对房间的音频适配

本申请是申请号为201810543241.9、申请日为2018年5月31日、发明名称为“对房间的音频适配”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施方案涉及扬声器渲染音频的领域；更具体地讲，涉及环境补偿的音频渲染。

背景技术

希望再现声音记录使得其听起来像在原始记录环境中那样自然。方法是围绕收听者创建空间分布更紧密地近似原始记录环境的空间分布的声场。这一领域的早期实验例如已经揭示，通过收听者前面的扬声器输出音乐信号并通过收听者后面的扬声器输出相同信号的略微延迟版本，就给予收听者其在大的房间中并且音乐正在其前面演奏的感觉。可通过在收听者左侧添加另一扬声器并在其右侧添加另一扬声器、并且以与前扬声器和后扬声器之间的延迟不同的延迟为这些侧扬声器馈送相同信号来改进所述布置。但是，使用多个扬声器就增加了音频系统的成本和复杂性。

扬声器再现受到附近障碍物诸如墙壁的影响。此类声学边界产生扬声器所发射的声音的反射。反射可增强或劣化声音。反射的效应可根据声音的频率而变化。较低频率(尤其是低于约400Hz的频率)可能特别容易受到来自声学边界的反射的影响。

期望提供一种更容易且更有效的方式来以较少的扬声器提供声音记录的自然声音再现。

发明内容

一种音频系统包括一个或多个扬声器箱，每个扬声器箱具有扬声器。感测逻辑部件确定扬声器箱的声学环境。感测逻辑部件可包括回波消除器。低频滤波器基于扬声器箱的声学环境校正音频节目。该系统输出可以是低频声音的全向声图案，以确定声学环境。如果声学环境是在自由空间中，则系统可生成定向图案叠加在全向图案上。如果声学环境不在自由空间中，则系统可将环境内容朝向墙壁并且将直接内容背离所述墙壁。感测逻辑部件在初始通电时以及在检测到扬声器箱的位置变化时自动确定声学环境。加速度计可检测扬声器箱的位置变化。

根据附图并且根据以下详细描述，本发明的其他特征和优点将为显而易见的。

附图说明

通过参考下面的描述和附图，本发明可被最好地理解，该附图用于以举例的方式而非限制的方式示出本发明的实施方案。在图中，其中类似的附图标号指示类似的元件：

图1是具体实施本发明的第一音频系统的框图。

图2是具体实施本发明的第二音频系统的框图。

图3是具体实施本发明的第三音频系统的框图。

图4是具体实施本发明的第四音频系统的框图。

具体实施方式

以下描述示出了许多具体细节。然而，应当理解，可不需要这些具体细节的情况下来实践本发明的实施方案。在其他情况下，未详细示出已熟知的电路、结构和技术，以免模糊对此描述的理解。

在下面的描述中，参考示出本发明的若干个实施方案的附图。应当理解，其他实施方案也可被利用，并且在不脱离本公开的实质和范围的情况下可进行机械组成改变、结构改变、电气改变、以及操作改变。下面的详细描述不应该被理解为限制性的意义，并且本发明的实施方案的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。

本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施方案并非旨在对本发明进行限制。空间相关术语，诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等可在本文中用于描述的方便，以描述一个元件或特征部与另外一个或多个元件或一个或多个特征部的关系，如在附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了在附图所示取向之外的设备使用或操作过程中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征部“下方”或“之下”的元件然后可被取向成在其他元件或特征部“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可涵盖在……上方和在……下方这两个取向。设备可以另外的方式被取向(例如，旋转90度或在其他的取向)，并且在本文中使用的空间相对描述词被相应地解释。

如本文所用，单数形式“一个”(“a”，“an”)和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外指出。应当进一步理解，术语“包括”(“comprises”和/或“comprising”)限定了所述特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件、和/或其集合的存在或添加。

本文所用的术语“或”以及“和/或”应被解释为包含在内或意指任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”指“以下中的任意一种：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C。”仅当元素、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地互相排斥时，才会出现这个定义的例外。

