专利名称：音频再现装置、反馈系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种音频再现装置，该装置包括用于输入输入音频信号的输入装置；用于输出从所述输入音频信号导出的输出音频信号的输出端；用于输入从用户可影响的测量值导出的数学成本(mathematicalcost)的成本输入端；和调节单元，其能够发送依赖于所述数学成本的输出音频信号。
本发明也涉及一种音频反馈系统，该系统包括音频源；被设置成发送用户可影响的测量值的测量装置；数学成本计算单元，其被设置成从所述测量值导出数学成本；发声装置；和调节单元，其被设置成接收来自所述音频源的音频信号，接收所述数学成本，以及根据所述数学成本将从输入音频信号导出的输出音频信号发送到所述发声装置。
本发明也涉及一种根据从用户可影响的测量值导出的数学成本来从输入音频信号导出输出音频信号的方法。
本发明也涉及一种由处理器执行的计算机程序，该程序描述上述的方法。
本发明也涉及一种存储计算机程序的数据载体。
背景技术：
这种音频再现装置的一个实施例从US-A-4,788,983中获知。该已知的装置被设计成供进行体育活动时想听音乐的人使用。该已知的装置包含调节单元，该调节单元能够将来自随身听的输入音频信号作为输出音频信号发送到耳机。该调节单元也接收来自心率测量装置的数学成本信号。用户在他训练期间根据例如他的年龄或者性别来指定一个他想要使用的安全心率范围。如果他的心率太低，他明显没有得到足够的锻炼。另一方面，如果他的心率太高，他的锻炼可能是不健康的。只有当测量的心率在想要的范围内时调节单元才发送输入音频信号，否则没有声音被发送到耳机中。
该已知装置的缺点在于输出音频信号的这种粗调对用户不友好。例如，如果范围窄，那么用户难以判断他听不到音乐是由于他跑得太慢还是太快。
发明内容
本发明的目标是提供一种在开头段落中所述的类型的音频再现装置，该装置就输出信号的调节而言是比较通用的。
由于调节单元包括音频处理装置，该音频处理装置被设置成处理输入音频信号以导出再现质量依赖于数学成本的输出音频信号，因此实现上述目标。已知音频再现装置的调节单元包含仅仅执行开关功能的元件。在心率处于范围之外的情况下，没有信号被发送到耳机。这并不是很理想。如果用户在训练时只是有一点点松懈，那么他将绝对听不到声音。不是促使其再次开始更剧烈地运动，相反这样会使某些用户失去动力。理想的是有一个逐步的变化，从而用户可以在某段时间期间松懈(underachieve)而仍能听到音乐。此外，心率测量值并不总是可靠的，例如如果附近的第二个用户的信号被拾取的话。于是用户因未受其控制的某些情况而受到惩罚。根据本发明的音频再现装置被设置成为用户提供响应于其体育活动的更多通用策略，这些策略体现为计算数学成本的策略。根据本发明的装置也被设置成提供更多通用的输出音频呈现策略。代替仅仅切断输出音频信号，本发明的装置提供了改变输出音频信号的再现质量的选择。这可以根据可感觉的声音的音质质量而用身体感受和确定。例如，音频再现装置能够逐渐降低声音幅度，从而导致不大清晰的音乐。替代地，如果有立体声，那么松懈的用户可能会受惩罚，因为音频再现装置发送单声道而不是立体声，在该情况下独立的输出信号量是感觉的音质质量的再现质量测量的量度。
在一个实施例中，再现质量包括虚拟声源的三维位置、能够通过输出音频信号模拟虚拟声源的音频处理装置。在能够被用来获得某一音质质量的所有音频处理功能的集合中，一些功能实现了虚拟声源在围绕用户头部的三维空间中的音频定位。这尤其引起了行进一个真实的或虚拟的距离的用户的关注，所述用户例如是慢跑者或者在自行车家用训练器上的某人。如果他指示装置他应当以某一速度跑步，那么他应当在某一时间在确定的真实的或虚拟的位置处。音频再现装置能够通过将合适的音频信号发送到耳机的左和右扬声器来定位虚拟声源，所述虚拟声源例如为用户前面1米处的两个虚拟扬声器。如果用户跑得太慢，那么虚拟扬声器远离他，并且如果需要的话这可以通过使虚拟扬声器发出的声音更难被听到而被模拟。用户能够通过加快跑动而赶上扬声器。通过加入合成的混响，其它三维音频位置的质量测量值可以被影响，例如在用户前方的墙的幻觉。
