声场合成近似方法、单极贡献确定装置及声音渲染系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开总体涉及生成空间声场的方法、装置W及系统。
【背景技术】
[0002] 用于生成空间声场（如，波场合成）的当前系统需要相对大量的隔声罩，大多W- 组扬声器的形式获得。用于推论该些系统的等式的资金都是基于希望尽可能精确地再现声 场。
[0003] 当前实例是所谓的5. 1或7. 1系统，其由5个或7个扬声器箱和一个或多个额外 的亚低音扬声器组成，它们被设计成能再现具有较高能量的低频范围的声音。该些系统的 主要缺点是所谓的受限的最佳听音位置，其中，收听器必须处于相对中屯、区域W享受收听 体验。
[0004] 为了解决该个问题，其他系统试图W同样的方式物理地再创造声场，好像真正的 声源会存在一样。最知名的系统是所谓的波场合成。该里，声场的再现是基于惠更斯原理 并且用许多隔声罩与其近似。该方法的主要的问题是相对较高的计算复杂性。
【发明内容】
[0005] 根据第一方面，公开了一种基于被放置在相应合成位置处的预定义数量的合成单 极的贡献近似目标声场的合成的方法，该方法包括将目标声场仿造成被放置在定义的目标 位置的至少一个目标单极。
[0006] 根据另一方面，公开了一种装置，包括处理器，被配置为接收对应被放置在目标位 置的目标单极的目标源信号，并且基于目标源信号确定被放置在相应合成位置的预定义数 量的合成单极的贡献，合成单极被配置为合成目标源信号。
[0007] 根据又一方面，公开了一种系统，包括处理器，被配置为接收对应被放置在目标位 置的目标单极的目标源信号，并且基于目标源信号确定被放置在相应合成位置的预定义数 量的合成单极的贡献，合成单极被配置为合成目标源信号，系统进一步包括一组扬声器，每 个扬声器与相应合成单极相关联并且被配置为擅染与相应合成单极相关联的贡献。
[000引另外的方面在从属权利要求、W下描述和附图中进行阐述。
【附图说明】
[0009] 参照附图通过示例的方式说明实施方式，其中：
[0010] 图1示出了在笛卡尔坐标系中的点的球极坐标；
[0011] 图2给出了使用球谐函数的格林函数的近似值的两个实例；
[001引图3提供了函数G(z，1，P)与F(z，U的双对数坐标图，且从属于阶1 = 5和PG[0... 1]的Z ;
[0013] 图4示出了在具有2个第二单极的一个单极的合成的情况下的单极之间的相对距 离和位置；
[0014] 图5提供了从球谐函数分解（阶I= 24)得出的数值表达式与仅使用正弦函数的 近似值之间的比较；
[0015]图6提供了振幅与球谐函数分解（阶1 = 24)、在球体上的数值积分W及正弦的近 似值的计算结果；
[0016] 图7示出了不同的计算步骤，从而得出M= 64的最终脉冲响应和与（M/4+0. 25)*T 对应的非整数延迟；
[0017] 图8示出了增益因数如何随着距离r的函数减小；
[0018] 图9示出了映射函数的不同的实施方式；
[0019] 图10提供了在整数延时的情况下应用数字化单极综合算法的系统的示意图；
[0020] 图11用特定接收器的射线的实例示出了一阶的声源和镜像；
[0021] 图12示意性地描述了在图11的镜像源分布的情况下获得的理论脉冲响应的示 图；
[0022] 图13示意性地示出了W高度（Z)尺寸创造虚拟源的声学设置的实例；
[0023] 图14示意性地示出了包括使用无源反射器生成镜像源的实施方式；
[0024] 图15示出了在示出现有扬声器的原处和它们在墙上的相应一阶镜像的水平面中 的声学设置的实施方式；
[0025] 图16示意性地示出了与耳机擅染相结合的立体声系统的一般原理；
[0026] 图17示意性地示出了串扰效应；
[0027] 图18示意性地示出了串扰消除原理；
