音频呈现系统的制作方法
【专利说明】音频呈现系统
【背景技术】
[0001] 本发明设及一种诸如音频会议系统等之类的音频呈现系统W及一种用于声场再 现的方法，尤其设及一种使用多扬声器布置的空间多区域声场再现。
[0002] 多区域声场再现是一种目的在于在没有物理隔离区域或不使用耳机的情况下向 每个收听者提供独立的声音环境。随着快速发展的娱乐和通信领域对个性化声音环境的 需求的不断增长，开放空间的扩展区域上的空间多区域声场再现已经对多种解决方案的 定义进行了研究，例如M.Poletti在2008年的AES第125次常规音频工程社会会刊中的 "对 2D多区域环绕声系统的调查（Aninvestigationof2Dmultizonesurroundsound system) ";N.Ra血anesh和I.S.Burnett在 2011 年的IE邸ICASSP会刊第 11 期第 598 至 610 页中的"多区域环绕系统中独立窄带声场的再现及其到语音信号源的扩展巧eprcxluction ofindependentnarrowbandsoundfieldsinamultizonesurroundsystemandits extensiontospeechsignalsources)W及Y.J.Wu和T.D.Abhayapala在 2009 年 的IE邸ICASSP会刊第93至96页中的"空间多区域声场再现（Spatialmultizone soundfieldreproduction)"。
[0003] 空间多区域声场再现在声信号处理领域是一个复杂而具有挑战性的问题。主要目 的是通过在指定亮区内准确地再现所需声场W提供好的定位感给收听者，同时还控制亮区 和暗区之间的声亮度对比。特定频率下具有高的声亮度的区域定义为亮区，而具有低的声 亮度的区域定义为暗区。一个区域在特定频率下的声亮度定义为该频率下的空间平均的势 能密度。声能密度与压力复杂幅度的平方成正比，即为声场幅度的平方。最理想的是将暗 区的声能密度设为零，然而，实际上，相对于其他区域，暗区的声能密度通常较小。在那种情 况下，目的是为了实现声亮度对比，其通过暗区和亮区之间的功率比来定义。
[0004] 通过使用由16个扬声器组成的线性扬声器阵列，IvanTashev、化sha化oppo和 M化eSeltzer已经证实了声波在一个区域内彼此抵消而在另一区域内放大。向指定声场的 一侧即使步行几步就无法听见音乐。J.Daniel、R.Nicol和S.Moreau在2003年的AES第 114次常规音频工程社会会刊第51期第425页的"对用于立体声成像的高阶高保真度立体 声响复制和波场合成的进一步研究（Fu;rtherinvestigationsofhi曲orderambisonics andwavefieldsynthesisforholophonicsoundimaging)"中进行了初期理论研究， 其引入高阶高保真度立体声响复制（HOA)W基于模式匹配在多区域中再现声场。在2008 年，Poletti提出另一种方法，使用最小二乘匹配W在多区域环绕系统中生成2-D单色声 场。该是基于对圆形扬声器孔径函数的计算，该函数允许声源位于一圈扬声器内或上面。 N.Ra血anesh和I.S.Burnett开展了进一步研究扩展到两个多频率源，然后扩展到窄带语 音信号。
[0005] 然而，上述提及的研究都没有给从一个区域泄露到其他指定区域的声音提供准确 控制。T.Betlehem和P.Teal在2011年的IE邸ICASSP会刊第437至440页的"多区域环绕 声的受约束优化方法（Aconstrainedoptimizationapproachformultizonesurround sound)"中提出了一种方法W独立控制各个区域中的声音，同时还控制向其他收听者区域 的泄露。使用了一种用于确定最小化控制区域中再现的均方差（MS巧的扬声器权重的受约 束优化，该种优化类似于P.D.Teal、T.Betlehem和M.化letti在2010年3月的IE邸ICASSP 会刊第101至104页中的"声音的功率约束的全息再现的算法（Analgorithm化rpower constrainedholographicreproductionofsound)"。他们对扬声器权重的合计平方值 进行约束W提高系统鲁椿性。J.W.