在该实施例的一个改进中，音频处理装置包括滤波器，该滤波器被设置成通过利用用户相关的头部相关传递函数(HRTF)来滤波输入音频信号以导出输出音频信号而模拟虚拟声源的位置。通过HRTF，诸如虚拟扬声器之类的声源可以被精确地定位。用于左和右耳机扬声器的输入音频信号分别被HRTF滤波，从而模拟通过声音的虚拟房间从房间中一个位置处的实际扬声器到用户的各个耳朵的路线。
在该实施例的另一个改进或者前述改进的进一步变化中，音频处理装置包括音频处理单元，该音频处理单元被设置成通过改变输出音频信号的性质模拟虚拟声源的位置，所述性质选自信号幅度和加入的混响。这两个性质是用特定的三维音频位置质量实现声音的幻觉的简单信号处理函数。
音频处理装置还可以被设置成导出第二输出音频信号，连同所述输出音频信号构成立体声音频信号，该音频处理装置被设置成从输入音频信号导出具有依赖于数学成本的特定立体声质量的立体声音频信号。影响立体声质量的信号处理函数例如为如下如果用户松懈，虚拟扬声器就彼此更接近地移动；如果用户松懈，用于左和右虚拟扬声器的音频信号就更类似；或如果用户松懈，一个虚拟扬声器就消失。
最后一个选择也可以被实施为在诸如杜比5.1和2声道立体声之类的多声道环绕之间的渐变或突变开关。由于立体声的普遍存在，所以改变立体声质量是有利的。
如果再现质量包括输出音频信号的频率分布的技术要求，那么是有利的。通过改变输出音频信号的频率内容，音频处理装置就可以模拟其它效果。例如通过去掉音频信号的低音来惩罚松懈者。虚拟声源的三维位置也可以被这种音频处理函数影响。例如音频处理装置可以被设置成去除高频，就如同声音必须通过浓雾传播长距离，或者位于虚拟墙中某个深度处。
如果音频再现装置包括第一质量计算单元，那么也是有利的，该第一质量计算单元用于确定再现质量以用于随后由音频处理装置导出输出音频信号。再现质量是输出音频信号的性质。音频再现装置可以在输出音频信号上测量它，但是然后输入音频信号必须首先由先验未知的处理算法处理。相关再现质量可以由第一质量计算单元确定，并被发送到应用相应处理函数的音频处理装置。例如，改变两个虚拟扬声器的角度对立体声质量产生影响，并且通常并不需要指定用户感受到的立体声质量的数值是多少。如果需要更精确，则特定角度函数可以例如基于用户感官评定而被存储在存储器中。用户也能够指定在例如他的跑速和他自身角度之间的关系，或者在许多预存储的函数中进行选择，其中的一些函数缓慢地改变角度，而另一些快速地改变角度。
作为选择或附加地，如果音频再现装置包括质量测量装置以及包括参数值计算装置，那么也是有利的，该质量测量装置用于测量输出音频信号的输出质量测量值，该参数值计算装置用于计算参数值，供随后由音频处理装置导出输出音频信号时使用。如果输出信号的质量被测量，那么它可以被反馈以用于在未来时间改变对输入音频信号的处理。在一些调谐时间之后，这种反馈控制环路获得了所需的再现质量。参数值计算装置可以考虑在再现性测量值的结果和所需的质量测量值之间的不相容性。因此改变该参数值，控制处理函数直到它获得所需的音频输出信号再现质量。
在另一个实施例中包括数学成本计算单元，该单元被设置成从测量装置可接收的测量值导出数学成本。数学成本可以从任何类型的装置中导出，例如当音频再现装置用于竞争游戏时的随机发生器。数学成本典型地可以在用户可以影响的测量值的基础上被确定，例如他的跑速、心率等。测量装置可以将数学成本直接发送到诸如编码数之类的装置。然而音频再现装置典型地可以包含任何新的功能，从而它能够用于现有测量装置。