[0028] 图19示意性地描述了借助于左前方扬声器、右前方扬声器和亚低音扬声器使用 前置声场生成的全球声学设置描述；W及
[0029] 图20提供了用于实现图19中描述的声场生成的信号处理模块的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 公开了一种基于被放置在相应合成位置的预定义数量的合成单极的贡献近似目 标声场的合成的方法，该方法包括将目标声场仿造成被放置在定义的目标位置的至少一个 目标单极。
[0031] 通常，目标声场能够通过任何任意声源的组合产生的声音。例如，可W通过压为场 根据位置和时间描述声场。可替换地，在时域中的傅里叶变换之后，例如，可W根据位置和 频率通过压为场描述声场。
[0032] 在如下描述的一些实施方式中，目标声场对应用于将目标声场呈现给收听者的扬 声系统要再现的声场。例如，收听者可W位于家庭环境、影院、或者汽车中。例如，可W由一 群音乐家（诸如，乐团）、管弦乐队、流行音乐乐队、一个或多个歌手等生成的声场定义目标 声场。也可由声音、给电影场景伴奏的音乐和/或语音定义目标声场。也可由计算机、计算 机游戏、游戏机、平板电脑、移动电话等定义目标声场。
[0033] 根据描述如下的实施方式，目标声场被仿造成被放置在定义目标位置的至少一个 目标单极。在一个实施方式中，目标声场被仿造成一个单目标单极。在其他实施方式中，目 标声场被仿造成被放置在相应定义目标位置处的多个目标单极。例如，每个目标单极可W 表示包含在乐团中并且被放置在房间、音乐厅等内的特定位置的乐器。另一目标单极可W 表示乐团的听众产生的声音，诸如，拍手的声音。可替换地，目标单极可W表示电影里的演 员的声音或者新闻广播员的声音。
[0034] 在又一可替换实施方式中，目标单极的位置可W移动。例如，目标单极可W表示声 源在收听者上方移动的飞机。
[0035] 如果多个目标单极被用于表示目标声场，那么基于如下描述的一组定义合成单极 来合成目标单极的声音的方法进而单独应用于每个目标单极，并且可W总计每个目标单极 获得的合成单极的贡献W重建目标声场。
[0036] 在如下描述的实施方式中，基于通过应用最小二乘法已得出的计算确定合成单极 的贡献。在实施方式中，可由通过应用最小二乘法得出的化学式来表示计算。在该些实施 方式中，在它们通过预定义数量的合成单级的贡献最小化近似目标单极的声场时导致的错 误的意义上，化学式反应了最小二乘法的结果。由于实施方式是基于在最小二乘意义上重 新考虑声场的生成，相应等式可能会导致近似值，与一些先前已知技术相比，该变得更容易 用于与任何种类的位置结合。
[0037] 在实施方式中实现的技术在概念上可能与使用限制数量的隔声罩来生成定义声 场的波场合成相似。然而，实施方式的生成原理的基本依据是特定的，因为合成不会试图精 确地仿造声场但却基于最小二乘法。
[0038] 在如下描述的实施方式中，预定义数量的合成单极对应在音响系统中用来呈现目 标声场的扬声器的数量。在该种情况下，每个合成单极与相应扬声器相关联。合成单极的 数量可W是固定的或者变化的。例如，根据情况，合成可W排除具体扬声器（例如，后置扬 声器、天花反向致动器等）和相关联的合成单极。
[0039] 如在实施方式中公开的目标声场的生成方法可基于限制数量的扬声器的组合，限 制数量的扬声器是按它们最简单的声学形式仿造，也就是单极来源。
[0040] 所公开的方法可W应用于通过放置在某个位置的源创造的目标声场的生成。数量 有限的音箱可被用W再创造通过该声源生成的声场。该些音箱的每一个可被仿造成单源、 单极。因此，可通过一组单极合成声场。
[0041] 在实施方式中，其中扬声器箱包括几个致动器，例如，对应标准左前方扬声器的一 个致动器和引起天花板反向的咖趴形的一个附加致动器，扬声器箱中的每个致动器可由单 独的合成单极表示。
