CN110050471B - 相对于亮地带和暗地带优化的音频预补偿滤波器 - Google Patents

相对于亮地带和暗地带优化的音频预补偿滤波器 Download PDF

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CN110050471B CN201680091489.5A CN201680091489A CN110050471B CN 110050471 B CN110050471 B CN 110050471B CN 201680091489 A CN201680091489 A CN 201680091489A CN 110050471 B CN110050471 B CN 110050471B
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Abstract

提供了一种***（100/200），其配置成确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***（20）的音频预补偿滤波器（10）的滤波器参数。***（100/200）配置成获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场。***（100/200）还配置成获得亮地带中的目标声场。此外，***（100/200）配置成确定音频预补偿滤波器（10）的滤波器参数，以使得在音频预补偿滤波器（10）的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，以能够实现在亮地带中再现期望的目标声场，同时在暗地带中再现尽可能少的声音。

Description

相对于亮地带和暗地带优化的音频预补偿滤波器
技术领域
所提出的技术一般涉及音频***和数字音频预补偿，并且特别涉及用于确定用于补偿相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的方法和对应的***，以及对应的计算机程序和计算机程序产品以及音频预补偿滤波器、音频***和数字音频信号。
背景技术
音频再现***通常位于共享的空间中，其中可能同时存在若干潜在收听者。在许多情况下，这不是问题，因为***可以以***的声学特性在所有收听者位置中是良好的这样的一种方式来定尺寸和设计。然而，存在并非所有潜在收听者想要以相同音量收听相同材料的情况。例如，在车辆中，驾驶员可能需要集中于导航而不会被乘客可能想要收听的音乐打扰。另一示例可以是在相同房间中同时观看两个不同的电影。在其中不期望来自特定源的声音的空间的区通常被称为“暗地带”，而其中期望来自源的声音（理想地模仿期望的声场）的空间的区被称为“亮地带”。
这样的***的潜力在研究社区中已经激发了兴趣，并且关于该主题已经发布了许多科学论文。最常用的方法被称为声学对比控制（ACC），并且其是基于将亮地带能量比暗地带能量的商最大化。此方法有时遇到与要最大化的准则中的反转（inversion）的数学易处理性相关的问题。称为能量差最大化（EDM）的再阐述重新造成了问题并且将亮地带能量和暗地带能量之间的差最大化，这在数学上更易处理但没有实现在极端情况下的真正相同水平的声学分离（如ACC所做的）。
ACC方法和EDM方法两者都具有将声学对比最大化的单独集中点，并且根本没有考虑亮地带内的声学特性。因此，在最近几年期间，已经开发了在实现的对比与良好的亮地带特性之间寻求找到折衷的多种方法。然而，这些方法都倾向于预振铃（pre-ringing）或与过长的信号构建时间相关的其它声学伪差。
显著的努力已经投入到对如何产生补偿声音生成***本身的音频滤波器的研究中。在欧洲专利EP 2 257 083中呈现了一种生成因果和稳定滤波器的解决方案。此解决方案将不受无效假设和后优化滤波器修复的限制，但没有明确地将在不同空间位置中期望不同源材料或不同声音强度的可能性考虑在内。
因此，存在有对设计音频预补偿滤波器的领域中的改进的一般需求。
发明内容
目的是提供用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的方法。
目的是还提供配置成确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的***。
另一目的是提供用于在由至少一个处理器执行时确定音频预补偿滤波器的滤波器参数的对应计算机程序。
又一目的是提供对应的计算机程序产品。
仍有另一目的是提供用于确定音频预补偿滤波器的滤波器参数的装置。
目的是还提供对应的音频预补偿滤波器。
另一目的是提供对应的音频***，其包括声音生成***和音频预补偿滤波器。
又一目的是提供由音频预补偿滤波器产生的对应数字音频信号。
通过所提出的技术的实施例满足这些和其它目的。
根据第一方面，提供一种用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的方法。所述方法包括：
-确定声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场；
-确定亮地带中的目标声场；
-确定音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
根据第二方面，提供一种配置成确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的***。所述***配置成获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场。所述***还配置成获得亮地带中的目标声场。此外，所述***配置成确定音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
根据第三方面，提供一种用于在由至少一个处理器执行时确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的计算机程序。计算机程序包括指令，所述指令在由至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器来：
-获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场；
-获得亮地带中的目标声场；
-确定音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，以能够实现在亮地带中再现期望的目标声场，同时在暗地带中再尽可能少的声音。
根据第四方面，提供一种计算机程序产品，其包括其上存储有此类计算机程序的计算机可读介质。
