專利名稱：音頻系統(tǒng)相位均衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻系統(tǒng)中相位均衡的方法，尤其涉及在汽車的載客車廂內(nèi)任意收聽 位置處最小化立體聲信號(hào)的耳間時(shí)間差的方法。
背景技術(shù)：
高級(jí)的汽車音響系統(tǒng)，特別是在豪華級(jí)的大型高級(jí)轎車內(nèi)的音響系統(tǒng)，通常具有 非常復(fù)雜的設(shè)備配置，包括設(shè)于汽車乘客車廂內(nèi)不同位置的多個(gè)單獨(dú)揚(yáng)聲器和它們的陣 列，這些單獨(dú)的揚(yáng)聲器和它們的陣列通常被專門用于不同的頻率波段(例如超低音、低音、 中音和高音的揚(yáng)聲器等)。這樣的現(xiàn)有技術(shù)的音響系統(tǒng)由聲學(xué)工程師們針對(duì)在各情形中涉及的那種類型的 汽車來手工調(diào)諧，即優(yōu)化的，以實(shí)現(xiàn)所希望的聲音質(zhì)量，這主要以這些聲學(xué)工程師們的經(jīng)驗(yàn) 為基礎(chǔ)并主觀地依靠他們經(jīng)過訓(xùn)練的聽覺。為了這樣的目的，他們通常利用已知的信號(hào)處 理裝置，例如雙二次濾波器(例如高通、帶通、低通、全通濾波器)、雙線性濾波器、數(shù)字延遲 線、交叉濾波器和用于改變信號(hào)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的裝置(音量壓縮器、限幅器、擴(kuò)展器、噪聲門限 等)來限定交叉濾波器的相關(guān)截頻(cutoff)參數(shù)、延遲線和幅度頻率響應(yīng)，使得在機(jī)動(dòng)車 內(nèi)的音響系統(tǒng)的聲印象(sound impression)最終在頻譜平衡(即卓越的音調(diào)、色調(diào))和環(huán) 繞聲(即聲音的空間平衡、空間性)方面達(dá)到優(yōu)化。這樣調(diào)諧的目的是在所有收聽位置處，換句話說在汽車載客車廂內(nèi)的所有就座位 置(即收聽位置)處獲得最優(yōu)化的聲音，因此進(jìn)一步顯著地增加了調(diào)諧機(jī)動(dòng)車音響系統(tǒng)時(shí) 的復(fù)雜性。尤其是在機(jī)動(dòng)車中不同收聽位置或就座位置處的耳間時(shí)間差(interaural time difference)大大影響了音頻信號(hào)在環(huán)繞聲中是如何被感覺的以及音頻信號(hào)是如何呈立體 效應(yīng)定位的。普遍需要一種可以用于在汽車載客車廂中的任意收聽位置處，尤其是布置在汽車 對(duì)稱軸之外的收聽位置處最小化耳間時(shí)間差的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露了用于優(yōu)化收聽室內(nèi)的至少一個(gè)收聽位置處的聲學(xué)定位的方法。由 分配給至少一個(gè)收聽位置的一組揚(yáng)聲器生成聲場(chǎng)，其中該組揚(yáng)聲器包括第一和至少一個(gè)第 二揚(yáng)聲器，每個(gè)揚(yáng)聲器被供給音頻信號(hào)，該音頻信號(hào)是經(jīng)由音頻聲道供給的。該方法包括 計(jì)算相位均衡濾波器的濾波系數(shù)，該相位均衡濾波器至少用于為第二揚(yáng)聲器供給的音頻聲 道，由此相位均衡濾波器的相位響應(yīng)被設(shè)計(jì)成使得至少一個(gè)收聽位置上的雙耳相差或在多 于一個(gè)收聽位置上取平均值的平均雙耳相差在預(yù)限定的頻率范圍內(nèi)被最小化，并且將相位 均衡濾波器應(yīng)用于相應(yīng)的音頻聲道中。


參考后續(xù)的附圖和描述可更好地理解本發(fā)明。圖中的組件沒有必要依比例繪制，重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。此外，在圖中相似的參考標(biāo)號(hào)代表相應(yīng)的部分。在這些圖 中圖1是說明在汽車中線(對(duì)稱軸)上使用仿真頭(dummy head)測(cè)量的雙耳相差 的圖解；圖2是說明在位于汽車中心線之外的駕駛員座位的收聽位置處，使用仿真頭測(cè)量 的雙耳相差的圖解；圖3是汽車乘客車廂內(nèi)被測(cè)試的所有測(cè)量位置的俯視圖，其以舉例的方式示出音 頻系統(tǒng)的揚(yáng)聲器布置；圖4是在汽車乘客車廂內(nèi)被測(cè)試的所有測(cè)量位置的側(cè)視圖；圖5是在對(duì)前置左聲道應(yīng)用從0度到180度且步長(zhǎng)為1度的連續(xù)相移的汽車內(nèi)， 作為兩個(gè)不同就座位置處的頻率函數(shù)的雙耳傳遞函數(shù)的交叉譜相位的三維表示；圖6是圖5所示交叉譜的相位的三維表示的俯視圖，指示出用于最小化雙耳交叉 譜相位的前置左聲道的相對(duì)于頻率的相移；圖7是說明對(duì)于前置左聲道的最佳相移的圖解，該前置左聲道能夠使交叉譜相位 最小化達(dá)到最大，因此根據(jù)平均函數(shù)是汽車內(nèi)的兩個(gè)前座位置處的最佳水平定位；圖8是說明對(duì)于前置左聲道用于接近圖7中所示最佳相移的相位均衡器的群延遲 的圖解；圖9是說明如圖8所示的前置左聲道相位均衡器的脈沖響應(yīng)的圖解(下部圖幅 度的線性表示，上部圖幅度的對(duì)數(shù)表示)；圖10是如圖8所示的前置左聲道相位均衡器的波德圖(下部圖幅度頻率響應(yīng)， 上部圖相位頻率響應(yīng))；以及圖Ila-圖Ild是說明應(yīng)用相位均衡器前后汽車內(nèi)所有四個(gè)就座位置處雙耳交叉 譜的相位差的圖解。
具體實(shí)施例方式使用聲學(xué)器件來手動(dòng)調(diào)諧音頻系統(tǒng)可以追溯到很久以前，除其他目的之外，其目 的是采用例如主要用于對(duì)單獨(dú)的放大器聲道的延遲進(jìn)行均衡的延遲線來調(diào)節(jié)(tweak)相 位。為了直接改變相位響應(yīng)，通常采用全通濾波器。但是，主要用來限制單獨(dú)的揚(yáng)聲器的轉(zhuǎn) 換波段的交叉濾波器(cross-overfilter)調(diào)節(jié)了重復(fù)音頻信號(hào)的相位響應(yīng)。部分地，斜率 不同的多種類型(巴特沃斯(Butterworth)、貝塞爾(Bessel)、Linkwitz-Riley等)的濾 波器被有意地用于通過改變相位轉(zhuǎn)換來正向地調(diào)節(jié)聲音。功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器的可用性導(dǎo)致濾波器適應(yīng)性更強(qiáng)，同時(shí)成本更低，使 得例如幅度和相位頻率響應(yīng)可以相互獨(dú)立地被設(shè)置。但是優(yōu)選的是使用HR濾波器，這是 因?yàn)榧词褂捎赨R濾波器較低的濾波階數(shù)使得UR濾波器實(shí)現(xiàn)起來比較便宜，但是目前實(shí) 現(xiàn)適宜的等效HR濾波器仍然極其困難。HR濾波器的特征在于具有有限的脈沖響應(yīng)，并工作在通常由模擬信號(hào)的抽樣頻 率決定的離散時(shí)間步長(zhǎng)(step)下。N階FIR濾波器可通過下面的微分方程描述