[0042] 与合成单极相关联的合成位置可W表示与合成单极相关联的扬声器（或致动器） 实际上位于房间内的位置。例如，与左前方扬声器相关联的合成单极的合成位置可W对应 于电视装置左边的位置，与右前方扬声器相关联的合成单极的合成位置可W对应于电视装 置右边的位置，并且与中央扬声器相关联的合成单极的合成位置可W对应于电视装置下方 或电视装置中的位置。
[0043] 根据在W下实施方式中所描述的方法，对于每个合成单极，确定贡献表示合成单 极对目标单极的声场的合成的贡献。
[0044] 可W基于要在合成中生成的目标单极的声场定义的输入信号计算合成单极的贡 献。
[0045] 可W在与声音擅染系统相关联的处理装置中执行在该里公开的方法。
[0046] 在如下更详细地描述的一些实施方式中，合成单极的贡献取决于合成单极与目标 单极之间的相对距离。该相对距离可W表示与合成单极相关联的扬声器（或致动器）与目 标源之间的相对距离。
[0047] 根据一些实施方式，基于等式确定合成单极的贡献
[0049] 其中Sp(W)是根据角速度《WP为索引的合成单极的压为传递函数，k是对应角 频率W的波数，Rp。= |r"-rp|是在目标位置r。处的目标单极与在位置rp处的被索引为P 的合成单极之间的距离，P表示空气的平均密度，W及C表示空气中声音的波速。
[0050] 角速度W表示声波震荡的频率。可W根据具体需求选择参数P和C。例如，它们 可W对应于空气的平均密度和在室温20°C下空气中的声音的波速。
[0051] 在其他实施方式中，应用执行离散时间的数值实现。技术人员已知该种离散是'采 样'。
[0052] 基于在该里公开的近似值近似目标声场的合成可允许实时实现。
[0053] 在离散化之后，例如，可W根据等式确定WP为索引的合成单极的贡献Sp(n)
[0055] 其中，T是采样周期，Dp=tp/T、Rp。=Irq-rpl是在目标位置r。处的目标单极与在 位置rp处的被索引为P的合成单极之间的距离，巧是距离RP。的声音传播延迟，M是数字滤 波器所使用的样本的数量，n是样本号码，P表示空气的平均密度，W及C表示空气中声音 的波速。
[005引贡献Sp(n)可被视为合成单极的压为传递函数。
[0057] 在如下更详细地描述的一些实施方式中，合成单极的贡献取决于放大因数和延 迟。
[0058] 例如，可W选择合成单极的放大因数为与目标单极和合成单极之间的相对距离成 反比。
[0059] 在其他实施方式中，由映射因子进一步修改放大因数。
[0060] 在一些实施方式中，对于相对距离的较大值，合成单极的放大因数选择成与目标 单极和合成单极之间的相对距离成反比，但对于相对距离的较小值收敛于一。该可能会避 免当合成与目标单极之间的相对距离接近0时振幅接近无穷大。
[0061] 根据实施方式，根据等式确定放大因数ap
[006引其中r=Rp。= |r"-rp|是在目标位置r。处的目标单极与在位置rp处的被索引为P的合成单极之间的相对距离。
[0064] 根据另一实施方式，根据等式确定延迟Dp
[0065] Dp= tp/T
[0066]其中，T是采样周期，tp是在目标位置r。处的目标单极与在位置rP处的被索引为 P的合成单极之间的相对距离Rpo=Ir。-rpI的声音传播延迟。
[0067] 根据一些实施方式，在离散化之后，根据等式确定被索引为P的每个合成单极的 贡献Sp(n)
[0068] Sp (n) = P cap 8 (n-rip)
[0069]其中，ap是放大因数，rip是延迟，n是样本号码，6表示狄拉克A函数，P表示空 气的平均密度，W及C表示空气中声音的波速。
[0070] 根据一些实施方式，可根据等式近似目标单极的声场
[0072] 其中p(r|ra，《)是目标单极的声场，作为位置r和角频率《的函数，r