在前面实施例的改进中，数学成本计算单元被设置成基于测量值和选择值之间的差异来导出数学成本。例如，用户设置该选择值为他的期望跑速是10km/h，或者他的期望心率是180bpm。然后该质量例如可以被确定为实际的跑速减去10km/h。他跑得越快，再现质量改变得越多。或者在一个替代方案中，如果他跑得稍有些剧烈，那么什么也不会发生，如果他跑得过于剧烈，那么音频处理装置被设置，从而再现质量根据他比选择值更剧烈地跑动的时间量来开始逐渐改变。
在前面实施例的一个替代改进中或者除了前面的改进之外，数学成本计算单元被设置成从生物统计测量(biometric measurement)导出数学成本。工程质量音频系统和生物统计测量是完全无关的技术领域。显然，没有人看出组合它们的需要。生物统计测量系统通常由与医师紧密配合的工程师设计，并且该领域中的优选考虑的是测量精确和安全耐用。音频再现质量更多地是一种艺术品味。这导致了生物统计测量值通常在数字显示器上显示。医疗监视器的蜂鸣声是个例外，但是这种监视器的音频功能被设计成是为了简单而不是为了艺术再现质量。由于用户在训练时不喜欢连续地观看显示器，因此需要一种在训练时生物统计数据的用户友好的反馈。然而，当存在时声音自动进入用户的耳朵里。
音频反馈系统的特征在于调节单元包括音频处理装置，该音频处理装置被设置成处理输入音频信号以导出再现质量依赖于数学成本的输出音频信号。有利的是作为整体生产该系统，其后所有部件可被实现为彼此被最佳地调谐。
从依赖于数学成本的输入音频信号导出输出音频信号的方法，其中数学成本从用户可影响的测量值导出，该方法的特征在于导出的输出信号具有依赖于数学成本的特定再现质量。
参考下文描述的实现和实施例以及参考附图，根据本发明的音频再现装置、方法、音频反馈系统、计算机程序和数据载体的这些和其它方面将是显而易见的并将被阐明，所述附图仅仅用作非限定的说明。
在附图中图1示意性地显示音频再现装置的应用；
图2示意性地显示音频再现装置的实施例；图3示意性地显示音频再现装置的音频处理装置的实施例；图4示意性地显示音频反馈系统的实施例；图5示意性地显示数据载体的一个实施例；图6a和b示意性地显示数学成本函数的各自的例子；图7示意性地显示作为数学成本函数的位置质量的技术要求例子；以及图8示意性地显示由音频再现装置输出的输出音频信号的频谱的例子。
在这些图中用虚线画出的元件在图1中是虚拟的，而在其它图中是可选择的，这取决于所需的实施例。并非所有存在于图3中音频处理装置的说明性实施例中的元件需要存在于一个替代实施例中。
具体实施例方式
图1显示根据本发明的音频再现装置200的用户100，该人正在慢跑。他也可以例如在室内划船练习架上划船。当进行体育活动的时候他正在收听音乐，该音乐作为见图2的输出音频信号o来自音频再现装置200，该音频再现装置200例如为便携式音频播放器，例如MP3播放器，所述音乐由发声装置102的左和右耳机的扬声器114和115再现，所述发声装置典型地为耳机。音乐的再现质量R根据用户100的运动表现而被音频再现装置200改变，例如在杜比5.1和无低音频率的单声道之间变化。例如，如果他跑得太慢，他就会受到差的再现质量R的音乐的惩罚。他的表现可以由各种传感器中的至少一个来测量。例如连接到他的运动鞋的步速计(pace meter)108，或者类似于心率计106的另外的测量装置传送测量信号m。对于心率计106，该测量值例如可以是心电图的PQRST复合波、脉冲的时间序列、或者表示心率的数字。音频再现装置200将该测量值m转换为再现质量R。