其中y(n)是在時(shí)間點(diǎn)η處的初始值(η是抽樣號(hào)碼，并由此用作時(shí)間指數(shù))，是從 實(shí)際的N個(gè)最后抽樣的輸入值x(n-N-l)到x(n)用濾波系數(shù)bi加權(quán)后相加的和獲得的，由 此期望的轉(zhuǎn)換函數(shù)通過規(guī)定濾波系數(shù)bi來實(shí)現(xiàn)。使用不同信號(hào)處理算法，例如，分塊快速卷積或使用濾波器組(filterbank)使得 可以實(shí)現(xiàn)足夠長(zhǎng)的HR濾波器，如在實(shí)踐中用任意市場(chǎng)上能買到的數(shù)字信號(hào)處理器可獲得 的一樣。這使關(guān)于實(shí)現(xiàn)的問題退居次席，并允許較好地指導(dǎo)對(duì)音頻信號(hào)相位頻率響應(yīng)的調(diào) 整，以便持續(xù)地改善聲學(xué)，尤其是持續(xù)地改善在汽車乘客車廂內(nèi)不同收聽位置處的音頻信 號(hào)的定位。定位被理解為根據(jù)兩個(gè)耳朵收聽(雙耳聽覺)的結(jié)果識(shí)別聲源的水平方向和距 離。為確定聲音來自哪一側(cè)，人的聽覺感覺估計(jì)兩耳之間的延遲和聲級(jí)(level)的差異，來 區(qū)分例如左、直前方、右的方向。人耳主要通過估計(jì)在兩個(gè)耳朵之間的延遲的差異(被稱為“耳間時(shí)間差”縮寫為 ITD)來確定所感知的聲音來自哪個(gè)方向。來自右方的聲音到達(dá)右耳比左耳更早，在低頻率 處對(duì)相位延遲的估計(jì)、在高頻率處對(duì)群延遲的估計(jì)、和作為兩耳之間頻率的函數(shù)的聲級(jí)差 異(被稱為“耳間聲級(jí)差”縮寫為ILD)的估計(jì)之間做出區(qū)分。來自右方的聲音在右耳處具有比在左耳處更高的聲級(jí)，因?yàn)樵谧蠖幦说念^遮擋 了信號(hào)。這些聲級(jí)差異是頻率的函數(shù)，并隨頻率的升高而增長(zhǎng)。在大概800Hz以下的低頻 處估計(jì)延遲上的差異(相位延遲或延遲差異)，反之在大約1500Hz以上的高頻處估計(jì)聲級(jí) 上的差異。在它們之間有一個(gè)兩種機(jī)制都起作用(“妥協(xié)(trading)”)的重疊區(qū)域。在低頻率處，人的頭的尺寸從左耳到右耳之間的距離d = 21. 5cm小于聲音波長(zhǎng)的 一半，對(duì)應(yīng)0. 63ms的延遲差異。人耳可以十分準(zhǔn)確地估計(jì)兩個(gè)耳朵之間的延遲差異，但是 聲級(jí)差異太小以至于聲級(jí)差異不能被精確地估算。低于80Hz的頻率不再能在其方向上被 定位。在該低頻率處，人的頭的尺寸小于聲音的波長(zhǎng)。這里，人耳不再能夠從延遲差異來準(zhǔn) 確地確定方向，但是耳間聲級(jí)差異變大，并因此可被人耳估計(jì)。為獲得真實(shí)的結(jié)果，在測(cè)量這些變量時(shí)，利用所謂的仿真頭來測(cè)量，這種仿真頭模 擬人的頭的形狀以及反射/衍射性質(zhì)。為代替耳朵，這樣的仿真頭具有兩個(gè)相應(yīng)地放置的 麥克風(fēng)，用于測(cè)量各種條件下信號(hào)的到達(dá)。舉例來說，在收聽室內(nèi)這樣的仿真頭的位置可以 改變。除耳間聲級(jí)差異外(同樣是在更高頻率)，雙耳的群延遲也被估計(jì)，這意味著，當(dāng) 新的聲音發(fā)生時(shí)，它的方向可由雙耳之間聲音出現(xiàn)時(shí)的延遲來確定。這種機(jī)理在混響環(huán)繞 聲中尤其重要。聲音剛一出現(xiàn)時(shí)，有這樣一段短暫的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)直接的聲音已經(jīng)到 達(dá)收聽者，但經(jīng)過反射的聲音還未到達(dá)。人耳使用在初始時(shí)間中的這段時(shí)間間隙來確定方 向，并且只要由于反射而不可能再準(zhǔn)確地確定方向，就一直保留測(cè)量出的方向。這種現(xiàn)象被 稱為“哈斯效應(yīng)(Haas effect)”，“優(yōu)先效應(yīng)(precedence effect) ”或者“第一波前法則”。聲音定位在所謂的頻群(frequency group)中完成。人類的聽覺范圍被分為大概M個(gè)頻群，每個(gè)為1巴克(Bark)或100美(Mel)寬。為了確定方向，人耳估計(jì)信號(hào)共有成 份中哪些落入了頻群。在這樣做的過程中，人耳將發(fā)生在被稱作臨界頻群或也稱作臨界帶寬(CB)的有 限頻帶內(nèi)的聲音提示(sound cue)結(jié)合起來，該臨界帶寬的寬度是建立在人耳能夠?qū)l(fā)生 在特定頻帶內(nèi)的聲音結(jié)合到關(guān)于由這些聲音散發(fā)出的心理聲學(xué)聽覺的共有聽覺中的基礎(chǔ) 上的。發(fā)生在單一頻群中的聲音事件具有與發(fā)生在多個(gè)頻群中的聲音不同的效果。例如， 具有相同聲級(jí)的兩個(gè)音調(diào)發(fā)生在一個(gè)頻群時(shí)聽起來比發(fā)生在多個(gè)頻群時(shí)的更柔和。因?yàn)楫?dāng)能量相同并且遮蔽物(masker)落入具有以測(cè)試音的頻率作為中心頻率 的頻率波段中時(shí)，在遮蔽物中的測(cè)試音是聽得見的，所以想要的頻群帶寬可被確定。在 低頻，頻群具有IOOHz的帶寬。在超過500Hz的頻率，頻群的帶寬達(dá)到頻群的中心頻率 的大概 20% (Zwicker, E. ；Fasti, H. Psychoacoustics-Facts and Models，2nd edition， 將所有臨界頻群在全部聽覺范圍中排列起來，獲得了聽覺定向非線性頻標(biāo) (frequency scale)，稱為音高，單位是“巴克(Bark) ”。它表示頻率軸的畸變標(biāo)度，因此頻 群的特征是在每個(gè)點(diǎn)處具有正好為1巴克的相同寬度。頻率與音高的非線性關(guān)系的成因 在于基底膜(basilar membrane)上頻率/位置的轉(zhuǎn)變。音高的函數(shù)是由Zwicker在關(guān)于 聽閾和響度測(cè)試的基礎(chǔ)上通過表格和等式的形式闡述的(Zwicker，E. ；Fasti, H.心理聲學(xué)家-Facts and Models,第二版，Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1999)?？梢哉撟C只有M個(gè)頻群可被排列在0到16kHz的聲頻范圍內(nèi)，因此對(duì)應(yīng)音高范圍達(dá)到0到 M巴克，以巴克為單位的音高ζ等于在封閉的室內(nèi)，作用于人耳的不僅有來自音響系統(tǒng)方向的聲音，還有從墻壁反射 的聲音。但是在判定方向時(shí)，人耳只估計(jì)到達(dá)的第一直接聲音，而不估計(jì)稍后到達(dá)的任何反 射聲音(第一波前法則)，使得仍可以正確判定聲源的方向。為了這個(gè)目的，人耳估計(jì)在不 同頻群中響度隨時(shí)間發(fā)生的強(qiáng)烈變化。當(dāng)在一個(gè)或多個(gè)頻群中響度大大增加時(shí)，這很可能 因?yàn)槁曉醋罱a(chǎn)生了直接聲音或者因?yàn)楦淖冃再|(zhì)的信號(hào)。就是這個(gè)短暫的時(shí)間段被人耳用 來判定方向。稍后到達(dá)的反射聲音不再會(huì)將頻群中的響度增加到將會(huì)促使對(duì)方向做出新判定 的程度，即方向一旦被識(shí)別，就將一直被保持為聲源方向，直到由更強(qiáng)烈的響度增長(zhǎng)使方向 的重新判定變成可能。