图1是示例性音频系统的视图。该音频系统包括扬声器箱100，所述扬声器箱具有集成在其中的扬声器驱动器102。提供音频放大器114，其被耦接到扬声器驱动器102的输入端。感测逻辑部件108确定扬声器箱100的声学环境，如下文进一步所述。低频校正滤波器112接收音频节目110并生成音频信号，该音频信号基于扬声器箱100的声学环境针对室内效应校正音频节目，如下文进一步所述。音频信号被提供给音频放大器114以通过扬声器箱100中的扬声器驱动器102输出经校正的音频节目。

感测逻辑部件和低频校正滤波器可使用2016年1月6日提交的标题为LOUDSPEAKEREQUALIZER的美国专利申请14/989,727中所公开的技术，该美国专利申请全文以引用方式专门并入本文。

图2是另一示例性音频系统的视图。该音频系统包括扬声器箱200，所述扬声器箱具有集成在其中的九个扬声器驱动器，一个驱动器202面朝上，并且在扬声器箱的四个侧面中每一侧面上有两个驱动器204面朝外。

九个音频放大器214各自提供耦接到这九个扬声器驱动器202、204之一的输入端的输出端。一个音频放大器与每个扬声器驱动器相关联。为了例示清楚，仅示出了这些音频放大器中的一个，并且省略了音频放大器和扬声器驱动器之间的信号连接。附加音频放大器及其与扬声器驱动器的连接用省略号暗示。

感测逻辑部件208确定扬声器箱200的声学环境，如下文所述。一个或多个低频校正滤波器212接收音频节目210并且生成音频信号，该音频信号基于扬声器箱200的声学环境针对室内效应校正音频节目，如下文所述。可以为扬声器箱200中的每个驱动器202、204或者只为一些驱动器(诸如提供低频输出的驱动器，例如低音单元和/或重低音单元)提供低频校正滤波器212。为清楚起见，用省略号暗示附加的低频校正滤波器及其与音频放大器的连接。

图3是另外一个示例性音频系统的视图。该音频系统包括两个扬声器箱300A、300B，扬声器箱具有集成在其中的七个扬声器驱动器，一个驱动器302面朝上，并且在扬声器箱的面朝前和面朝后的侧面中的每个侧面上有三个驱动器304面朝外。虽然示出了两个扬声器箱，但应当理解，在具体实施本发明的其他音频系统中可使用更多数量的扬声器箱。

七个音频放大器314各自提供耦接到这七个扬声器驱动器之一的输入端的输出端。一个音频放大器与每个扬声器驱动器相关联。为了例示清楚，仅示出了这些音频放大器中的一个，并且省略了音频放大器和扬声器驱动器之间的信号连接。

感测逻辑部件308确定扬声器箱300A、300B中每一者的声学环境，如下文所述。两个或更多个低频校正滤波器312各自接收音频节目310的通道并且生成音频信号，该音频信号基于扬声器箱300A、300B中每一者的声学环境针对室内效应校正音频节目的通道，如下文所述。可以为扬声器箱300A、300B中每一者中的每个驱动器302、304或者只为一些驱动器(诸如提供低频输出的驱动器，例如低音单元和/或重低音单元)提供低频校正滤波器312。可以为具体实施本发明的音频系统中的一些(但不是全部)扬声器箱中的驱动器提供低频校正滤波器。

应当理解，包括两个或更多个扬声器箱的音频系统可具有布置在各种配置中的一个或多个扬声器驱动器，诸如图1和图2所示的配置。同样，图1所示扬声器驱动器的布置方式可用于包括一个扬声器箱的音频系统中。在具体实施本发明的音频系统中可以使用除了所图示之外的其他扬声器驱动器布置方式。

具体实施本发明的音频系统包括感测逻辑部件，用于确定扬声器箱中扬声器驱动器的声学环境。应当理解，扬声器驱动器的性能受到可反射和/或吸收扬声器驱动器正输出的声音的声学障碍物(诸如墙壁)的影响。声学障碍物的声学属性可以是频率相关的。反射可强化或抵消扬声器驱动器生成的声音，具体取决于反射声学表面的位置和声音的频率。

