再现系统被配置用于特定听音环境。当声音再现系统由音响工程师(例如，工程师208)经由联接到声音处理器(例如，利用膝上计算机210)被首先部署时，执行均衡处理。并且如将理解，处理也可以在任何随后的时候执行，例如，周期性地(甚至每天)调整均衡以对听音环境解释任何修改或扬声器和重低音扬声器频率响应的变化。为了简化处理，麦克风212的阵列被部署在听音环境中以向用于测量各种各自的扬声器与阵列(为了清楚未示出连接)的频率响应声音处理器提供反馈。
[0033]根据各种实施方式，可以以各种方式处理由麦克风捕获的声能。例如，由麦克风捕获的能量可以被平均以保证使用能量的准确表示(例如，较少受房间的各种模式影响)。根据某些实施方式，仅仅特定麦克风可以用来获取用于扬声器的特定子集的声能。可替换地或此外，来自于不同的麦克风的贡献可以根据它们的位置被加权。对本领域的技术人员来说，其它适当的变化将显而易见。
[0034]第一层均衡跨图3的流程图的顶部从左至右示出并且被对于听音环境中的每个扬声器执行。每个扬声器被单独地利用刺激，例如，粉红噪声、正弦扫描等驱动(302)。可选的低音管理步骤(304)确定用于每个扬声器的驱动信号的低频能量的量(0和100%之间)以重定向到位于听音环境(通常而不一定是最近的一个)周围的一个或多个重低音扬声器。以下讨论可以用于确定这些量的低音管理处理的更多细节。
[0035]由应用的刺激产生的声能被捕获(例如，利用麦克风)并且由声音处理器对于每个各个扬声器测量(306)。根据特定实施方式，这包括在音频谱(例如，0-20kHz)上分布的对数间隔点(例如，200个点)处生成值。
[0036]根据更特定的实施方式，粉红噪声的20秒被用作默认刺激，并且测量数据的结果的20秒被利用运行的大约2.7秒持续时间的快速傅里叶变换(FFT)进行平均，产生大约131，000个频率数据点。这实现甚至在低频率处非常高的分辨率。大约131，000数据点被装箱到一些低得多的数目的数据点(例如，200)，其将与基准响应比较地使用。如将被理解的，此类方法允许根据应用在测量的频率响应中更大或更小的分辨率。除了比利用多带滤波器的直接、逐点谱测量快速之外，此方法也容易地得出利用逐点谱测量不会被容易可获得的扬声器的脉冲响应。
[0037]声音处理器然后通过比较捕获的声能的频率响应与期望基准(例如，来自于“X曲线”族)，并且选择用于数字滤波器的系数以修改扬声器的输入的频率内容以便最小化扬声器的频率响应与基准响应之间的差异，来计算用于每个各自的扬声器(或扬声器/重低音扬声器组合)的滤波器系数，这里也称为“均衡系数”(308)。用于此差异的公差可以对于特定应用变化。期望的基准响应可以对每个扬声器是相同的。可替换地，不同的基准响应可以用于不同的扬声器，例如，以针对具有不同操作特性的扬声器的不同类型。
[0038]X 曲线在 2006 年 7 月 /8 月的 SMPTE Motion Imaging Journal 中的 loan Allen提出的X曲线中描述，其副本作为附录附于此并且形成本公开的一部分。但是应当理解，可以使用多种其它基准。也应注意，为特定扬声器/重低音扬声器组合确定均衡系数，用于每个重低音扬声器的均衡系数可以在用于各种扬声器/重低音扬声器组合的均衡系数的确定之前在单独操作(未示出)中确定。