化oi和Y.H.Kim在2002年的JASA第111期第1695至 1700页的"使用多种源的具有发光区域的声亮区的生成（Generationofanacoustically brightzonewithanilluminatedregionusingmultiplesources) " 中提出了一种方 法，W通过在特定频率下使用多种控制源产生声亮区（具有高的声势能的区域）。引入了 一种声对比控制方法W最大化两个区域（亮区和暗区）之间的声亮度对比。用于单声的声 音聚焦的个人音频系统被实施为一种示例应用程序，展示了亮区和暗区之间高达20地的 压差。J. -Y.Park、J.-比Chang、Y. -H.Kim和Y.Park在2008年10月的控制、自动化和系 统的国际会议上的"使用扬声器的个人立体声系统；可行性研究（Personalstereophonic systemusingloudspeakers:feasibilitystudy)"中进一步将声对比控制方法应用于个 人立体声系统，结果表明可W在每个耳朵周围选择的亮区中获得超过20地的声道间距。该 些方法都受限于两个不同区域之间声能对比的控制，而且该方法的结果不能控制声场。事 实上，它们不能为亮区中的收听者提供定位感。
[0006] Y.J.Wu和T.D.Abhayapala在 2009 年的I邸EICASSP会刊第 93 至 96 页的"空间 多区域声场再现（Spatialmultizonesoun壯ieldreproduction)"中提出了一种框架W 通过柱状谐波扩展在单个圆形扬声器阵列内的不同地点创建多个2-D声场。他们通过将各 个所需声场转换到单个全球坐标系统W及应用合适的角窗函数得出所需全局声场。Y.Wu 和T.Abhayapala在2009年的IE邸WASPAA第309至312页的"经过空间带阻滤波器的 多区域 2D声场再现（Multizone2Dsoun壯ieldreproductionviaspatialbandstop filters)"中提出了一种改进的方法，在暗区上使用空间带阻滤波W抑制附近所需声场的 泄露。然而，该两个方法都是基于通过使用额外空间模式（谐波）消除对其他区域的不良 效应该一思想。该方法的缺点在于其只能在指定再现区域之外创建暗区，该使该方法对实 际应用没有重要意义。再现区域定义了用于呈现所需声场的感兴趣的总控制区域。感兴趣 的区域可W只包含亮区，暗区只能在该再现区域之外获取。该再现区域至少通过扬声器划 定范围，并且通常限制于较小区域。
[0007] 现有技术中描述的方法无法通过在指定亮区内准确地再现所需声场来提供好的 定位感给收听者，同时还无法W有效方式控制亮区和暗区之间的声亮度对比。现有技术 只能通过重构声场或在两个区域之间无需定位信息提供声亮度对比来部分实现该目标。 T.Betlehem、P.D.Teal在2011年的IE邸ICASSP会刊第437至440页的"多区域环绕声 音的觉限优化方法（Aconstrainedoptimizationapproachformulti-zonesurround sound)"中描述了一种基于凸优化实现声亮度对比和声场重建的方法，但是该种方法的计 算复杂度使其在实际应用中很难实施。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种在指定再现区域内提高所需声场再现的技术。
[0009] 该目的可W通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式在从属权利要 求、具体说明和附图中显而易见。
[0010] 本发明基于W下发现：将所需多区域声场建模为所需再现区域上的基函数的正交 展开，其中所述正交性意味着所需再现区域上的集合中的任意两个基函数的内部乘积为0， 产生在加权的最小二乘意义上最接近于所需声场的亥姆霍兹解，并且可W最佳地再现所需 声场。可W通过，例如将具有亥姆霍兹方程的解集合的格莱姆-施密特过程作为输入（假 设所述集合是完整的）形成基正交集。或者，可W使用"豪斯霍尔德变换"来构建正交集。
[0011] 一般来说，输入解的集合不是正交的，所W使用它们很繁琐。格莱姆-施密特过程 能够将正交集的基函数构建为平行波和圆形波等基波场的线性组合。然后计算基波场的系 数，该样能够应用现有再现方法W使用封闭的圆形扬声器阵列在再现区域内再现所需多区 域声场。通过应用优化的半圆再现方法，可W使用半圆扬声器阵列，其要求如现有方法中所 介绍的扬声器的近似一半。
[0012] 该种技术提供了一种在指定再现区域内改