在音频再现装置200的简单变化形式中，音频再现策略是固定的，以及用户100可以仅仅指定测量值被转换为数学成本c的方式。应当注意，为了清楚起见对一个实施例描述了多个例子，在该实施例中所有的数学转换被实现为在处理器上运行的软件算法，但是也可以使用专门的硬件电路。例如，用户100可以指定区间iv，在该区间中他的心率应当位于例如图6a的[LL，LU]。数学成本函数602被显示在坐标系600中，并且x轴表示心率测量值m减去选择值d，y轴表示数学成本c。该选择值d作为用于用户进行训练的靶心率而由用户设置，例如180bpm。区间[LL，LU]可以关于选择值d对称或非对称。数学成本函数可以被固定在图2的音频再现装置200的硬件中，或者用户可以通过图3的用户接口装置311指定数学成本怎样随着m-d而变化。例如当在图6a中达到标记值ML和MU时，数学成本以较小的斜率线性改变，而在标记值和区间iv的极限值之间时，数学成本更陡地倾斜，以及在区间iv之外数学成本非常陡地增加。在图6b所示的替代数学成本函数606的技术要求中，数学成本为非零并且仅仅在训练区间iv之外线性改变。例如在图6b中，如果用户100跑得太慢，那么他设计了带有负值的成本函数。然后负成本可以在再现期间被容易地映射，例如作为虚拟声源的负角α，而正成本对应于速度太高而作为正角α。这样可以容易地区别这两种情况。用户可以通过选择例如训练区间限制、成本的快速改变而自由地设计成本函数，该成本的快速改变可以被转换为音频再现质量R的快速改变，无论仅低于选择值d的测量值是否导致非零成本等等。
用户接口装置311例如为在处理器上运行的软件，该装置要求用户键入标记值和斜率的数值，或者允许用户用图绘出数学成本函数602。固定的音频再现策略例如是如图7所示的策略。在这里再现质量R体现为在下文中所谓的位置再现质量P，该位置再现质量P是导致感觉输出音频信号来自虚拟声源的位置的输出音频信号o的物理参数的任意技术要求。例如虚拟声源可以接近用户的头部或在远处被感知，或者在图7中它是围绕用户头部的虚拟声源的角α。如果用户100以希望的目标速度跑步，那么数学成本c为零，并且角α也为零度，即虚拟声源在用户100的正前方。如果跑步者太慢或太快，那么带有像图6中的技术要求的数学成本c减小或增加，以及虚拟声源移动到用户100的左侧或右侧。声源可以停留在用户的后面，直到用户100再次以选择值d的期望速度跑步或者再次以期望的速度跑步一段时间。替换地，声源也可以在用户100的后面开始，成为更快跑的恼人动机。
在音频再现装置200的更先进的变化中，用户100也可以指定用于改变作为数学成本c的函数的再现质量的策略。他可以对图3中的第一质量计算单元330编程，该质量计算单元330例如作为立体声质量S输出由输出音频信号o和第二输出音频信号o2产生的第一虚拟声源152和第二虚拟声源154之间的角160，该角作为数学成本c的线性函数。或者他可以选择替代的或者附加的音频处理函数，所述音频处理函数例如加入一定量混响作为数学成本c的函数以模拟虚拟房间中虚拟扬声器的距离。
音频再现装置200的另一个应用例子是防止重复性劳损(RSI)或者不活动。在该情况下用户100例如坐在个人电脑(PC)的前方或者电视机(TV)前方的沙发上。发声装置102例如为连接到PC或者电视机的扬声器。选择值d是用户100在休息之前希望工作或者看电视的时间量。例如由自开始时间t0以来经过的时间量t减去选择值d来确定数学成本c，选择值d为连续工作或者看电视的允许时间如果t-t0＞dc＝(t-t0)-d；如果t-t0＜dc＝0[1]使用TV或PC的两个扬声器，虚拟声源位置可以被模拟。