[0039]根据特定实施方式，为其生成均衡系数的滤波器是实现为多速率有限冲激响应滤波器的1/12倍频程(octave)带分辨率波器。适合本发明的实施例使用的滤波器实施方式和系数计算的示例在2008年1月22日公布的Digital Multirate Filtering的美国专利N0.7，321，913中描述，其副本作为附录附于此并且形成为本公开的一部分。本领域的技术人员也将理解，可以采用各种可替换方式。例如，诸如在’ 913专利中描述的滤波器实施方式可以需要比在一些应用(例如，消费应用)中期望的或可用的处理资源更多的处理资源。此类应用因此可以使用更高效的滤波器实施方式(在处理资源方面)，诸如，例如双二阶滤波器或其它适当的可替换方式。
[0040]在一些实施方式中，可以参考用于特定扬声器类型(例如，房间配置文件中指定的)的操作的频率范围，限制特定扬声器的均衡。因此，可以进一步限制为扬声器确定的标称均衡以忽略扬声器的操作范围之外的频带。例如，不存在试图在20赫兹处将诸如高频扬声器之类的高频扬声器放大100分贝的点。
[0041]也可以限制均衡在扬声器的操作范围中的特定频率处可以将对于特定扬声器的驱动放大或切割的量。例如，允许高于某一量的放大可以导致声音处理器对信号的切断，即使此类放大级别可能是扬声器的频率响应匹配基准响应所需的。为了避免这一点，可以限制标称均衡以保证在任何特定频率处的放大或切割不超过某个可编程的阈值。如将理解的，此类限制可以导致扬声器的响应与期望的基准响应之间的差异，但是当与切断的影响比较时可以是可接受的损害。
[0042]—旦用于各个扬声器的均衡系数(“各个扬声器均衡系数”)已被确定，用于扬声器的每个阵列的均衡系数(这里也称为“阵列校正均衡系数”)则被确定。这通过图3的沿着左边的流程表示。应当注意，扬声器的阵列可以是在听音环境中的扬声器的任何一个任意定义的子集。但是，在一些应用中定义阵列以对应于例如具有较高数目的声道的格式杜比
5.1或7.1格式等的其中表示混合音频的数字音频格式的各种声道是有利的。
[0043]根据指定哪些扬声器属于哪一个阵列的阵列扇出(fanout) (310)，可以或可以不与之前应用的刺激相同的刺激(302)被复制到被均衡的阵列中的每个扬声器。阵列扇出也可以包括到阵列中的每个扬声器的阵列输入的能量守恒的缩放(例如，由扬声器数目的平方根的逆)以保证不管特定阵列中的扬声器的数目如何都达到一致的声压级。再次，可以可选地应用低音管理(312)以将阵列中的每个扬声器的声能的一部分重定向到它的分配的重低音扬声器。
[0044]然后在刺激应用于阵列(314)的对应扬声器(以及可能重低音扬声器)之前利用先前导出的用于各个扬声器的均衡系数对刺激进行滤波。以类似于如上参考各个扬声器系数的生成所述的方式利用麦克风阵列进行阵列的声能的捕获和测量(316)。理想地，仅仅利用各个扬声器系数的滤波效果将导致阵列的频率响应处于或接近期望的基准。但是，诸如低音建立和房间声学之类的影响可以引起通过利用阵列校正均衡系数的滤波校正的偏差。
[0045]如同用于各个扬声器的处理一样，通过将捕获的声能的频率响应与期望的基准响应进行比较并且选择将修改到阵列的输入的频率内容以便最小化阵列的频率响应与基准之间的差异的用于数字滤波器的系数，来确定这些系数(318)。应当注意，虽然一些应用可以采用相同的基准或基准族来确定各个扬声器系数与阵列系数二者，但是预期不同的基准可以被采用为各个扬声器之间、扬声器与阵列之间、以及不同的阵列之间的实施方式。此夕卜，虽然相同的滤波器实施方式可以被用于各个扬声器均衡与阵列均衡二者，但是应当注意不同的滤波器也可以被采用。
[0046]根据一些实施方式，可以执行确定的均衡的验证。也就是说，一旦已经为特定扬声器、扬声器/重低音扬声器组合、阵列、等等确定了均衡系数，则可以利用对应的均衡进行对应响应的另一个测量，其然后被与基准响应相比较以保证确定的均衡实际上导致与基准响应匹配。