正好在兩個(gè)揚(yáng)聲器之間的中間或在揚(yáng)聲器陣列中心定位的收聽位置 處，高定位集中起來，并因此對(duì)稱環(huán)繞的感覺自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。這種考慮假設(shè)信號(hào)每次均以相同聲 級(jí)和相同延遲被映射在左側(cè)和右側(cè)立體聲聲道之間。但是當(dāng)如同一般情況下在汽車乘客車廂內(nèi)的通常收聽位置那樣，收聽位置在這個(gè) 對(duì)稱軸之外，不再能夠僅僅通過聲級(jí)的均衡來獲得期望的定位質(zhì)量。甚至調(diào)整揚(yáng)聲器的左Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York，1999)。 g/Bark - 13* cL C·JT"! 相對(duì)應(yīng)的頻群寬度Δ fe為側(cè)和右側(cè)立體聲聲道的信號(hào)的振幅以補(bǔ)償它們映射的角度差異，也不能獲得與在立體聲揚(yáng) 聲器之間對(duì)稱軸上的收聽位置相應(yīng)的效果。分別調(diào)相信號(hào)延遲差異是如何由不對(duì)稱的座位位置改變的，可通過簡(jiǎn)單的測(cè)量來 論證。通過將模擬乘客車廂內(nèi)收聽者的生理的包含代表人耳的兩個(gè)麥克風(fēng)的仿真頭準(zhǔn)確地 放置在車內(nèi)布置的揚(yáng)聲器之間的縱向中心線上，和測(cè)量雙耳相差，顯示兩個(gè)立體信號(hào)相一 致的程度非常高。從圖1中可以明顯看到心理聲學(xué)相關(guān)領(lǐng)域中上至約1500kHz的相應(yīng)測(cè)量結(jié)果?，F(xiàn)在參考圖1，說明了通過仿真頭的麥克風(fēng)所測(cè)量的信號(hào)的相位差曲線，示出了左 側(cè)和右側(cè)測(cè)量信號(hào)之間以度為單位的相位差，該相位差是對(duì)數(shù)頻率的函數(shù)。從真實(shí)的汽車 乘客車廂內(nèi)部測(cè)量的例子中可明顯看出，對(duì)于低于IOOHz的頻率兩個(gè)被測(cè)信號(hào)相位差是相 對(duì)輕微的，無論是在正向還是在反向的方向上都不超過45度?，F(xiàn)在參考圖2，說明了通過放置在司機(jī)位置的仿真頭的麥克風(fēng)測(cè)量的信號(hào)的相位 差曲線，再次示出了左側(cè)和右側(cè)測(cè)量信號(hào)之間的以度為單位的相位差，該相位差是對(duì)數(shù)頻 率的函數(shù)。從圖2很明顯地看出，在這種情況下對(duì)于IOOHz以上的頻率兩個(gè)被測(cè)信號(hào)相位 差在正的和負(fù)的方向上已經(jīng)超過了 45度。在300Hz以上的頻率，相位差高達(dá)180度。對(duì)比 圖1和圖2中測(cè)量的結(jié)果，可以很明顯看出，在揚(yáng)聲器之間的對(duì)稱軸以外的收聽位置，如在 當(dāng)前示例中的司機(jī)位置，導(dǎo)致到達(dá)左耳和右耳的相位差非常大，對(duì)于所涉及的音頻信號(hào)的 定位非常不利。在手工調(diào)諧機(jī)動(dòng)車音頻系統(tǒng)的過程中，前文所述的所有用于調(diào)節(jié)(即調(diào)諧)相位 的裝置被用于定位和配置所謂的“舞臺(tái)”，以獲得良好的聲學(xué)場(chǎng)。相比之下，均衡幅度頻率響 應(yīng)專門用于優(yōu)化所謂的音調(diào)。這些目標(biāo)也被在此描述的方法所包含，即獲得任意預(yù)定義的 關(guān)于均衡幅度頻率響應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)。將本方法的注意力集中在相位均衡上以便獲得進(jìn)一步 的改善，使舞臺(tái)對(duì)稱，并且使汽車內(nèi)所有可能的收聽位置處的距離改善，還改進(jìn)了定位的準(zhǔn) 確性同時(shí)保持了現(xiàn)實(shí)的舞臺(tái)寬度。其他研究小組利用相位來減少由在測(cè)量的被研究點(diǎn)處對(duì)不同揚(yáng)聲器的全異調(diào)相 而導(dǎo)致的梳形濾波器(comb filter)效應(yīng)，因此在室內(nèi)該位置處生成了更封閉(closed)的 頻譜并因此被改善的幅度頻率響應(yīng)。除此之外，定位也可通過這樣的方法被改善，盡管這可 能不是最初預(yù)期的目標(biāo)，因?yàn)樽罴逊阮l率響應(yīng)在原則上允許尚無關(guān)于定位品質(zhì)的結(jié)論。從迄今為止所熟知的用于相位均衡的方法中可明顯看出，為此目設(shè)計(jì)的HR全通 濾波器簡(jiǎn)單地復(fù)制了預(yù)期的相位頻率響應(yīng)，不僅影響相位，還對(duì)幅度頻率響應(yīng)有一定影響， 主要涉及不同幅度的窄帶故障(glitch)。除此之外，以上述為目的而產(chǎn)生的相位均衡器的 長(zhǎng)脈沖響應(yīng)特征可能會(huì)破壞對(duì)聲音的感知。測(cè)試相位均衡中的脈沖響應(yīng)論證了，在音調(diào)干 擾和如何設(shè)計(jì)相位均衡器的群延遲之間具有直接的聯(lián)系。例如，相位均衡器的群延遲的窄的譜波段中的巨大驟變，導(dǎo)致了脈沖響應(yīng)內(nèi)的振 蕩，該振蕩類似于正好在這些頻率處的高Q因子/增益濾波器。這種效應(yīng)也被稱作“暫時(shí)擴(kuò) 散(temporal diffusion) ”，換句話說音調(diào)干擾持續(xù)越長(zhǎng)由此產(chǎn)生的損害越大，在窄的譜波 段中偏移越為不斷變化的。當(dāng)相位均衡器的群延遲中的驟變?cè)诜浅５偷念l率波段時(shí)，這將 被體驗(yàn)為少得多的噪擾，甚至在大多數(shù)情況下可以被忽略。但是無論如何，在例如通過聽覺 定向的平滑來設(shè)計(jì)相位均衡器時(shí)，這種上下文均需要被考慮，使得該驟變不會(huì)毀壞音頻系9統(tǒng)的脈沖(impulsiveness)。換句話說，為獲得良好的脈沖，相位均衡器的群延遲需要對(duì)更 高的頻率具有降低的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。除用于相位均衡的濾波器之外，用于幅度均衡的濾波器也影響了音頻系統(tǒng)的脈 沖。這里在設(shè)計(jì)用于相位均衡的濾波器，即相位均衡器時(shí)，利用了聽覺定向的非線性的、復(fù) 雜的平滑。此外，脈沖如何被影響還取決于用于幅度均衡的濾波器的設(shè)計(jì)。換句話說，取決 于幅度頻率響應(yīng)的預(yù)定義期望曲線是否被線性改變或被最小化定相的干擾變大還是變小。這就是為什么為實(shí)現(xiàn)幅度均衡對(duì)最小化相位濾波器的良好脈沖專用是被推薦的， 即使在實(shí)施相位均衡時(shí)需要考慮它們的某種最小化相位響應(yīng)的特征。這對(duì)于影響相位的其 他組件同樣適用，例如延遲線、交叉濾波器等。除此之外，為均衡幅度頻率響應(yīng)使用最小化 相位濾波器具有以下優(yōu)勢(shì)與線性相位設(shè)計(jì)相比，為實(shí)現(xiàn)相同的預(yù)期幅度頻率響應(yīng)它們只 要求一半的濾波系數(shù)，因此實(shí)現(xiàn)起來效率更高。下面描述了作為頻率的函數(shù)，均衡相位響應(yīng)是如何設(shè)計(jì)來顯著改善定位的。