图2示意性地显示基本形式的音频再现装置200的实施例。输入音频信号i通过来自例如便携式MP3播放器或PC的声卡的输入装置204进入。输入音频信号i可以来自音频再现装置200的外部或者内部。在后一种情况下，音频再现装置200可以包括例如CD播放器单元或者任何其它的内部音频源201。输入音频信号i可以是单声道或多声道音频。还有一个成本输入端208，其用于接收来自数学成本计算单元210的数学成本c，该数学成本计算单元210被设置成从测量装置212得到的测量值导出数学成本。数学成本计算单元210可以被并入音频再现装置200中，或者例如可以单独地位于测量装置212中。测量装置212典型地未并入音频再现装置200中，尽管它能够这样，例如它为时钟的情况下。音频再现装置200包含调节单元202，该调节单元包含音频处理装置216，该音频处理装置216被设置成处理输入音频信号i以导出具有依赖于数学成本c的再现质量R的输出音频信号o。输出音频信号o传送到输出端206，扬声器214可以连接到该输出端。音频处理装置216可以只执行导致可变再现质量并因此导致可感知的音质质量的输出音频信号o的单个参数函数，，或者如图3中可以替换地或同时地应用多路音频处理算法。
图3示意性地显示音频处理装置316，其为音频再现装置200的音频处理装置216的一个实施例。在该音频处理装置316中，所示的多个处理单元纯粹用于解释音频再现装置200的各个特征，应当明白其它的组合也是可能的。音频处理装置316被设置成将输出音频信号o供应给第一扬声器314，以及如果需要的话，将第二输出音频信号o2供应给第二扬声器315。
对于许多音频处理算法，再现质量R可以提前被设置，并根据再现质量R选择随后的音频处理。例如，再现质量R可以是音频处理算法的一个参数，正如在其中输出音频信号的幅度被设置的情况下。这可以用可变增益放大器实现。在其它情况下，用户感官评定或者音频再现装置200的实际用户的偏好可以用于选择合适的处理算法，例如，第一、第二或第三处理算法320、322或324。在图3的示例实施例中，来自第二测量装置352的第三数学成本c3传送到算法选择器326，该算法选择器326例如包含区间表。如果第三数学成本c3处于第一区间内，则选择第一处理算法320等等。根据第三数学成本c3的值，这种结构能够切换到完全不同的算法。例如，根据第三数学成本c3处于第一区间中的位置，第一算法可以改变两个虚拟扬声器之间的角160。如果第三数学成本c3太高以至于处于第一区间之外而在第二区间中，那么选择第二处理算法322，该第二处理算法322例如改变来自虚拟扬声器的信号幅度，或者同时改变它们之间的角160和信号幅度。在处理之前设置再现质量R的另一例子是通过头部相关传递函数HRTF在虚拟声源的围绕用户100头部的球体上设置角位置。例如，当用户100戴上耳机时，输入音频信号i可以被模拟为来自虚拟声源位置，这是通过使用特定的第一HRTF的滤波器332对它滤波以获得左耳机扬声器114的输出音频信号o，以及使用特定的第二HRTF来获得右耳机扬声器115的第二输出音频信号o2。这两个HRTF都取决于虚拟声源要求的位置，例如被指定为单位球体上的两个角，并且能够从包含HRTF的存储器334被取出以用于许多不同的位置。第一质量计算单元330确定进一步进行音频处理所需的再现质量R。例如，在上述的情况下，第一质量计算单元330计算虚拟声源的角α，该角α作为第一数学成本c1的线性函数，用于取出HRTF。第一数学成本c1由数学成本计算单元310从测量装置312导出，该数学成本计算单元310例如计算类似于图6a中的函数。测量HRTF的细节可以在专利WO01/49066和论文“F.L.Wightman和D.J.KistlerHeadphonesimulation of free field listening.IStimulus synthesis.Journal of the Acoustical Soc.of America 85 no.2，Feb.1989，pp.858-867”中找到。