[0047]根据采用低音管理方案的特定实施方式，在不将能量重定向到对应重低音扬声器(其响应被单独确定)的情况下，确定在均衡的第一层期间的各个扬声器的频率响应。但是，对于第二层均衡以及在重放期间，定向到特定扬声器的声能被利用分频器(cross-over)(例如，Linkwitz-Riley4阶分频器或其它适当的可替换方式)在扬声器与它对应的重低音扬声器之间分割。因为在第一层均衡中各个扬声器与对应重低音扬声器的频率响应没有被均衡为一个单元，所以在第二层均衡期间考虑分频器的频率响应以保证在确定用于重放的滤波器系数时阵列频率响应的结果测量考虑分频器的效果。也就是说，虽然扬声器和它的对应重低音扬声器的各自的均衡可以被假定作为一个单元一起工作以实现在没有明确地考虑分频器的情况下的期望响应，但是这可以不一定被对于整个阵列假定，并且因此在阵列均衡期间考虑分频器的效果。
[0048]根据可替换实施方式以及如这里其它地方提及的，可以在适当的低音管理的情况下执行第一层均衡以使得各个扬声器/重低音扬声器组合的响应被测量为一个单兀，其中分频器的效果在测量的响应中是固有的。这可以在初始均衡回合期间、或在用于扬声器和重低音扬声器的各自的响应已被测量和均衡(在对各个扬声器/重低音扬声器组合的后续的低音管理的测量和均衡)之后进行，以保证组合的校正的响应操作为期望的。
[0049]通过对于各个扬声器以及扬声器的阵列二者应用不同的、基本上同时的重放模式的均衡，这里描述的技术允许在组合不同的重放模式时声音的忠实再现。也就是说，例如，当驱动各个扬声器时(例如，作为点声音源)，扬声器的各自的均衡被应用于驱动信号以保证对该特定扬声器的最佳重放。但是，当扬声器的阵列被一起驱动时(例如，作为环境背景或声轨的一部分)，阵列的均衡被应用于驱动信号(除了对阵列中的各个扬声器的均衡之夕卜)以保证对阵列的最佳重放。这避免了在仅使用单独的均衡(例如，不希望的低音增强)时可能对阵列出现的假象。它也允许在两个不同模式下再现的声能之间的音质匹配，例如，在由作为点源驱动的扬声器产生的声能与由作为阵列的一部分驱动的相同扬声器产生的声能之间的音质匹配。
[0050]在图4中示出了使用诸如如上参考图3所述的那些均衡的呈现处理的特定实施方式。利用诸如例如图2的处理器204之类的一个或多个声音处理器可以进行呈现处理。在描述的呈现处理中由对象音频信号源极和阵列音频信号源表示音频重放的两个不同模式。由声音处理器和功率放大器对两个不同信号源的呈现基本上同时出现在扬声器上。例如，阵列音频信号可以对应于例如多声道数字音频格式的特定声道，而对象音频信号可以对应于要与由各种声道表示的环境声轨同时呈现的离散声音。当源是阵列音频信号(402)时，利用对于信号被定向到的阵列的先前计算的阵列校正均衡系数对信号滤波(404)，以及根据用于对应阵列(406)的阵列扇出来复制和缩放信号。
[0051]对象音频信号(408)经受平移(panning)操作(410)(其可以被认为是阵列扇出操作的动态模拟)，其由对象的指定和房间配置文件确定哪些扬声器要被驱动以及要被施加于每个扬声器的增益以实现由对象表示的预期效果(例如，以在听音环境中在特定表观位置处放置点声音源)。这可以导致例如在接收此输入的给定阵列中的扬声器的子集。此类对象也可以牵涉其它阵列中的扬声器(例如，在声音在听音环境中移动的情况下)，因此对象音频信号可以实际上以动态方式与多个不同的阵列音频信号交互。如同固定阵列扇出一样，平移操作也是能量守恒的以保证例如在声音在环境中移动时一致的声压级。