為了 這個(gè)目的，現(xiàn)在將詳述相應(yīng)的前期考慮和所進(jìn)行的試驗(yàn)。水平定位基本上取決于三個(gè)因素，即上文提到的哈斯效應(yīng)(Haas effect)或優(yōu)先 效應(yīng)，也稱作第一波前法則、耳間時(shí)間差(ITD)以及耳間聲級(jí)差(ILD)。優(yōu)先效應(yīng)的影響在 混響環(huán)繞聲中起主要作用，而依照Blauert的觀點(diǎn)耳間時(shí)間差在最高到大概1500Hz的較低 頻譜波段起主要作用，耳間聲級(jí)差在大概4000Hz之上起主要作用。然而，對(duì)于本系統(tǒng)考慮的定位，感興趣的頻譜范圍為至多約1500Hz的聲頻范圍， 在該范圍中當(dāng)分析或修正由收聽者感知的定位時(shí)僅需要考慮耳間時(shí)間差(ITD)。因此，在汽車內(nèi)部的所有座位位置處每個(gè)揚(yáng)聲器的雙耳室內(nèi)脈沖響應(yīng)(BRIR)被 記錄。為此目的，人造的頭(“包括在人頭部耳朵所在的位置處的麥克風(fēng)的仿真頭”)被固定 在人體模型上，并且除此之外，在該汽車乘客車廂內(nèi)的所有剩余座位可被乘客和/或人體 模型占據(jù)或被空置，這取決于期望的調(diào)諧類型(即司機(jī)位優(yōu)化調(diào)諧、前座優(yōu)化、后座優(yōu)化、 或所有位置優(yōu)化)。現(xiàn)在參考圖3，說明了在作為例子的汽車內(nèi)部1中，在仿真頭輔助下被測(cè)試的所有 位置的俯視圖，該汽車內(nèi)部1由圖形示出，并一同示出了聲頻系統(tǒng)的揚(yáng)聲器布置。該汽車內(nèi) 部展示了包括以下?lián)P聲器的聲頻系統(tǒng)特征前置左揚(yáng)聲器2、前置中心揚(yáng)聲器3、前置右揚(yáng) 聲器4，側(cè)置左揚(yáng)聲器5、側(cè)置右揚(yáng)聲器6、后置左揚(yáng)聲器7、后置中心超低音揚(yáng)聲器8以及后 置右揚(yáng)聲器9。從圖3可以明顯看到在仿真頭輔助下測(cè)量BMR的位置，即IOa和Ila(司 機(jī)和前排乘客的靠前座位位置)。IOb和lib (司機(jī)和前排乘客的居中座位位置)以及IOc 和Ilc (司機(jī)和前排乘客的靠后座位位置)。還可以明顯看到測(cè)量位置12 (后部左側(cè)座位位 置)和13 (后部右側(cè)座位位置)?，F(xiàn)在參考圖4說明了在汽車乘客車廂14內(nèi)在仿真頭的輔助下被測(cè)的所有測(cè)量位 置側(cè)視圖。在汽車的兩個(gè)前座位置上，通過調(diào)節(jié)座位位置，導(dǎo)致在乘客車廂內(nèi)布置在前排左 側(cè)的司機(jī)座位和前排右側(cè)的前排乘客座位位置產(chǎn)生測(cè)量位置IOa和lla(司機(jī)和前排乘客 的靠前座位位置)、IOb和lib (司機(jī)和前排乘客的中間座位位置)、以及IOc和lie (司機(jī)和 前排乘客的靠后座位位置)，使每個(gè)仿真頭信號(hào)都在三個(gè)位置上(前、中、后)被測(cè)量。在這 個(gè)上下文中，除了前后移動(dòng)座位位置，同時(shí)在高度上做出上下移動(dòng)，以考慮矮小、標(biāo)準(zhǔn)個(gè)頭 和高個(gè)頭的人。
從圖4中所示出的側(cè)視圖還可以明顯看出如何在兩個(gè)后排座位位置(左側(cè)和右 側(cè)，見圖幻處從高度上調(diào)整仿真頭，在左后和右后座位位置處各設(shè)有三個(gè)位置來測(cè)量信 號(hào)，即左后和右后座位較高的位置1 和13a，左后和右后座位中間位置12b和13b以及 左后和右后座位較低位置12c和13c。在每種情況下再次在最高和最矮位置之間對(duì)仿真頭 布置的高度做出改變，以考慮尺寸不同的人。這樣布置的意圖是要復(fù)制身材尺寸上的差異， 從而復(fù)制汽車乘客車廂內(nèi)有生命的乘客的耳朵的聽覺位置的差異。對(duì)于在前座位置上的水平定位，只有前置揚(yáng)聲器2、4，和可選擇的揚(yáng)聲器3是相關(guān) 的。類似地，對(duì)于在后座位置上的水平定位，除前置揚(yáng)聲器2、3，和如果可用的3以外，后置 揚(yáng)聲器7、9以及側(cè)置揚(yáng)聲器5和6是相關(guān)的。然而，對(duì)于在哪個(gè)座位位置中的定位哪個(gè)揚(yáng) 聲器是相關(guān)的，取決于環(huán)境(即乘客車廂)以及其中的揚(yáng)聲器布置。換句話說，對(duì)于每個(gè)座 位位置(和由此的收聽位置)只考慮限定的揚(yáng)聲器組，其中每個(gè)揚(yáng)聲器組包括至少兩個(gè)單 獨(dú)的揚(yáng)聲器。在為每對(duì)收聽位置和揚(yáng)聲器(從相關(guān)的組中選出的)測(cè)量了雙耳室內(nèi)脈沖響應(yīng) (BRIR)后，可離線執(zhí)行進(jìn)一步的分析和濾波器合成。將與所考慮的收聽位置相關(guān)的組的 相應(yīng)揚(yáng)聲器疊加起來考慮，用于調(diào)諧相位的所有器件產(chǎn)生了所希望的交叉頻譜相位頻率響應(yīng)。對(duì)于兩個(gè)前座的收聽位置上耳間時(shí)間差(ITD)的優(yōu)化，是通過在特定頻率處對(duì)供 應(yīng)給相關(guān)揚(yáng)聲器組中的一個(gè)揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)以1度為步長(zhǎng)施加從0到180度的相移來執(zhí) 行的。也就是某個(gè)頻率fm的音頻信號(hào)被供給分配到前排收聽位置的組的揚(yáng)聲器，例如揚(yáng)聲 器2和4(如果不存在中間的揚(yáng)聲器幻。隨后從0到180度的相移隊(duì)被強(qiáng)加到供給揚(yáng)聲器 2的音頻信號(hào)(或者另一個(gè)揚(yáng)聲器4)，其中供給其他揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)的相位保持不變。 為例如IOOHz和1500Hz之間的給定頻率范圍內(nèi)的不同頻率執(zhí)行這個(gè)操作。如前文所述，對(duì) 于在例如汽車乘客車廂的混響環(huán)境中的水平定位，1500Hz以下的頻率范圍是主要的決定因素。通過利用各個(gè)被考慮的收聽位置的所測(cè)雙耳室內(nèi)脈沖響應(yīng)(BRIR)，可為每一對(duì)頻 率乙和相移隊(duì)計(jì)算出合成相差ΔΡ 。相差Δ^ 是出現(xiàn)在仿真頭的兩個(gè)麥克風(fēng)(即“雙耳”) 處的聲學(xué)信號(hào)的相位差或者，換句話說，從置于所考慮的收聽位置上的仿真頭“雙耳”處出 現(xiàn)的合成聲學(xué)信號(hào)計(jì)算出的交叉頻譜的相位。在本實(shí)例中，左前置揚(yáng)聲器2的信號(hào)在相位上被改變，當(dāng)然替代地也可以改變右 揚(yáng)聲器4的信號(hào)。隨后獲得了所感興趣的整個(gè)頻譜波段中的交叉頻譜的合成相位，然 后將結(jié)果加入矩陣中。如果在被測(cè)的特定機(jī)動(dòng)車的音響系統(tǒng)中存在多個(gè)揚(yáng)聲器，也可選出 多于兩個(gè)揚(yáng)聲器的信號(hào)，來改變這些信號(hào)以便獲得對(duì)于所考慮收聽位置的優(yōu)化結(jié)果。在這 種情況下相位差的三維“矩陣”將作為結(jié)果。然而，為了避免事情變復(fù)雜，進(jìn)一步的討論被 限制于只包括兩個(gè)揚(yáng)聲器(比如前置揚(yáng)聲器3和4)的揚(yáng)聲器組，使得只有一個(gè)揚(yáng)聲器的音 頻信號(hào)需要被相移。插入相移和計(jì)算合成相差的過程可為每個(gè)分配到相同的相關(guān)揚(yáng)聲器組的收 聽位置執(zhí)行。在當(dāng)前例子中，考慮了包括前置揚(yáng)聲器2和3的組。這組揚(yáng)聲器被分配給六個(gè) 位于汽車前部的收聽位置(司機(jī)位置前向、中間、后向，前排乘客位置前向、中間、后向)。 因此，通過使用上述過程可計(jì)算出六個(gè)矩陣Δρ ，每個(gè)矩陣屬于一個(gè)特定收聽位置。