在其它情况下，再现质量R必须在输出音频信号o自身上被测量，例如原因在于输出音频信号o的再现质量R和特定处理之间的关系太复杂以至于不能用公式表示或者是未知的。在该情况下可以使用反馈来选择正确的处理算法或者参数处理算法的正确参数。质量测量装置344测量输出输出音频信号o的输出质量测量值M。输出质量测量值M和来自第二质量计算单元340的期望再现质量R被馈送到参数值计算装置346。从这两个参数计算出参数值pv，以用于控制音频处理单元随后的处理，所述音频处理单元选择特定的处理算法或者改变参数算法的参数。这可以由任何从控制理论获知的技术实现。例如，更新参数值pv可以由公式[2]计算pv＝δ(M-R) [2]实际上，参数值pv可以是M和R的任何函数，如果需要，也可以考虑输出质量测量值M是与再现质量R不同的期望音质质量的函数。
输出质量测量值M和从第一数学成本c1导出的再现质量R之间所需的隐含功能可以由用户100指定。使用例如键盘、触感面板或控制旋钮的用户输入装置360和用户接口装置311，用户100可以指定多个期望的测量值d，这些测量值可以被转换为相应的第一数学成本c1和再现质量R。代替输入期望的测量值d，用户100也可以输入期望的数学成本cs。在该学习阶段期间，对于每个再现质量R，多个具有相应输出质量测量值M的处理算法被扫描。当到达对应于用户100期望的音质质量的输出质量测量值M时，用户100可以通过有线或无线的学习控制连接1c将其指示给参数值计算装置346。然后参数值计算装置346可以存储该对再现质量R和参数值pv，从而在操作期间不再需要反馈，而是形成对应于测量值m的再现质量R，正确的参数值pv能够被发送到音频处理单元342。通过设置输出选择器370，学习控制连接1c也能够用于指定哪一个可用处理应当用于获得具有期望的再现质量R的输出音频信号o。
将用户偏好设置到音频处理装置316中的另一个例子被利用第二用户输入装置361来说明。在该例子中，用户100可以直接将第二期望的数学成本cs’和相应期望的处理算法选择na输入到算法选择器326中。
应当注意，在许多情况下准确感知的音质质量如虚拟声源的准确位置并不重要，而是仅仅单调地改变音质质量。这放松了对再现策略的要求。虚拟声源角度对数学成本的任何映射例如可能已经足够。
许多处理算法可以被设计成产生某一对应于再现质量R的可感知的音质质量，所述再现质量表征选择的算法。例如，低音频率的再现可以根据数学成本而改变。如图8所示，作为特定的再现质量R或再现质量R的一部分，技术要求SPEC可以被计算以反映输出音频信号o的频谱内容。技术要求SPEC的一个例子是这样一个频率，例如第一低频FL1或者第二低频FL2，在该频率以下基本上不存在声能。例如，如果用户以接近期望的速度跑步，那么一直下至第一低频FL1的低音频率被再现。然而，如果他跑得太慢，那么他失去第一低频FL1和第二低频FL2之间的低音频率。技术要求SPEC的另一个例子是低音范围[FL1，FL2]内的能量对范围[FL3，FH]内的能量的百分比。任何均衡策略都可用作成本c的函数，例如高音量可以是成本c的函数。
感兴趣算法通过用户100头部周围的三维气泡150设置数学成本函数。如果他跑得太慢，他头部158的虚拟位置和气泡中的标记点156之间的距离增加，这导致了数学成本c增加以及再现质量R降低。再现质量R也可以根据用户100是否在气泡150内而改变，这赋予了他训练允许量。与用户跑动相比，气泡150的虚拟移动甚至可以跟踪用户是否正在等待交通信号灯，例如当他推动按钮时该情况被识别。当在气泡150内时，通过选择对应于特定房间的HRTF，声音例如可以听起来象是用户100在该房间内，但是在气泡150之外声音听起来很单调。
虚拟声源的距离也可以被模拟。音频处理单元342例如可以通过改变输出音频信号o和第二输出音频信号o2的幅度而模拟虚拟声源的距离。或者可以加入混响。在一个房间中如果声源在附近，则几乎没有回响，但是如果声源在远处，则存在较大比例的混响。附加地或可替换地，可以产生虚拟通道，在该虚拟通道上虚拟声源反射其声音。