[0052]然后对象音频信号与用于对象音频信号也被定向到的特定阵列中的扬声器的校正的阵列音频信号组合(412)。再次，可以可选地应用低音管理(414)以将用于每个扬声器的声能的一部分重定向到它分配的重低音扬声器。然后组合信号在被发送给阵列(经由功率放大器)的扬声器以用于再现(418)之前利用单个扬声器均衡系数(416)滤波。如将被理解，描述的处理对系统中的所有活动的阵列基本上同时发生，其中一些活动的阵列中的扬声器在任何给定时间可以或也可以不同时呈现一个或多个对象音频信号。
[0053]用于大部分电影环境的重放需求中的一个是来自于前面的声道(例如，屏幕后面的扬声器)的声音在来自于环绕声道(例如，侧面，后面或头顶声道)的对应声音之前到达收听器。因此影院处理器通常延迟用于环绕声道的声音。根据一些实施方式，可以采用基于房间尺寸确定延迟的保守方法。根据其它实施方式，当正在测量用于每个扬声器的频率响应时，测量从该扬声器到麦克风的延迟。然后此延迟与为一个或多个前面的声道扬声器(例如，前面中心扬声器)测量的延迟相比较，并且此差异被用来选择用于重放的该扬声器的适当延迟。
[0054]根据如上所述的其中利用运行的FFT确定每个扬声器的频率响应的一个这样的实施方式，由FFT在频域中生成的频率响应点被逆变换到时域以获得扬声器的脉冲响应的表示。然后通过比较用于那些扬声器的相应时域脉冲响应的峰值来确定扬声器相对于例如前面中心扬声器的基准扬声器的延迟。
[0055]根据各种实施方式，均衡技术不仅校正测量的频率响应，而且试图匹配扬声器的音量。根据特定实施方式，这通过经由中范围滤波器(在音量测量中高低频率通常可以被忽略)传递用于每个扬声器的测量的响应并且计算每个扬声器的平均音量来实现，平均音量然后用于确定相对于例如前面中心扬声器的基准扬声器的测量的音量的增益校正。此增益校正也可以用于包括对应扬声器的阵列的均衡。用于各个扬声器的音量增益也可以被限制。这在例如扬声器损坏或不能有效地操作并且因此不能生成期望的声压级时可以是有益的。如果容许的音量增益不被限制，则用于匹配系统中其它扬声器的音量级所需的扬声器的确定的增益可能引起表现不佳的扬声器的不希望的过度驱动。
[0056]如上所述，在图3和4中示出了的处理的低音管理步骤包括驱动信号的低频率能量从每个扬声器到位于听音环境周围的一个或多个重低音扬声器的重定向。如同如上所述的阵列扇出和平移操作一样，这也可以被以能量守恒方式进行以实现对于给定数目的扬声器和重低音扬声器的一致声压级。特定扬声器的低频能量被重定向到的重低音扬声器可以被任意地分配，例如，由音响工程师设置系统。可替换地，此分配可以由声音处理器例如基于环境中的每个扬声器和各个重低音扬声器的相对位置自动进行。
[0057]根据特定实施方式,参考听音环境中的扬声器和重低音扬声器的相对位置(例如，在空间配置文件中指定的)确定用于被重定向到分配的重低音扬声器的每个扬声器的低频能量的量。这可以参考描述五个重低音扬声器的听音环境中的扬声器的各种阵列的实际排列的示例的图5中的图被理解。除了将每个扬声器分配到特定的重低音扬声器之外，调音工程师也可以指定用于扬声器的截止频率(单独地、以阵列等等)，其是这样的频率:低于该频率，信号能量将被重定向到分配的重低音扬声器。可替换地，可以使用默认截止和/或扬声器到重低音扬声器的自动分配。
[0058]一旦扬声器每个已被分配给一个或多个重低音扬声器并且用于每个的截止频率已被指定，工程师可以手动地指定每个扬声器的低频率能量在它的分配的重低音扬声器当中的分布。例如，如果仅仅两个附加重低音扬声器被布置在听音环境中，例如，一个在左边并且一个在右边，则工程师可以指定来自于左边的每个扬声器的低频率能量的所有或一些部分被重定向到左边重低音扬声器，并且来自于右边的每个扬声器的低频率能量的所有或一些部分被重定向到右边重低音扬声器。对于更复杂的布置，例如，其中存在如图5所不的布置在环境每侧的多个附加重低音扬声器，工程师可以指定进入到不同重低音扬声器的每个扬声器的能量的不同百分比。