图4是再一示例性音频系统的视图。该音频系统包括圆柱形扬声器箱400，在其中集成有八个扬声器驱动器404，这些驱动器中的每一者从扬声器箱面朝外。应当理解，系统的其他实施方案可以使用其他柱形形状的扬声器箱，诸如八边形或其他规则多边形，系统可使用多于或少于八个扬声器驱动器，并且系统可具有面朝上的驱动器，与先前实施方案中所公开的驱动器类似。

八个音频放大器414各自提供耦接到这八个扬声器驱动器404之一的输入端的输出端。一个音频放大器与每个扬声器驱动器相关联。为了例示清楚，仅示出了这些音频放大器中的一个，并且省略了音频放大器和扬声器驱动器之间的信号连接。附加音频放大器及其与扬声器驱动器的连接用省略号暗示。

感测逻辑部件408确定扬声器箱400的声学环境，如下文所述。回放模式处理器接收音频节目410并生成音频信号，该音频信号基于扬声器箱400的声学环境针对室内效应调节音频节目(如下文所述)，以响应于所述一个或多个扬声器箱中每一者的声学环境调节音频节目，并且将所述一个或多个音频信号提供给所述一个或多个音频放大器以通过所述一个或多个扬声器箱中每一者中的所述一个或多个扬声器驱动器输出经校正的音频节目。

再次参见图1，感测逻辑部件108可生成声图案并将声图案提供给音频放大器114。声图案可以是全向声图案、高度定向声图案、或另一影响低或高音频频率的声图案。声图案通过扬声器箱100中的扬声器驱动器102输出，以确定扬声器箱的声学环境。在其中扬声器箱包括两个或更多个扬声器驱动器的其他实施方案中，声图案可通过扬声器箱中的单个扬声器驱动器或通过扬声器箱中的一些或所有扬声器驱动器输出。在存在两个或更多个扬声器箱的其他实施方案中，声图案可顺序地通过这些扬声器箱中每一者中的扬声器驱动器输出，以便依次确定这些扬声器箱中每一个扬声器箱的声学环境。

感测逻辑部件108部分地操作与麦克风118上接收的信号相关的信息，所述信号是响应于对于各个扬声器102所生成的那些而在扬声器箱100的外边界处的声音，其可由扬声器箱内的麦克风116来估计。感测逻辑部件108通过例如检查麦克风116、118之间以及扬声器102与麦克风118之间的传递函数测量来这样做。感测逻辑部件108可接收来自外部麦克风118的信号，该外部麦克风可位于扬声器箱100的外表面上或被放置成检测外部表面附近的声压水平。为了本专利申请的目的，短语“外部麦克风”和“扬声器箱外部的麦克风”是指被放置成使得其生成响应于扬声器箱的外表面附近的声压水平的信号的麦克风。

感测逻辑部件108将来自外部麦克风118的信号与指示正被扬声器驱动器102输出的声能量的量的信号进行比较。驱动器输出声能量的指示可由内部麦克风116提供。在其他实施方案中，驱动器输出声能量的指示可由测量扬声器驱动器的扬声器纸盆的位移的光学系统或者由正被提供给扬声器驱动器的电能推导驱动器输出声能量的指示的电气系统来提供。

感测逻辑部件108估计扬声器箱100中的扬声器驱动器102与扬声器箱外部的麦克风118之间的声学路径。感测逻辑部件108可包括回波消除器，用于估计扬声器驱动器102与麦克风118之间的声学路径。

感测逻辑部件可使用其他技术来估计扬声器驱动器和麦克风之间的声学路径，诸如提交于2015年10月22日的标题为ENVIRONMENT SENSING USING COUPLED MICROPHONESAND LOUDSPEAKERS AND NOMINAL PLAYBACK的美国专利申请14/920,611中所公开的技术，该美国专利申请专门全文以引用方式并入本文。