许多选择也能够用于改变立体声音频信号的立体声质量S。例如，当数学成本c增加时，第一虚拟声源152和第二虚拟声源154之间的角160可以减小，从而导致较低的立体声质量S。或者可以使第一和第二输出音频信号o和o2更为相似。或者可以有从立体声到单声道的硬切换。在立体声下信号也应当被理解为多声道音频，并且相应的立体声质量S例如为声道的数量。
立体声和单声道之间逐渐变化的例子通过计算改变的立体声信号L’和R’而实现，L’和R’由下面的公式得到L′=(1+a)L2+(1-a)R2]]>R′=(1-a)L2-(1-a)R2---[3]]]>通过在0和1之间改变参数的值来实现单声道和立体声之间的变化。
测量装置312和第二测量装置352可以是任何装置，例如时钟或者指示用户100的位置的G.P.S传感器。特别地它可以是生物统计测量装置，例如连接到跑鞋的步速计、胸带或耳垂心率计106、温度计等。当用于运动表现测量时这些测量装置是引人注意的。测量装置312也可以包含在专业训练装置中，例如用于室内慢跑的滚动带。跑步的方式，尤其是不健康的方式也可以被反馈。
在游戏应用中，第二数学成本c2可以由诸如随机发生器之类的成本确定装置313设置。根据用户100的运气，他的数学成本被设回到第二数学成本c2，并且他必须跑得更快以重新获得第三数学成本c3的级别，该第三成本由第二数学成本计算单元350从第二测量装置352确定。
图4示意性地显示音频反馈系统的一个实施例。音频源421将输入音频信号i传递到调节单元402。音频源421例如可以是便携式音频播放器或者健身中心的音频发送服务器。测量装置412执行测量值m，该测量值由数学成本计算单元410转换为数学成本c，该数学成本c也被输入到调节单元402中。调节单元402包含音频处理装置416，该音频处理装置被设置成处理输入音频信号以获得依赖于数学成本c的再现质量R的输出信号o，该输出信号o被发送到发声装置414，例如一对耳机或者电视机的扬声器。测量装置412、数学成本计算单元410、调节单元402、音频源421和发声装置414可以单独地或以任何组合实现。例如，音频再现装置典型地可以包含调节单元402、音频源421和数学成本计算单元410。
可以具有头部跟踪器，从而虚拟声源的位置被校正以用于用户100头部的运动。也可以有这样的装置，例如麦克风，从而拾取来自环境的某些声音，并将它们与发声装置414的信号混合以提高安全性。
例如成本函数的技术要求可以不由用户100执行，而是通过来自如私人教练的第二人的接口如因特网来支配声道。或者技术要求可以由用户100在不同的时间执行，例如在他的PC上。例如，他能够为整个月制定训练计划，该计划例如可以无线下载到音频再现装置中。函数的参数和函数甚至可以例如从因特网上下载，并例如在想要类似训练期的用户之间共享。在训练期间制定并且存储在存储器中的技术要求也可以通过接口下载到电脑上，以用于进一步分析，例如训练改进。
应当注意，上述的实施例是说明而不是限制本发明，并且本领域的熟练技术人员能够设计替换实施例而不背离权利要求书的范围。除了如权利要求中组合的本发明的元件组合之外，本领域熟练技术人员所察觉到的本发明范围内元件的其它组合也被本发明覆盖。元件的任何组合可以在单个专用元件中实现。在权利要求中括号内的任何附图标记并非是为了限制权利要求。词语“包括”并不排除未列在权利要求中的元件或方面的存在。元件之前的词语“一”或“一个”并不排除多个这种元件的存在。
本发明可以通过硬件或者通过在电脑上运行的软件来实施，所述软件预先存储在数据载体上或者通过信号发送系统发送。
权利要求
1.一种音频再现装置，该装置包括用于输入输入音频信号的输入装置；用于输出从所述输入音频信号导出的输出音频信号的输出端；用于输入从用户可影响的测量值导出的数学成本的成本输入端；以及调节单元，其能够发送依赖于所述数学成本的输出音频信号，其特征在于，所述调节单元包括音频处理装置，该音频处理装置被设置成处理所述输入音频信号以导出再现质量依赖于所述数学成本的所述输出音频信号。