[0059]当例如扬声器的数目是大的，或重低音扬声器的布置是复杂的时，手动指定可能不是期望的。因此，根据特定实施方式，声音处理器(例如，图2的声音处理器204)使用扬声器和重低音扬声器位置(例如，由房间配置文件指定的)以自动地确定每个扬声器的多少低频能量重定向到分配的重低音扬声器。然后低频率能量的此分布被固定用于如上所述的重放和/或均衡系数的获取。确定分布可以例如利用特定扬声器与它已被分配到的重低音扬声器的距离的简单比率来进行。可替换地，更复杂的计算可以使用这些距离。可以参考图5理解基本构思，其中示出了在重低音扬声器SW1-SW4和低频效果(LFE)重低音扬声器(例如，屏幕后面的)当中的扬声器LW1、RW3和LB1的低音管理。
[0060]在此示例中，LW1是由LFE和SW1管理的低音，LB1是由SW3管理的低音，以及RW3是由所有重低音扬声器管理的低音。如上所述，这些重低音扬声器分配可以基于例如工程师的指定、或自动地进行。基于扬声器和每个重低音扬声器之间的相对距离，根据可以基于例如扬声器和重低音扬声器位置之间的欧几里德距离的函数d (扬声器，重低音扬声器)、或该函数的较高指数幂(例如，平方、立方，等等)，将馈送给每个扬声器的信号的低频能量(例如，低于指定的截止频率的能量)重定向到分配的重低音扬声器。在此示例中，来自于LB1的低于截止频率的低频能量在1.0的增益的情况下被重定向到SW3。相反，来自于RW3的低频能量在1/d (RW3, SW1)的增益的情况下被重定向到SW1，以及在1/d (RW3，SW2)的增益的情况下被重定向到SW2。此外，增益可以在能量守恒步骤中被规范化以使得总和(幅度)或它们的平方(能量)的总和等于1。
[0061]驱动屏幕后面的主要重低音扬声器的LFE信号通常相对于系统中的其它扬声器被放大10分贝。因此，如果来自于贯穿听音环境分布的扬声器的低频能量正在以将它们的低频能量的一些部分重定向到主要重低音扬声器的方式被低音管理，则从这些扬声器到主要重低音扬声器的低音管理的贡献的测量可以被衰减10分贝以解决此问题。更一般地，这里描述的低音管理技术可以被执行以在测量扬声器与阵列频率响应时考虑并且调整扬声器和它的对应重低音扬声器的校准级别增益的差异。
[0062]在某些实施方式中，低频能量在分配的重低音扬声器当中的分布预期近似在该扬声器的位置，而不是重低音扬声器的位置，处或附近发起的特定扬声器的结果低频声能的模拟。但是，预期其它预期效果。例如，即使在仅仅一个重低音扬声器存在于听音环境中(例如，LFE声道重低音扬声器)时，如这里描述的低音管理也可以被执行。并且如将被理解的，其中计算这些百分比的方式和分布的低频能量可以显著地变化。例如，能量在三个重低音扬声器当中的分布可以采用更复杂的几何形状以模拟预期效果或近似值。并且如上所述，来自于特定扬声器的低频能量可以被分布在贯穿听音环境分布的所有重低音扬声器当中。可替换地，用于特定扬声器的能量分布可以被自动地或手动地限制到仅仅重低音扬声器的特定子集，例如，仅仅在特定距离之内或在房间的特定象限或一半。
[0063]根据特定实施方式，如果计算输出低于某一可编程阈值的百分比，则声音处理器可以被配置为防止用于特定扬声器的任何低频能量被重定向到特定重低音扬声器。例如，如果用于特定重低音扬声器的重定向的能量的量将小于总共的10%，则计算的百分比可以被复位到任何其它分配的重低音扬声器，例如，从在三个重低音扬声器之间分割的60%、32%和8%到在两个之间分割的66%和34%。