為了以下的優(yōu)化，可對(duì)為各收聽位置計(jì)算出的相差求平均值，以獲得平均相 差矩陣。因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)平均相差《八^ 的優(yōu)化，以在所有被考慮的收聽位置處實(shí)現(xiàn)良 好的定位?，F(xiàn)在參考圖5，示出了以兩個(gè)前排測(cè)量位置10和11 (例如中間位置10b、lib)上的 交叉頻譜的相位形式獲得的結(jié)果的三維表示，其中在每種情況下設(shè)定的相移隊(duì)被放 入從0到180度的y軸，同時(shí)ζ軸描繪交叉頻譜的平均相差《Δρ·，且χ軸表示相應(yīng)的頻率 fm。在這種三維表示中，最小高度的線對(duì)應(yīng)于在相應(yīng)的就座位置處，或分別在不同位置處感 覺到最小的耳間時(shí)間差時(shí)的最佳相移。假設(shè)相差WA^1的NXN矩陣(此處頻率指數(shù)m取值 從0到M-1，相位指數(shù)η取值從0到Ν-1)，在頻率fm處服從的最佳偏移(/ )的指數(shù)X可 由下列關(guān)系導(dǎo)出KiAcprnx = min {ιηΔφ^}其中 η = ο，ι，......, ν-ι,在上面所討論的例子中，N = 180，即隊(duì)=η°,其中η = 0，1，......，179。為舉例說明，頻率值的個(gè)數(shù)M可被選擇成M = 1500，即fm = mHz其中m= 1,2,......，1500。或者，對(duì)于頻率值fm可選擇對(duì)數(shù)空間。最佳相移導(dǎo)致了最小相差?，F(xiàn)在參考圖6，說明了圖5中的三維表示的俯視圖，其中橫坐標(biāo)描繪了以Hz為單位 的測(cè)量頻率fm，同時(shí)縱坐標(biāo)描繪了施加給揚(yáng)聲器，這里指左揚(yáng)聲器2 (見圖幻，的音頻信號(hào) 的相移Δ隊(duì)。在這個(gè)俯視圖上，最小高度的“線”(例如，為fm的函數(shù)的最佳相移)被疊加，該 最小高度的線是針對(duì)相差的，并且因此是針對(duì)耳間時(shí)間差(ITD)的，是作為圖5所示的三維 表示mAp·的最小值被獲得的?，F(xiàn)在參考圖7，圖中為了更清楚，與測(cè)量結(jié)果的三維表示相孤立地在俯視圖中示出 最小“高度”的線(即最小相差，也見圖6)。這里再次，橫坐標(biāo)描繪了以Hz為單位的頻率 fm，同時(shí)縱坐標(biāo)描繪了對(duì)于左揚(yáng)聲器2 (見圖3)相應(yīng)的相移Δ隊(duì)。根據(jù)圖7的曲線，顯而易見 的是作為前置左聲道最優(yōu)值的最佳相移(與頻率有關(guān))的曲線，導(dǎo)致對(duì)交叉頻譜相位的 最小化最大，并因此通過在兩個(gè)前座位置進(jìn)行平均獲得了最佳水平定位，可選擇地為了計(jì) 算合成的交叉頻譜還可以對(duì)兩個(gè)位置中的每一個(gè)進(jìn)行加權(quán)。如圖6和圖7示出的結(jié)果是對(duì) 被測(cè)的兩個(gè)左側(cè)和右側(cè)前座位置進(jìn)行相等的加權(quán)后獲得的。但是，可以在計(jì)算中對(duì)司機(jī)位 置進(jìn)行更大的加權(quán)運(yùn)算，以便為優(yōu)化最有可能被占用的座位位置的耳間時(shí)間差給予更大的 權(quán)重。直接應(yīng)用矩陣最小值來形成相位均衡，將導(dǎo)致，如上解釋的，具有非優(yōu)化的脈沖但 提供可能是最佳定位的濾波器。這因此涉及了在最佳定位和脈沖噪音可容度之間的折衷。為此目的，在計(jì)算相位均衡濾波器前，矩陣最小的曲線在滑動(dòng)的、非線 性的、復(fù)雜平滑濾波器的輔助下被平滑(復(fù)雜濾波器細(xì)節(jié)參考Mourjopoulos，John N.； Hatziantoniou, Panagiotis D. “Real-Time Room Equalization Based on Complex Smoothing !Robustness Results”，AES paper 6070,AES Convention 116,May 2004)。一 方面，這確保了定位的準(zhǔn)確性仍然一如既往的良好，如同由汽車中后續(xù)收聽測(cè)試所證實(shí)的 那樣，同時(shí)另一方面，使相位均衡器的脈沖增強(qiáng)到不再被感受為噪擾的程度，這再次如同由 汽車中的后續(xù)收聽測(cè)試中所證實(shí)的那樣。經(jīng)平滑的最佳相位函數(shù)被用作相位均衡器的設(shè)計(jì)的參考(作為設(shè)計(jì)目標(biāo))，該相位均衡器用于均衡供給所考慮的揚(yáng)聲器(上面討論的例子中的前置左揚(yáng)聲器2) 的音頻信號(hào)的相位。均衡濾波器可通過例如HR濾波器或UR濾波器的任意數(shù)字濾波器技 術(shù)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在參考圖8，圖中說明了在應(yīng)用了非線性、復(fù)雜平滑濾波器之后的相位均衡器的 結(jié)果群延遲，橫坐標(biāo)用對(duì)數(shù)描述了以Hz為單位的頻率fm，縱坐標(biāo)描繪作為頻率的函數(shù)的相 應(yīng)的相位均衡器群延遲^^ .^/」。如從圖8中可以看出的，在這種情況下，頻率越高，群延 遲的動(dòng)態(tài)響應(yīng)越小。如在上面已經(jīng)解釋過的，這就是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^這種方式，暫時(shí)的擴(kuò)散 基本上被阻止?，F(xiàn)在參考圖9，圖中以舉例方式說明了前置左聲道(如圖3所示的揚(yáng)聲器2)的實(shí) 得HR相位均衡器的脈沖響應(yīng)。圖9下部的圖說明了作為時(shí)間函數(shù)的脈沖響應(yīng)幅度的線性 表示，圖9上部的圖說明了作為時(shí)間函數(shù)的脈沖響應(yīng)幅度的對(duì)數(shù)表示?，F(xiàn)在參考圖10，圖中說明了在圖9中示出的以HR濾波器實(shí)現(xiàn)的相位均衡器 ^^(人)的Bode圖，兩個(gè)圖中的橫坐標(biāo)描繪了對(duì)數(shù)換算的頻率，圖10下部圖中的縱坐標(biāo) 描繪了以dB為單位的聲級(jí)，圖10的上部圖的縱坐標(biāo)描繪了相位。這樣實(shí)現(xiàn)的相位均衡器被應(yīng)用于左前置揚(yáng)聲器2 (見圖幻的信號(hào)。為相關(guān)組的其 他揚(yáng)聲器，即在本實(shí)例中的揚(yáng)聲器3和4(見圖幻，來執(zhí)行完整的過程。