感测逻辑部件108可将扬声器箱的声学环境分类成在自由空间中，其中没有声学障碍物或边界足够靠近扬声器箱而显著影响扬声器箱中扬声器驱动器所生成的声音。为了本专利申请的目的，短语“显著影响声音”是指将声音改变到了在不使用测量装置的情况下就会被收听者感知的程度。可以假定，扬声器箱被设计成以支承表面的效应是意图要生成的声音的一部分的方式被支承在表面上。因此，支承表面可以不被认为是声学障碍物或边界。如果扬声器箱足够远离所有墙壁和大件家具以避免来自此类障碍物的显著声学反射，则扬声器箱在自由空间中。

当存在声学障碍物或边界足够靠近扬声器箱而显著影响扬声器箱中扬声器驱动器生成的声音时，即当扬声器箱不在自由空间中时，感测逻辑部件108可进一步对扬声器箱的声学环境进行分类。进一步分类可基于扬声器箱的典型放置。例如，如果在扬声器箱附近存在单个反射声学表面，则声学环境可被进一步分类为靠近墙壁。如果在扬声器箱附近存在彼此成直角的两个反射声学表面，则声学环境可被进一步分类为在角落中。如果在扬声器箱附近存在彼此成直角的三个反射声学表面并且一个声学表面平行于扬声器箱的支承表面，则声学环境可被进一步分类为在书架中。

再次参见图2，音频系统可提供回放模式处理器220，用于接收音频节目并根据由音频系统的声学环境确定的回放模式来调节音频节目。提供回放模式处理器的音频系统通常将包括一个或多个扬声器箱，每个扬声器箱各自包括一个以上的扬声器驱动器。

回放模式处理器220调节被引导到扬声器箱200的音频节目210的部分，以影响音频节目被扬声器箱中的所述多个扬声器驱动器202、204输出的方式。回放模式处理器220将具有所述多个扬声器驱动器的多个输出，为了清楚起见如省略号所暗示。如果用于特定驱动器，则低频校正滤波器212可被放置在回放模式处理器220之前或之后。

回放模式处理器220可调节音频节目210以从扬声器箱200沿特定方向输出音频节目的部分。声音输出方向可通过将音频节目的部分引导至取向在期望方向的扬声器驱动器来控制。一些扬声器箱可包括被布置成扬声器阵列的扬声器驱动器。回放模式处理器可通过使扬声器阵列沿期望方向发射波束成形声图案来控制声音输出方向。

如果声学环境是在自由空间中，则回放模式处理器220可调节音频节目210以使得扬声器驱动器202、204生成定向图案叠加在全向图案上。定向图案可包括音频节目210的空间地定位于声场中的部分，例如左通道或右通道独有的部分。定向图案可限于音频节目210的较高频率部分，例如高于400Hz的部分，收听者可更具体地对其进行空间定位。全向图案可包括音频节目210的在整个声场中听到的部分，例如左通道和右通道两者共同的部分。全向图案可包括音频节目210的较低频率部分，例如低于400Hz的部分，其对于收听者而言难以在空间上定位。

如果声学环境不在自由空间中，则回放模式处理器220可调节音频节目210以使得扬声器驱动器202、204将音频节目的环境内容朝向墙壁并且使音频节目的直接内容背离所述墙壁。

如果声学环境被分类为在书架中，则回放模式处理器220可调节音频节目210以使得扬声器驱动器202、204形成指向离开书架的高度定向束。

回放模式处理器可利用提交于2017年5月12日的标题为SPATIAL AUDIORENDERING STRATEGIES FOR BEAMFORMING LOUDSPEAKER ARRAY的美国专利申请15/593,887中所述的技术来调节音频节目，该美国专利申请全文以引用方式专门并入本文。回放模式处理器可利用提交于2016年9月23日的标题为CONSTRAINED LEAST-SQUARES AMBIENCEEXTRACTION FROM STEREO SIGNALS的美国专利申请15/275,312中所述的技术来将音频节目的环境内容与直接内容分开，该美国专利申请全文以引用方式专门并入本文。