[0064]这里描述的低音管理方法的实施方式实现低频效果到听音环境的三维的改善的呈现。在重低音扬声器比布置的环绕扬声器的数目少的情况下，此类低音管理能力允许低频效果的呈现，好像它们正在由完整数目的扬声器传送一样。这又允许好像从观众前面(例如，其中声能来自于屏幕后面的扬声器和LFE重低音扬声器)移动到3维听音环境的后面、上面以及到观众的侧面之内的位置的声音的音质的更无缝转变。例如，飞过观众的直升机的声音不会在声音移动到影院的背面时突然丢失它所有低音。
[0065]如这里描述执行的均衡和低音管理技术可以用来配置各种电影环境和利用各种声音格式中的任何一个的计算背景中的声音再现系统。因此应当理解，本发明的范围不局限于任何特定类型的电影环境、声音格式、声音处理器、或计算设备。此外，具有可以用来执行本发明的实施例的计算机程序指令可以对应于多种编程语言和软件工具中的任何一个，并且被存储在任何类型的易失性或非易失性、非瞬时计算机可读存储介质或存储装置中，并且可以根据包括例如客户机/服务器模型、对等模型的各种计算模型在独立的计算设备上、或根据其中这里描述的各种功能可以被在不同位置实行或采用的分布式计算模型被运行。因此，这里参考由声音处理器运行或进行的特定功能应当被理解为仅仅是例示。如本领域的技术人员将理解的，在没有脱离本发明范围的情况下，这里描述的功能可以由多种计算配置运行或进行。也预期其中在一个或多个集成电路(例如，特定用途集成电路或ASIC)、可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)、芯片集等等中实施描述的功能的一些或所有的实施例。
[0066]尽管已经参考本发明的特定特定的实施例对本发明进行了示出或描述，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书所定义的本发明的精神或范围的情况下，可以对公开的实施例做出形式或细节上的各种修改。例如，如上所述特定的实施方式包括两层均衡；对于各个扬声器的第一层均衡，和对于每个阵列扬声器的第二层均衡。应当注意预期其中可以包括一个或多个附加层均衡的实施方式，例如，对于扬声器和阵列的逐渐更大的组合、或对于不同的、重叠的阵列。
[0067]在另一个示例中，如这里描述的低音管理技术可以独立于这里描述的均衡技术被执行。例如，此类低音管理技术可以被采用以增强在其中可以期望低频声能在一个或多个重低音扬声器当中的分布的任何听音环境中的听音体验。
[0068]最后，虽然这里已经参考各种实施例讨论了本发明的各种优点、方面、和目的，但是应当理解，本发明的范围不应该通过参考此类优点、方面、和目的而被限制。相反地，本发明的范围应当参考附加权利要求书确定。
【权利要求】
1.一种用于包括多个扬声器的声音再现系统的计算机执行的均衡方法，所述扬声器被在听音环境中以多个阵列配置，每个阵列包括扬声器的子集，所述方法包括:利用一个或多个计算设备，为每个扬声器确定各自的频率响应；利用一个或多个计算设备，参考对应的各自的频率响应和扬声器基准频率响应，为每个扬声器确定各自的扬声器均衡系数；利用一个或多个计算设备，为每个阵列确定阵列频率响应，包括利用对应的各自的扬声器均衡系数修改应用于每个阵列中的每个扬声器的刺激；以及利用一个或多个计算设备，参考对应的阵列频率响应和阵列基准频率响应，为每个阵列确定阵列校正均衡系数。
2.如权利要求1所述的方法，其中声音再现系统还包括听音环境中的一个或多个重低音扬声器，其中每个扬声器被分配低于截止频率的与所述扬声器相关联的低频能量被定向到的、所述一个或多个重低音扬声器的子集，并且其中确定各自的频率响应和阵列频率响应包括将每个扬声器的低频能量定向到分配的一个或多个重低音扬声器。