對(duì)于這些揚(yáng)聲器或 它們相應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)(供給揚(yáng)聲器的音頻信號(hào))，相應(yīng)的相位均衡器是從測(cè)出的BRIR以及 隨后的信號(hào)處理結(jié)果中導(dǎo)出的。在獲得并應(yīng)用了前置揚(yáng)聲器和座位位置的相位均衡器的最 優(yōu)曲線后，還要為后排座位位置執(zhí)行優(yōu)化。為達(dá)到此目的，通過使用分別被布置在左側(cè)和 右側(cè)的揚(yáng)聲器5和6，以如同針對(duì)前排座位位置所描述的相同的方式，來優(yōu)化音頻信號(hào)的定 位(見圖3)。如何相應(yīng)地放置仿真頭在圖3和4中示出(位置12a、13a、12b、13b、12c、和 13c)。現(xiàn)在，在機(jī)動(dòng)車乘客車廂內(nèi)的所有四個(gè)座位位置處，音頻信號(hào)的定位都可以通過 所描述的方式被改善得相當(dāng)多，而不會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)擴(kuò)散噪擾，或者不必忍受相位均衡器對(duì)幅 度頻率響應(yīng)的不希望的改變。參考圖Ila到圖lld，圖中描述了在優(yōu)化(為所有相位均衡聲道，插入相位均衡器、 此外還插入相位函數(shù)之后，在汽車內(nèi)所有四個(gè)座位位置10、11、12、和13處測(cè) 量的雙耳交叉頻譜的相位頻率響應(yīng)與在應(yīng)用相位均衡器之前測(cè)量的雙耳交叉頻譜相位頻 率響應(yīng)相比較是怎樣的。圖Ila到圖Ild的橫坐標(biāo)以對(duì)數(shù)表示形式描繪了以Hz為單位的 頻率，且縱坐標(biāo)描繪了以度為單位的雙耳相差曲線。圖Ila中，對(duì)汽車內(nèi)左前座位置的優(yōu)化 前和優(yōu)化后的雙耳相差頻率響應(yīng)被相應(yīng)地進(jìn)行比較。圖lib中，對(duì)汽車內(nèi)右前座位置的優(yōu) 化前和優(yōu)化后的雙耳相差頻率響應(yīng)被相應(yīng)地進(jìn)行比較。在圖Ilc中，對(duì)汽車內(nèi)左后座位置 的優(yōu)化前和優(yōu)化后的雙耳相差頻率響應(yīng)被比較，圖Ild中對(duì)汽車內(nèi)右后座位置的優(yōu)化前和 優(yōu)化后的雙耳相差頻率響應(yīng)被比較。在優(yōu)化前獲得的與頻率相關(guān)的雙耳相差在圖中分別用 “A”標(biāo)識(shí)，在優(yōu)化后獲得的那些用“B”標(biāo)識(shí)。從圖Ila到圖Ild明顯看出，對(duì)于汽車內(nèi)全部 四個(gè)座位位置，尤其在較低的頻率上，相位頻率響應(yīng)與理想零位線(zero line)偏離得較小 是可以實(shí)現(xiàn)的，結(jié)果是對(duì)于所有座位位置車用音頻系統(tǒng)內(nèi)的定位得到顯著改善。本方法可被有效地應(yīng)用于在收聽室1內(nèi)的至少一個(gè)收聽位置(例如司機(jī)的中間位13置IOb)處優(yōu)化聲學(xué)定位。分配給至少一個(gè)收聽位置的一組揚(yáng)聲器(例如前置揚(yáng)聲器2和4) 生成了聲場(chǎng)，其中該組揚(yáng)聲器包括第一揚(yáng)聲器(例如前置左揚(yáng)聲器幻和至少一個(gè)第二揚(yáng)聲 器(例如前置右揚(yáng)聲器4，以及可選地，中央揚(yáng)聲器幻。音頻信號(hào)通過音頻聲道供給每個(gè)揚(yáng) 聲器。直接的方法包括計(jì)算相位均衡濾波器的濾波系數(shù)，該相位均衡濾波器至少用于向第 二揚(yáng)聲器4供給的音頻聲道。該相位均衡濾波器的相位響應(yīng)被設(shè)計(jì)成，使得在至少一個(gè)收 聽位置10的雙耳相差Δρ·，或者在多于一個(gè)收聽位置被取平均值的雙耳相差的均值WA^in (如果考慮多于一個(gè)的收聽位置)，在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)被最小化。本方法還包括將相位均 衡濾波器應(yīng)用到相應(yīng)的音頻聲道的步驟。如上所述，可通過本方法最小化被一個(gè)或更多的收聽者在各自的收聽位置(例如 前排左位置10和前排右位置11，見圖幻處感知的耳間時(shí)間差。為了執(zhí)行計(jì)算相位均衡濾 波器的步驟，首先在每個(gè)被考慮的收聽位置10、11處，可為分配給被考慮的收聽位置10、11 的組的每個(gè)揚(yáng)聲器2、4確定雙耳傳遞特性。這可以通過例如用如上所述的仿真頭進(jìn)行的測(cè) 量來達(dá)到。優(yōu)化可在預(yù)限定的頻率范圍內(nèi)執(zhí)行，因此從預(yù)限定的頻率范圍內(nèi)選出的一組頻率 fm，以及從預(yù)限定相位范圍內(nèi)選出的一組相移隊(duì)(例如隊(duì)=·[1°，2°,···，180°})也被定義?？稍诿總€(gè)被考慮的收聽位置10、11處計(jì)算雙耳相差A(yù)^mn，由此，為一組頻率的每 個(gè)頻率fm并為一組相移的每個(gè)相移隊(duì)進(jìn)行了計(jì)算。因此，為計(jì)算的目的(也可以稱為仿 真)，假設(shè)音頻信號(hào)被供給每個(gè)揚(yáng)聲器2、4，由此被供給至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器4的音頻信號(hào) 相對(duì)于被供給第一揚(yáng)聲器2的音頻信號(hào)，相位被移動(dòng)了相移代。因此生成了對(duì)于每個(gè)被考慮 的收聽位置10、11的雙耳相差的陣列。如果相關(guān)揚(yáng)聲器組包括兩個(gè)揚(yáng)聲器，在有M個(gè) 不同的頻率值fm和N個(gè)不同相移％情況下，產(chǎn)生的矩陣是MXN矩陣。如果同一組相移隊(duì)被 施加到供給第二和第三揚(yáng)聲器3、4的音頻信號(hào)，具有三個(gè)揚(yáng)聲器(例如附加了中間的揚(yáng)聲 器3，見圖3)產(chǎn)生的矩陣是包括MXNXN個(gè)成員的三維陣列。為在所有被考慮的收聽位置上獲得改善的定位，可計(jì)算雙耳相差均值的陣 列，雙耳相差均值 是在被考慮的收聽位置10、11處的雙耳相差八仏 加權(quán)后的平均值。 加權(quán)因子可以是0或者1，或者在區(qū)間W，1]內(nèi)。然而，如果只考慮一個(gè)收聽位置(例如司 機(jī)位置10)，在駕駛位置10處的雙耳相差相應(yīng)的陣列可被作為陣列WApffJ吏用。真實(shí)的優(yōu)化可通過為每個(gè)頻率&在雙耳相差均值的陣列中搜索被應(yīng)用于饋 給至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器4的音頻信號(hào)的最佳相移來執(zhí)行。最佳相移被定義為能夠產(chǎn)生 雙耳相差均值《Δ 的最小值。因此，可為至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器獲得相位函數(shù)(/ )，其 代表了作為頻率&的函數(shù)的最佳相移《^。如果考慮其他揚(yáng)聲器(例如第三中間揚(yáng)聲器3，見 圖3)，最佳相移<^是包含供給第二和每個(gè)其他揚(yáng)聲器3、4音頻信號(hào)的最佳相移的向量。