声波场产生的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于产生声波场的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 空间声场再现技术利用多个扬声器来在大听音区域上创建虚拟听觉场景。几种声 场再现技术例如波场合成（WFS)或Ambisonics利用配备有多个扬声器的扬声器阵列来提 供声场景的高度详细的空间再现。特别是，波场合成用于实现声场景的高度详细的空间再 现以通过使用例如几十个到数百个扬声器的阵列来克服限制。
[0003] 空间声场再现技术克服了立体声再现技术的一些限制。然而，技术约束对声再现 禁止大量扬声器的使用。波场合成（WFS)和Ambisonics是两种类似类型的声场再现。虽 然它们基于声场（WFS的Kirchhoff-Helmholtz积分和Ambisonics的球谐函数展开）的不 同表示，但是它们的目的是一致的，且它们的特性是相似的。扬声器阵列的圆形设置的两个 原理的现有假象的分析得出这个结论：H0A(较高阶Ambisonics)或更确切地近场校正H0A 和WFS满足类似的限制。WFS和H0A及其不可避免的缺陷从感知的过程和质量方面引起一 些差异。在H0A中，在再现的阶数降低的情况下，声场的受损重建将可能导致局部化焦点的 模糊和在听音区域的尺寸上的某个减小。
[0004] 对于音频再现技术例如波场合成（WFS)或Ambisonics，一般根据基本理论来确定 扬声器信号，使得由扬声器在其已知的位置处发射的声场的叠加描述某个期望声场。一般， 确定假设自由场条件的扬声器信号。因此，听音室不应展示相当大的墙壁反射，因为反射波 场的反射部分将使再现的波场变形。在很多情形例如汽车的内部中，实现这样的室特性的 必要的声处理可能太昂贵或不实际。
【发明内容】
[0005]系统配置成在目标扬声器-房间-麦克风系统中的听音位置周围产生声波场，其 中K多1组扬声器的扬声器阵列布置在听音位置周围，每组扬声器具有至少一个扬声器，且 M多1组麦克风的麦克风阵列布置在听音位置处，每组麦克风具有至少一个麦克风。系统 包括布置在所述扬声器组上游和输入信号路径下游的信号路径中并具有可控传递函数的K 个均衡滤波器模块。系统还包括布置在所述麦克风组下游和输入信号路径下游的信号路径 中并基于来自K组麦克风的误差信号和在输入信号路径上的输入信号根据自适应控制算 法控制K个均衡滤波器模块的传递函数的K个滤波器控制模块。M个主路径模拟模块布置 在所述麦克风组上游和输入信号路径下游的信号路径中并配置成模拟存在于期望源扬声 器-房间-麦克风系统中的主路径。
[0006] 方法配置成在目标扬声器-房间-麦克风系统中的听音位置周围产生声波场，其 中K多1组扬声器的扬声器阵列布置在听音位置周围，每组扬声器具有至少一个扬声器，且 M多1组麦克风的麦克风阵列布置在听音位置处，每组麦克风具有至少一个麦克风。方法包 括使用在K组扬声器上游和输入信号路径下游的信号路径中的可控传递函数均衡滤波，以 及基于来自K组麦克风的误差信号和在输入信号路径上的输入信号根据自适应控制算法 使用用于使滤波均衡的可控传递函数的均衡控制信号来控制。该方法还包括在所述麦克风 组上游和输入路径下游的信号路径中存在于期望源扬声器-房间-麦克风系统中的主路径 的模拟。
[0007]当检查下面的附图和详细描述时，其它系统、方法、特征和优点将或将变得对本领 域中的技术人员明显。意图是所有这样的额外系统、方法、特征和优点包括在这个描述中、 在本发明的范围内且被下面的权利要求保护。
【附图说明】
[0008] 参考下面的附图和描述可更好地理解系统和方法。附图中的部件不一定按比例绘 制，相反强调说明本发明的原理。而且在附图中，相似的参考数字在不同的视图中始终表示 相应的部件。
[0009] 图1是示出包括多个误差最小均方（MELMS)系统或方法的具有M个记录信道（麦 克风）和K个输出信道（扬声器）的简单声多输入多输出（MIM0)系统的流程图。
[0010] 图2是示出在图1所示的MM0系统中可应用的1X2X2MELMS系统或方法的流程 图。
[0011] 图3是示出以限制群延迟函数（关于频率的群延迟差）的形式的预振铃约束曲线 的图。
[0012]图4是示出从图3所示的曲线得到的限制相位函数的曲线（关于频率的相位差曲 线）的图。
[0013] 图5是示出根据图4所示的曲线而设计的全通滤波器的脉冲响应的振幅时间图。
[0014] 图6是示出图5所示的全通滤波器的幅值和相位行为的伯德图。
[0015] 图7是示出用于在车辆中产生单独声区的设置的方框图。
[0016] 图8是示出在使用只基于更远的扬声器的MM0系统的图7所示的设置中的四个 区（位置）中的每个处的幅值频率响应的幅值频率图。
[0017] 图9是示出形成图8所示的图的基础的MM0系统的均衡滤波器的相应脉冲响应 的振幅时间图（以样本为单位的时间）。
[0018] 图10是具有在图7所示的设置中可应用的集成近距离扬声器的头枕的示意图。
[0019] 图11是在图7所示的设置中的近距离扬声器的可选布置的示意图。
[0020] 图12是示出在图11中更详细示出的可选布置的示意图。
[0021] 图13是示出当使用一半滤波器长度的模拟延迟和仅仅近距离扬声器时在图7所 示的设置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0022] 图14是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图13所示的四个期望位置处的频率特征。
[0023] 图15是示出当使用长度减小模拟延迟和仅仅近距离扬声器时在图7所示的设置 中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0024] 图16是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图15所示的四个期望位置处的频率特征。