3.如权利要求2所述的方法,其中参考扬声器与分配的重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离，在多个分配的重低音扬声器之间分摊每个扬声器的低频能量。
4.权利要求1到3中的任何一个所述的方法，还包括:在第一重放模式中 利用第一音频信号驱动扬声器中的第一扬声器，所述第一扬声器独立于所述阵列中的包括所述第一扬声器的第一阵列，该步骤包括利用与所述扬声器中的所述第一扬声器相关联的各自的扬声器均衡系数以修改第一音频信号的频率内容；以及在基本上与第一重放模式同时的第二重放模式中利用第二音频信号驱动第一阵列中的所有扬声器，该步骤包括利用与第一阵列中的扬声器相关联的各自的扬声器均衡系数和与第一阵列相关联的阵列校正均衡系数修改第二音频信号的频率内容。
5.如权利要求4所述的方法，其中声音再现系统还包括在听音环境中的多个重低音扬声器，其中每个扬声器被分配重低音扬声器的子集，并且其中利用第一音频信号驱动扬声器中的第一扬声器以及利用第二音频信号驱动第一阵列的所有扬声器包括:参考扬声器与分配的重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离在多个分配的重低音扬声器之间分摊每个扬声器的低频能量。
6.如权利要求1所述的方法，其中声音再现系统采用具有多个声道的数字音频格式，并且其中每个阵列对应于所述多个声道中的一个。
7.一种计算机程序产品，包括具有存储在其中的计算机程序指令的一个或多个非瞬时计算机可读介质，所述计算机程序指令被配置为在被执行时使得一个或多个计算设备执行如权利要求1到6中的任何一个所述的方法。
8.一种用于包括多个扬声器的声音再现系统的声音处理系统，所述扬声器被在听音环境中以多个阵列配置，每个阵列包括扬声器的子集，所述声音处理系统包括一个或多个计算设备，所述一个或多个计算设备被配置为:为每个扬声器确定各自的频率响应；参考对应的各自的频率响应和扬声器基准频率响应，为每个扬声器确定各自的扬声器均衡系数；为每个阵列确定阵列频率响应，包括利用对应的各自的扬声器均衡系数修改应用于每个阵列中的每个扬声器的刺激；以及参考对应的阵列频率响应和阵列基准频率响应，为每个阵列确定阵列校正均衡系数。
9.如权利要求8所述的声音处理系统，其中声音再现系统还包括听音环境中的一个或多个重低音扬声器，其中每个扬声器被分配低于截止频率的与所述扬声器相关联的低频能量被定向到的、所述重低音扬声器的子集，并且其中所述一个或多个计算设备还被配置为通过参考扬声器与分配的重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离、在分配的重低音扬声器之间分摊每个扬声器的低频能量，来确定各自的频率响应和阵列频率响应。
10.如权利要求8或9中的任何一个所述的声音处理系统,还包括一个或多个功率放大器，所述一个或多个计算设备还被配置为与所述一个或多个功率放大器组合以:在第一重放模式中，利用第一音频信号驱动扬声器中的第一扬声器，所述第一扬声器独立于所述阵列中的包括所述第一扬声器的第一阵列，该步骤包括利用相关联的各自的扬声器均衡系数修改第一音频信号的频率内容；以及在基本上与第一重放模式同时的第二重放模式中，利用第二音频信号驱动第一阵列中的所有扬声器，该步骤包括利用相关联的阵列校正均衡系数和相关联的各自的扬声器均衡系数修改第二音频信号的频率内容。