感测逻辑部件208在感测逻辑部件208使用此类度量时可隐含地假设哪些信号和声源在各个扬声器和麦克风中占首要地位。此外，实际上，还必须在操作中存在足够的信号电平，高于内部设备和环境噪声，以允许有效的测量和分析。此类电平和传递函数、以及其估计的假设可在各个频带中、在各个时间间隔期间或在设备操作的各种“模式”期间被要求。

在实验室或受控设置之外，在设备的实际部署中，有必要确保感测逻辑部件208算法在这样的有效假设下操作，如对于特定感测逻辑部件操作和决策是必要的那样。为了帮助确保感测逻辑部件208正以有效输入操作，感测逻辑部件可包括“监管”逻辑部件。

监管逻辑部件在其最简单的形式中接受各种信号，并进行绝对和相对信号电平测量和比较。具体地讲，监管逻辑部件针对各种目标和经调整的假设检查这些测量和比较，这构成测试，并且只要一个或多个测试/假设被违反，就标记问题。在进行感测逻辑部件决策和改变之前，监管逻辑部件可探测此类标记，以检查各种测试的状态。标记也可任选地驱动或门控感测逻辑部件中的各个“估计器”，从而警告它们有必需的假设或条件正被违反。

监管逻辑部件被设计为是灵活的，因为它可被调整以检查一个或多个用户限定的频带，它可接受一个或多个麦克风信号，并且它可被用户以各种绝对和相对信号电平目标进行调整。监管逻辑部件可具有其中一个或多个测试要么被包括要么被排除的模式，具体取决于感测逻辑部件需要这个特定监管逻辑部件做什么的场景。

监管逻辑部件适应真实音频信号，真实音频信号在时间和频率上是相当动态的。这对于音乐和谈话而言尤其如此。“电平”目标可以是动态的以适应真实音频信号。“电平”目标可以是统计学目标。监管逻辑部件可在可以是用户限定的间隔的短时间间隔(例如，几十到几百毫秒的间隔)上收集特定类型的测量，并且在也可以是用户限定的间隔的长时间间隔(例如几百毫秒到几秒的数量级的间隔)上累积多个此类测量。通过该测量类型的目标于是由目标电平和比例来限定，其中满足目标电平的在所限定的“长”间隔上收集的“短”测量必须超过所限定的比例以便通过测试。设定此类电平和比例可涉及所关注的频带和所预期的信号类型。

感测逻辑部件208可在第一时间段中从感测逻辑部件所使用的每个麦克风收集多个测量。对于比第一时间段短的第二时间段取这些测量中的每一者。感测逻辑部件208将这些测量中的每一者与目标电平进行比较，以确定满足目标电平的这些测量的比例。第二时间段可介于10毫秒和500毫秒之间，而第一时间段可至少为第二时间段的十倍。

如果满足目标电平的所述多个测量的比例低于阈值，则感测逻辑部件208可禁用低频校正滤波器212的应用和音频系统的声学环境的确定。

感测逻辑部件208可在音频系统初始通电时自动确定音频系统的声学环境，而无需用户对音频系统进行任何干预。感测逻辑部件208可进一步检测扬声器箱的声学环境何时发生变化，并且自动地重新确定音频系统的声学环境，同样无需用户对音频系统进行任何干预。声学环境可通过移动扬声器箱或通过在扬声器箱附近放置声学障碍物而被改变。扬声器箱的声学环境的变化可通过音频特征的变化来检测。

在一些实施方案中，加速度计222耦接到扬声器箱200以检测扬声器箱的位置变化。这可允许更快速地检测位置变化。

感测逻辑部件208可利用提交于2017年6月1日的标题为ACOUSTIC CHANGEDETECTION的美国专利申请15/611,083中所述的技术来检测扬声器箱的声学环境改变，所述美国专利申请全文以引用方式专门并入本文。