雙耳相差△識(shí)_是存在于每個(gè)收聽位置處的聲學(xué)信號(hào)的交叉頻譜的相位。通過考 慮供給相關(guān)揚(yáng)聲器組的揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)和預(yù)先測(cè)量出的相應(yīng)BMR，可容易地計(jì)算(即仿 真)出交叉頻譜。如同在計(jì)算中假設(shè)的，如果聲頻信號(hào)被供給所有相關(guān)揚(yáng)聲器并且相移被插入至少 一個(gè)第二揚(yáng)聲器的供給聲道，本方法使用經(jīng)測(cè)量的雙耳室內(nèi)脈沖響應(yīng)(BRIR)來仿真將呈 現(xiàn)的聲學(xué)信號(hào)。從在每個(gè)收聽位置處仿真的(雙耳)信號(hào)，可推導(dǎo)出相應(yīng)的耳間相差。然 而，這樣的仿真可通過真實(shí)的測(cè)量代替。也就是，在仿真中提到的音頻信號(hào)可被實(shí)際地供給揚(yáng)聲器，并且在收聽位置上產(chǎn)生的聲學(xué)信號(hào)可被雙耳測(cè)量。從與獲得仿真信號(hào)相同的方法 獲得的測(cè)量信號(hào)可以推導(dǎo)出期望的耳間相差，因此獲得了與上面描述的基于仿真的“離線” 方法相同的耳間相差矩陣。這個(gè)耳間相差矩陣在兩種情況下都做了相同的處理。然而，在 后種情況下通過揚(yáng)聲器散發(fā)出的音頻信號(hào)的頻率和相位實(shí)際上是不同的，反之在第一種情 況下，這在仿真過程中完全在計(jì)算機(jī)內(nèi)完成。 即使實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種例子已經(jīng)被揭示，對(duì)于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的 是，還可以做出將獲得本發(fā)明的某些優(yōu)勢(shì)的各種變化和改變而不背離本發(fā)明的精神和范 圍。對(duì)于那些普通的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是執(zhí)行同樣功能的其他組件可適當(dāng)?shù)乇惶?代。這樣的對(duì)于本發(fā)明概念的改變旨在被覆蓋在附帶的權(quán)利要求范圍內(nèi)。此外本發(fā)明的范 圍不限于汽車的應(yīng)用，也適用于其他的比如在用戶的家庭影院或類似的，以及在電影院和 音樂廳或類似應(yīng)用的任意環(huán)境中。
權(quán)利要求
1.一種用于優(yōu)化收聽室內(nèi)至少一個(gè)收聽位置(10)處的聲學(xué)定位的方法，由分配給至 少一個(gè)收聽位置(10，11)的一組揚(yáng)聲器(2，4)生成聲場(chǎng)，其中該組揚(yáng)聲器包括第一和至少 一個(gè)第二揚(yáng)聲器0，4)，每個(gè)揚(yáng)聲器被提供以通過音頻聲道的音頻信號(hào)；該方法包括至少為供應(yīng)所述第二揚(yáng)聲器(4)的音頻聲道計(jì)算相位均衡濾波器的濾波系數(shù)，由此所 述相位均衡濾波器的相位響應(yīng)被設(shè)計(jì)成使得在所述至少一個(gè)收聽位置(10)處的雙耳相差 (^mn )或者在多于一個(gè)收聽位置(10，11)處取平均值的平均雙耳相差(m一mn )在預(yù)限定 的頻率范圍內(nèi)被最小化；并且將所述相位均衡濾波器應(yīng)用于相應(yīng)的音頻聲道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算所述相位均衡濾波器的系數(shù)的步驟包括在與可應(yīng)用于至少一個(gè)音頻聲道的頻率和相移有關(guān)的相差的陣列內(nèi)執(zhí)行最小值搜索， 該最小值搜索產(chǎn)生了最佳相位函數(shù)(φ攀人fj )，其代表作為頻率(fm)的函數(shù)的最佳相移(Ψχ )。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算所述相位均衡濾波器的系數(shù)的步驟包括為每個(gè)收聽位置(10，11)，確定分配給相應(yīng)收聽位置(10，11)的所述組揚(yáng)聲器的每個(gè) 揚(yáng)聲器0，4)的雙耳傳遞特性；從預(yù)限定的頻率范圍選擇一組頻率(fm)，并從預(yù)限定的相位范圍內(nèi)選擇一組相移 (^)；針對(duì)每個(gè)收聽位置(10，11)，針對(duì)所述一組頻率的每個(gè)頻率(fm)并針對(duì)所述一組相移 的每個(gè)相移(φ ),計(jì)算雙耳相差(^mn ),因此為所述計(jì)算假設(shè)音頻信號(hào)被供應(yīng)給每個(gè)揚(yáng)聲 器0，4)，其中供給所述至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)相對(duì)于供給所述第一揚(yáng)聲器 (2)的音頻信號(hào)相位被移動(dòng)了相應(yīng)的相移(φη ),這樣為相應(yīng)的收聽位置(10，11)提供雙耳 相差(Ncpmn )的陣列；通過計(jì)算在至少一個(gè)收聽位置(10，11)處的雙耳相差()的加權(quán)平均值，提供平 均雙耳相差(Tfi^mn )的陣列；并且在所述平均雙耳相差(mAVmn )的陣列中搜索對(duì)于每個(gè)頻率(fm)的最佳相移(φ )，該 最佳相移(φχ )產(chǎn)生所述平均雙耳相差(m—職)的最小值，因此獲得了代表作為頻率(fm) 的函數(shù)的最佳相移(φχ )的最佳相位函數(shù)(φχ渾(Jm))。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在每個(gè)被考慮的收聽位置(10，11)處計(jì)算雙耳間相 差(^mn )的步驟包括針對(duì)所述頻率組的每個(gè)頻率(fm)并針對(duì)所述相移組的每個(gè)相移(φη ),在所述每個(gè)收 聽位置(10，11)處計(jì)算交叉頻譜值；為每個(gè)計(jì)算出的交叉頻譜值計(jì)算所述交叉頻譜的相位，所述交叉頻譜的相位代表在相 應(yīng)收聽位置(10，11)處的雙耳相差(^mn )。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括提供數(shù)字相位均衡濾波器的步驟，該 數(shù)字相位均衡濾波器被設(shè)計(jì)成提供近似所述最佳相位函數(shù)< V，,,, . (Zm)的相位響應(yīng)。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的方法，確定雙耳傳遞特性的步驟包括順序地向每個(gè)揚(yáng)聲器(2，4，；3)供應(yīng)寬帶測(cè)試信號(hào)，雙耳測(cè)量到達(dá)每個(gè)收聽位置(10，11)的結(jié)果聲學(xué)信號(hào)；并且為每對(duì)揚(yáng)聲器(2，4，；3)和收聽位置(10，11)計(jì)算相應(yīng)的雙耳傳遞特性。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在計(jì)算所述相位均衡濾波器的相位 響應(yīng)之前，平滑所述最佳相位函數(shù)px， 7.(/m)的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述平滑步驟是用非線性、復(fù)雜的平滑濾波器執(zhí)行的。