[0025] 图17是示出当使用长度减小模拟延迟和仅仅系统即远距离扬声器时在图7所示 的设置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0026] 图18是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图17所示的四个期望位置处的频率特征。
[0027] 图19是示出当使用实现预振铃约束而不是模拟延迟的全通滤波器和仅仅近距离 扬声器时在图7所示的设置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0028] 图20是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图19所示的四个期望位置处的频率特征。
[0029] 图21是示出在对数域中的示例性幅值约束的上限和下限的振幅值频率图。
[0030] 图22是基于上面关于图2描述的系统和方法的、具有幅值约束的MELMS系统或方 法的流程图。
[0031] 图23是如图22所示的、使用幅值约束的系统或方法的伯德图（幅值频率响应、相 位频率响应）。
[0032] 图24是不使用幅值约束的系统或方法的伯德图（幅值频率响应、相位频率响应）。
[0033] 图25是示出当结合幅值和预振铃约束只使用八个更远的扬声器时在图7所示的 设置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0034] 图26是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图25所示的四个期望位置处的频率特征。
[0035] 图27是示出当结合预振铃约束和基于具有高斯窗口的开窗的幅值约束只使用更 远的扬声器时在图7所示的设置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0036] 图28是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图27所示的四个期望位置处的频率特征。
[0037] 图29是示出示例性高斯窗口的振幅时间图。
[0038] 图30是基于上面关于图2描述的系统和方法的、具有开窗式幅值约束的MELMS系 统或方法的流程图。
[0039] 图31是当结合预振铃约束和基于具有修改的高斯窗口的开窗的幅值约束只使用 更远的扬声器时的系统或方法的伯德图（幅值频率响应、相位频率响应）。
[0040] 图32是示出示例性修改的高斯窗口的振幅时间图。
[0041] 图33是基于上面关于图22描述的系统和方法的、具有空间约束的MELMS系统或 方法的流程图。
[0042] 图34是基于上面关于图22描述的系统和方法的、具有可选的空间约束的MELMS 系统或方法的流程图。
[0043] 图35是基于上面关于图34描述的系统和方法的、具有频率相关增益约束LMS的 MELMS系统或方法的流程图。
[0044] 图36是示出当使用分频滤波器时对应于四个更远的扬声器的频率相关增益约束 的幅值频率图。
[0045] 图37是示出当结合预振铃约束、开窗式幅值约束和自适应频率（相关增益）约束 只使用更远的扬声器时在图7所示的设置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0046] 图38是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图37所示的四个期望位置处的频率特征。
[0047] 图39是当结合预振铃约束、开窗式幅值约束和自适应频率（相关增益）约束只使 用更远的扬声器时的系统或方法的伯德图。
[0048] 图40是基于上面关于图34描述的系统和方法的、具有可选的频率（相关增益） 约束的MELMS系统或方法的流程图。
[0049] 图41是示出当结合预振铃约束、开窗式幅值约束和在房间脉冲响应中的可选的 频率（相关增益）约束只使用更远的扬声器时在应用均衡滤波器的情况下在图7所示的设 置中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0050] 图42是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图41所示的四个期望位置处的频率特征。
[0051] 图43是当结合预振铃约束、开窗式幅值约束和在房间脉冲响应中的可选的频率 (相关增益）约束只使用更远的扬声器时应用于图7所示的设置的均衡滤波器的伯德图。
[0052] 图44是示出用于预掩蔽、同时掩蔽和后掩蔽的随着时间的声压级的示意图。
[0053] 图45是示出以关于频率的群延迟差的限制群延迟函数的形式的后振铃约束曲线 的图。
[0054] 图46是示出从图45所示的曲线得到的关于频率的相位差曲线的限制相位函数的 曲线的图。
[0055] 图47是示出示例性时间限制函数的曲线的水平时间图。
[0056] 图48基于上面关于图40描述的系统和方法的、具有组合的幅值后振铃约束的 MELMS系统或方法的流程图。
[0057] 图49是示出当结合预振铃约束、基于幅值约束的非线性平滑、频率（相关增益） 约束和后振铃约束只使用更远的扬声器时在应用均衡滤波器的情况下在图7所示的设置 中的四个位置处的频率特征的幅值频率图。
[0058] 图50是示出对应于MM0系统的均衡滤波器的脉冲响应的振幅时间图，其导致在 图49所示的四个期望位置处的频率特征。
[0059]图51是当结合预振铃约束、基于幅值约束的非线性平滑、频率（相关增益）约束 和后振铃约束只使用更远的扬声器时应用于图7所示的设置的均衡滤波器的伯德图。
[0060] 图52是示出示例性水平限制函数的曲线的幅值时间图。
[0061] 图53是对应于图52所示的幅值时间曲线的振幅时间图。
[0062]图54是