如果检测到扬声器箱的声学环境的变化，则感测逻辑部件208可回退到全向模式并开始校准程序。重新校准总体上对用户是透明的。用户可能听到某种优化，但没有什么是明显的。

低频校正滤波器212和/或回放模式处理器220可响应于扬声器箱被移动之后所重新确定的声学环境。

再次参见图3，在一些实施方案中，音频系统包括两个或更多个扬声器箱302A、302B。在此类实施方案中，回放处理器320可调节音频节目310以利用这多个扬声器箱302A、302B。

例如，如果声学环境是在自由空间中，则回放模式处理器320可调节音频节目310以使得扬声器驱动器302、304生成定向图案叠加在全向图案上。全向图案对于扬声器箱302A、302B两者可以是相同的，而定向图案对于每个扬声器箱是特定的。定向图案可被引导以彼此补充，诸如使图案在一定程度上背离另一扬声器箱以提供更延展的声音。

又如，如果声学环境不在自由空间中，则回放模式处理器320可调节音频节目310以使得扬声器驱动器202、204将音频节目的环境内容朝向墙壁并且使音频节目的直接内容背离所述墙壁。如果有多个扬声器箱302A、302B，则可分离环境内容以根据扬声器箱的位置来放置环境内容。例如，对于两个扬声器箱302A、302B，环境内容可被分成左环境和右环境并且分别被发送给左扬声器箱和右扬声器箱。直接内容可类似地被引导给适当定位的扬声器箱。

回放模式处理器利用提交于2016年11月16日的标题为USING THE LOCATION OF ANEAR-END USER IN A VIDEO STREAM TO ADJUST AUDIO SETTINGS OF A FAR-END SYSTEM的美国专利申请15/311,824中公开的技术来调节音频节目，该美国专利申请全文以引用方式专门并入本文。

再次参见图4，音频系统可提供回放模式处理器420，用于接收音频节目410并根据由音频系统的声学环境确定的回放模式来调节音频节目。如上文对于图2所示的系统所述，回放模式处理器420调节被引导给扬声器箱400的音频节目410的部分，以影响音频节目被扬声器箱中的所述多个扬声器驱动器404输出的方式。回放模式处理器420将具有所述多个扬声器驱动器的多个输出，为了清楚起见如省略号所暗示。

回放模式处理器420可调节音频节目410以从扬声器箱400沿特定方向输出音频节目的部分。声音输出方向可通过将音频节目的部分引导至取向在期望方向的扬声器驱动器来控制。

如果声学环境是在自由空间中，则回放模式处理器420可调节音频节目410以使得扬声器驱动器402、404生成定向图案叠加在全向图案上。定向图案可包括音频节目410的空间地定位于声场中的部分，例如左通道或右通道独有的部分。定向图案可限于音频节目410的较高频率部分，例如高于400Hz的部分，收听者可更具体地对其进行空间定位。全向图案可包括音频节目410的在整个声场中听到的部分，例如左通道和右通道两者共同的部分。全向图案可包括音频节目410的较低频率部分，例如低于400Hz的部分，其对于收听者而言难以在空间上定位。

如果声学环境不在自由空间中，则回放模式处理器420可调节音频节目410以使得扬声器驱动器404将音频节目的环境内容朝向墙壁并且使音频节目的直接内容背离所述墙壁。

感测逻辑部件408可使用上文针对图2所示系统所述的监管逻辑部件。

在一些实施方案中，加速度计422耦接到扬声器箱400以检测扬声器箱的位置变化。这可允许更快速地检测位置变化。

如果检测到扬声器箱的声学环境的变化，则感测逻辑部件408可回退到全向模式并开始校准程序。重新校准总体上对用户是透明的。用户可能听到某种优化，但没有什么是明显的。回放模式处理器420可响应于扬声器箱被移动之后所重新确定的声学环境。

虽然附图中描述并且示出了某些示例性实施例，但应当理解，此类实施例仅为示例性的并对广义发明不具有限制性，并且本发明不限于所示和所述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可进行各种其他修改。并非所描述的每个步骤或元素在具体实施本发明的音频系统中都是必需的。可使用结合一个实施方案描述的各个步骤或元素，作为结合另一实施方案描述的步骤或元素的附加或替代。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。