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述平滑步驟是用動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨頻率的升高而降 低的平滑濾波器執(zhí)行的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算所述相位均衡濾波器的濾波系數(shù)的所述步驟 包括從預(yù)限定的頻率范圍中選出一組頻率(fm)，并從預(yù)限定的相位范圍內(nèi)選出一組相移 (隊(duì))；針對(duì)每個(gè)被選出的頻率(fm)，將具有相應(yīng)頻率(fm)的音頻信號(hào)供給用于生成聲場(chǎng)的每 個(gè)揚(yáng)聲器0，4)，其中供給所述至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)相對(duì)于供給所述第一 揚(yáng)聲器O)的音頻信號(hào)，相位被移動(dòng)了相應(yīng)的相移(φ )；為每個(gè)相移(φη )和頻率(fm)的組合，雙耳測(cè)量到達(dá)每個(gè)收聽位置的結(jié)果聲學(xué)信號(hào)； 為每個(gè)收聽位置(10，11)從相應(yīng)的雙耳測(cè)量的聲學(xué)信號(hào)中計(jì)算雙耳相差(^mn ),這樣 為每個(gè)收聽位置(10，11)提供雙耳相差(^mn )的陣列，該陣列包括對(duì)于每個(gè)相移(φη )和 頻率(fm)的組合的雙耳相差值；通過計(jì)算在所述至少一個(gè)收聽位置(10，11)處的雙耳相差(Αφηη )的加權(quán)平均值，提 供平均雙耳相差(m一聰)的陣列；在所述平均雙耳相差(m一腿)的陣列中搜索對(duì)于每個(gè)頻率(fm)的最佳相移(φη ),所 述最佳相移(φχ )產(chǎn)生所述平均雙耳相差(m^mn )的最小值，這樣產(chǎn)生代表作為頻率(fm) 的函數(shù)的最佳相移(φχ )的最佳相位函數(shù)氣 .(/」;并且為所述相位均衡濾波器計(jì)算近似所述最佳相位函數(shù)^Vn(Zm)的相位響應(yīng)。
11.一種用于優(yōu)化收聽室內(nèi)至少一個(gè)收聽位置(10)處的聲學(xué)定位的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分配給至少一個(gè)收聽位置(10，11)用于生成聲場(chǎng)的一組揚(yáng)聲器0，4)，該組揚(yáng)聲器包 括第一和至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器0，4)；經(jīng)過相應(yīng)的音頻聲道將音頻信號(hào)提供給每個(gè)揚(yáng)聲器的信號(hào)源； 被配置用來計(jì)算相位均衡濾波器的濾波系數(shù)的信號(hào)處理單元，該相位均衡濾波器至少 應(yīng)用于為所述第二揚(yáng)聲器(4)供給的音頻聲道，由此所述相位均衡濾波器的相位響應(yīng)被設(shè) 計(jì)成使得在至少一個(gè)收聽位置(10)上的雙耳相差(Αφηη )或者在多于一個(gè)收聽位置(10， 11)取平均值的平均雙耳相差(mA9mn )在預(yù)限定的頻率范圍內(nèi)被最小化。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中為了計(jì)算所述相位均衡濾波器，所述信號(hào)處理單 元被配置成在與可應(yīng)用于至少一個(gè)音頻聲道的頻率和相移有關(guān)的相差的陣列中進(jìn)行最小值搜索，所述最小值搜索產(chǎn)生代表作為頻率(fm)的函數(shù)的最佳相移(φχ )的最佳相位函數(shù)Ψ X,FlLT (/J。
13.如權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中，為計(jì)算相位均衡濾波器的系數(shù)，所述信號(hào)處 理單元被配置成用于為每個(gè)收聽位置(10，11)，確定分配給相應(yīng)的收聽位置(10，11)的所述組揚(yáng)聲器的每 個(gè)揚(yáng)聲器0，4)的雙耳傳遞特性；從預(yù)限定頻率范圍中選擇一組頻率(fm)，并從預(yù)限定相位范圍中選擇一組相移(φη )； 針對(duì)每個(gè)收聽位置(10，11)，針對(duì)所述組頻率的每個(gè)頻率(fm)，并針對(duì)所述組相移的 每個(gè)相移(φ )，計(jì)算雙耳相差(Νφ-),因此為該計(jì)算假設(shè)音頻信號(hào)被供給每個(gè)揚(yáng)聲器(2， 4)，其中供給所述至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)相對(duì)于供給所述第一揚(yáng)聲器O)的 音頻信號(hào)，相位被移動(dòng)了相應(yīng)相移(φη ),因此為所述相應(yīng)的收聽位置(10，11)提供了雙耳 相差(^ynw )的陣列；通過計(jì)算在至少一個(gè)收聽位置(10，11)處的雙耳相差()的加權(quán)平均值，來提供 平均雙耳相差(m一腿)的陣列；在所述平均雙耳相差(m一腿)的陣列中搜索對(duì)于每個(gè)頻率(fm)的最佳相移(φη ),所 述最佳相移(φχ )產(chǎn)生所述平均雙耳相差(m^mn )的最小值，因此產(chǎn)生代表作為頻率(fm) 的函數(shù)的最佳相移(φχ )的最佳相位函數(shù)Py (/m);并且為所述相位均衡濾波器計(jì)算近似所述最佳相位函數(shù)(Zm)的相位響應(yīng)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，還包括被配置成在計(jì)算所述相位均衡濾波器的相 位響應(yīng)之前平滑所述最佳相位函數(shù)的平滑濾波器。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述平滑濾波器是非線性、復(fù)雜平滑濾波器，其動(dòng) 態(tài)響應(yīng)隨頻率增加而降低。
全文摘要
本發(fā)明揭露了用于優(yōu)化收聽室內(nèi)的至少一個(gè)收聽位置處的聲學(xué)定位的方法。由分配給至少一個(gè)收聽位置的一組揚(yáng)聲器生成聲場(chǎng)，其中該組揚(yáng)聲器包括第一和至少一個(gè)第二揚(yáng)聲器，每個(gè)揚(yáng)聲器被供給音頻信號(hào)，該音頻信號(hào)是經(jīng)由音頻聲道供給的。該方法包括計(jì)算至少用于為第二揚(yáng)聲器供給的音頻聲道的相位均衡濾波器的濾波系數(shù)，由此相位均衡濾波器的相位響應(yīng)被設(shè)計(jì)成使得至少一個(gè)收聽位置上的雙耳相差或在多于一個(gè)收聽位置上取平均值的平均雙耳相差在預(yù)限定的頻率范圍內(nèi)被最小化，并且將相位均衡濾波器應(yīng)用于相應(yīng)的音頻聲道中。
文檔編號(hào)H03G5/00GK102055425SQ20101053216
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者利安德·肖爾茨, 馬庫斯·克里斯托弗 申請(qǐng)人:哈曼貝克自動(dòng)系統(tǒng)股份有限公司