11.如权利要求10所述的声音处理系统，其中第一音频信号由指定表不听音环境的虚拟环境中的离散声音的虚拟轨迹的数字对象表示，所述一个或多个计算设备还被配置为确定包括第一扬声器的扬声器的子集以在第一重放模式中利用一个或多个功率放大器驱动以呈现离散声音，以便实现与虚拟轨迹对应的听音环境中的表观轨迹。
12.如权利要求8所述的声音处理系统，其中声音再现系统采用具有多个声道的数字音频格式，并且其中每个阵列对应于所述多个声道中的一个。
13.一种用于包括多个扬声器和一个或多个重低音扬声器的声音再现系统的计算机执行的低音管理方法，所述方法包括，为每个扬声器:利用一个或多个计算设备，分配低于截止频率的与扬声器相关联的低频能量被定向到的、所述一个或多个重低音扬声器的子集；以及利用所述一个或多个计算设备，参考扬声器与分配的一个或多个重低音扬声器的每一个之间的一个或多个距离，确定要被定向到分配的一个或多个重低音扬声器中的每一个的相关联的低频能量的一部分。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个重低音扬声器基于与扬声器的空间关系被分配给每个扬声器。
15.如权利要求13所述的方法，还包括，从分配给特定扬声器的重低音扬声器的子集中排除特定重低音扬声器，其中与被定向到该特定重低音扬声器的特定扬声器相关联的低频能量的确定的部分低于阈值。
16.如权利要求13到15中的任何一个所述的方法，其中参考特定扬声器与特定分配的重低音扬声器 之间的欧几里德距离的指数幂，确定与要被定向到分配的重低音扬声器中特定的一个的特定扬声器相关联的低频能量的所述部分。
17.如权利要求13所述的方法,还包括，参考表不其中布置扬声器和重低音扬声器的听音环境的房间配置文件，为每个扬声器确定扬声器与分配的重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离。
18.如权利要求13所述的方法，其中分配给所述扬声器中特定的一个扬声器的重低音扬声器的子集包括声音再现系统的所有重低音扬声器。
19.如权利要求13所述的方法，其中分配给所述扬声器中特定的一个扬声器的重低音扬声器的子集包括声音再现系统的少于全部的重低音扬声器。
20.一种计算机程序产品，包括具有存储在其中的计算机程序指令的一个或多个非瞬时计算机可读介质，所述计算机程序指令被配置为在被执行时使得一个或多个计算设备执行如权利要求13到19中的任何一个所述的方法。
21.—种用于包括多个扬声器和多个重低音扬声器的声音再现系统的声音处理系统，所述声音处理系统包括一个或多个计算设备，所述一个或多个计算设备被配置为，为每个扬声器:分配低于截止频率的与扬声器相关联的低频能量被定向到的、所述重低音扬声器的子集；以及参考扬声器与分配的重低音扬声器中的每一个之间的一个或多个距离，确定要被定向到分配的重低音扬声器中的每一个的相关联的低频能量的一部分。
22.如权利要求21所述的系统，其中声音再现系统还包括一个或多个功率放大器，并且所述扬声器和重低音扬声器被布置在听音环境中，并且其中所述一个或多个计算设备被配置为在它的分配的重低音扬声器之间分摊与特定扬声器相关联的低频能量，以及结合所述一个或多个功率放大器利用分摊的低频能量驱动分配给特定扬声器的重低音扬声器，以使得产生的声能好像是来源于听音环境中接近所述特定扬声器的位置。
【文档编号】H04S7/00GK103636235SQ201280031795
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年7月1日
【发明者】马克·F·戴维斯, 路易斯·D·费尔德, N·R·茨恩高斯, C·Q·鲁宾逊 申请人:杜比实验室特许公司