2.如权利要求1所述的音频再现装置，其中所述再现质量包括虚拟声源的三维位置，所述音频处理装置能够通过所述输出音频信号来模拟虚拟声源。
3.如权利要求2所述的音频再现装置，其中所述音频处理装置包括滤波器，该滤波器被设置成通过利用用户相关的头部相关传递函数来滤波输入音频信号以导出所述输出音频信号而模拟所述虚拟声源的位置。
4.如权利要求2所述的音频再现装置，其中所述音频处理装置包括音频处理单元，该音频处理单元被设置成通过改变所述输出音频信号的性质来模拟所述虚拟声源的位置，所述输出音频信号的性质选自信号幅度和加入的混响。
5.如权利要求1所述的音频再现装置，其中所述音频处理装置被设置成导出第二输出音频信号，连同所述输出音频信号构成立体声音频信号，所述音频处理装置被设置成从来自所述输入音频信号导出具有依赖于所述数学成本的特定立体声质量的所述立体声音频信号。
6.如权利要求1所述的音频再现装置，其中所述再现质量包括所述输出音频信号的频率分布的技术要求。
7.如权利要求1所述的音频再现装置，包括第一质量计算单元，其用于确定再现质量以用于随后通过所述音频处理装置导出所述输出音频信号。
8.如权利要求1所述的音频再现装置，包括质量测量装置，其用于测量所述输出音频信号的输出质量测量值，以及包括用于计算参数值的参数值计算装置，所述参数值用于随后通过所述音频处理装置导出所述输出音频信号。
9.如权利要求1所述的音频再现装置，其中组成数学成本计算单元，该数学成本计算单元被设置成从测量装置可接收的测量值导出所述数学成本。
10.如权利要求9所述的音频再现装置，其中所述数学成本计算单元被设置成基于测量值和选择值之间的差异导出所述数学成本。
11.如权利要求9所述的音频再现装置，其中所述数学成本计算单元被设置成从生物统计测量值导出所述数学成本。
12.一种音频反馈系统，该系统包括音频源；被设置成发送用户可影响的测量值的测量装置；数学成本计算单元，其被设置成从所述测量值导出数学成本；发声装置；以及调节单元，其被设置成接收来自所述音频源的音频信号，接收所述数学成本，以及根据所述数学成本将从输入音频信号导出的输出音频信号发送到所述发声装置。其特征在于，所述调节单元包括音频处理装置，该音频处理装置被设置成处理所述输入音频信号以导出再现质量依赖于所述数学成本的所述输出音频信号。
13.一种从依赖于数学成本的输入音频信号导出输出音频信号的方法，所述数学成本从用户可影响的测量值导出，其特征在于导出的所述输出信号具有取决于所述数学成本的特定再现质量。
14.一种由处理器运行的计算机程序，该程序描述权利要求13的方法。
15.一种用于存储权利要求14的计算机程序的数据载体。
全文摘要
一种音频再现装置包括成本输入端，其用于输入从用户可影响的测量值导出的数学成本；以及调节单元，其能够根据所述数学成本发送输出音频信号，其特征在于，所述调节单元包括音频处理装置，该音频处理装置被设置成处理输入音频信号以导出再现质量依赖于所述数学成本的所述输出音频信号。虚拟声源位置和立体声信号的质量也能够作为再现质量。还给出了一种包括音频再现装置、测量装置和发声装置的系统和一种导出再现质量依赖于数学成本的输出音频信号的方法。
文档编号A61B5/0404GK1732713SQ200380107888
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月30日
发明者R·M·亚尔特斯, P·A·高夫, D·W·E·肖本 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司