根据第五方面，提供一种用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的装置。所述装置包括用于获得声场模型的第一模块，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场。所述装置还包括用于获得亮地带中的目标声场的第二模块。所述装置还包括用于确定音频预补偿滤波器的滤波器参数的第三模块，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
根据第六方面，提供一种通过使用本文中所述的方法确定的音频预补偿滤波器。
根据第七方面，提供一种音频***，其包括声音生成***和此类音频预补偿滤波器。
根据第八方面，提供一种由此类音频预补偿滤波器生成的数字音频信号。
以此方式，例如有可能设计音频滤波器，其目的在于在一个或多个物理位置中再现期望的声场，同时在其它位置中再现尽可能少的声音。
当阅读详细描述时，将领会到其它优点。
附图说明
通过参考连同附图做出的以下描述，可以最佳地理解实施例连同其进一步的目的和优点，在附图中：
图1是图示音频***的示例的示意图。
图2是图示用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的方法的示例的示意性流程图。
图3是图示其中亮地带和暗地带由扬声器的集合环绕的典型示例的示意图。
图4是图示其中亮地带由空间的两个区限定且暗地带由空间的一个区限定、并且扬声器的集合相对于所述区更一般地定位的更一般示例的示意图。
图5是图示其中通过指定区中的声音的空间采样对地带建模的示例的示意图。
图6是图示其中暗地带被限定以阻挡或至少限制声音在不期望声音的（一个或多个）方向上逃逸并且亮地带被限定以能够实现在期望声音的（一个或多个）方向上集中声音的典型示例的示意图。
图7是图示根据特定实施例的受约束的滤波器***的块表示的示例的示意图。
图8是图示根据另一特定实施例的受约束的滤波器***的块表示的示例的示意图。
图9A和图9B分别是图示根据特定仿真示例的针对亮地带和暗地带的增益/功率相对频率的示意性曲线图。
图10是图示根据实施例的基于处理器-存储器实现方式的***的示例的示意性块图。
图11是图示根据实施例的计算机实现方式200的示例的示意图。
图12是图示用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的装置300的示例的示意图。
具体实施方式
贯穿附图，相同的附图标记用于类似或对应的元件。
为了更好地理解所提出的技术，从对包括音频预补偿滤波器和相关联声音生成***的音频***的示例的简要概述开始可以是有用的。
图1是图示音频***的示例的示意图。音频***1包括音频预补偿滤波器10和相关联声音生成***20。音频预补偿滤波器10被布置在到声音生成***20的输入路径中。音频预补偿滤波器具有J≥1个输入信号。声音***包括N≥2个扬声器，并且存在包括亮地带和暗地带的多个地带，如将在下面解释的。优选地，所述地带由总共M≥2个控制点所覆盖。
实际上，音频预补偿滤波器10连同声音生成***20一起被实施，以能够实现生成受滤波器影响的声音。
所提出的技术还涉及用于确定音频预补偿滤波器10的滤波器参数的所谓的滤波器设计***100/200。
继续简要的问题分析也可以是有用的。发明人已经认识到的是，ACC和EDM方法带来的问题在于，它们单独地集中在声学对比（或分离）上而不考虑亮地带内的声学特性。由于亮地带控制的此种缺乏，已经开发了相对于亮地带控制（典型地使用压力匹配方法）以一种方式或另一种行业声学对比（典型地使用ACC或EDM方法）的大量方法。然而，如发明人意识到的，这些方法都共享它们在没有对所产生的滤波器的因果性的约束的情况下被计算的特性。这意味着这些方法都产生没有意图是有因果性的滤波器。因此，所产生的滤波器需要被截断或以其它方式***纵以便在正常音频***中来实现。这些修复允许滤波器利用任意主脉冲延迟来实现，从而提供对***响应的定时的直接控制，以及对***预振铃的一些（虽然是有限的和间接的）控制。然而，这些修复是在滤波器优化阶段之后被应用，并且因此最终滤波器不太可能是最优的。即使当优化准则容纳了亮地带质量项并且原始***具有充足的自由度时，这也在亮地带声音质量上引入了限制。
在用于个人音频的因果滤波器的领域中也已经完成了一些工作。在由Elliott等人在2011年12月的ISVR技术备忘录“Regularisation and Robustness of PersonalAudio Systems”中，导出了对ACC准则的因果对应部分。此工作在由Cai等人的论文“Designof a Time-Domain Acoustic Contrast Control for Broadband Input Signals inPersonal Audio Systems”中被延伸以补偿因果ACC方法的伪差，其中亮地带能量在频带之间剧烈变化。在后面的论文中，这通过在准则的分母中引入响应变化项而被减轻，该响应变化项目的在于增加亮地带的频率响应一致性。
由Gálvez等人在2015年11月23期的音频、语音和语言处理上的IEEE会刊的论文“Time domain optimization of filters used in a loudspeaker array for personalaudio”中，导出并计算了因果滤波器，其中可在亮地带中选取目标，同时使暗地带中的声音功率最小化。
图2是图示用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的方法的示例的示意性流程图。
基本上，该方法包括以下步骤：
S1：确定声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场。
S2：确定亮地带中的目标声场。
S3：确定音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其有时被称为对比项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
图3是图示其中亮地带A和暗地带B由扬声器的集合环绕的典型示例的示意图。以示例的方式，根据本文中所描述的方法生成的滤波器可集中在优化两个地带A、B之间的对比连同使亮地带A中的声场依附于所期望的声场。
优化暗地带和亮地带之间的功率差的优点在于，暗地带中的绝对功率级变得不相关，仅与暗地带相对亮地带中的相对功率有关系。这减轻了亮地带目标依附和暗地带功率最小化的冲突。
图4是图示其中亮地带由空间的两个区A1、A2限定且暗地带由空间的一个区B限定并且扬声器的集合相对于所述地带更一般地定位的更一般示例的示意图。
例如，设计过程的目标可以是生成滤波器，其结合使A1和A2中的声场与规定的相应目标声场的偏差优化来优化亮地带与暗地带之间的声学对比。
一般来说，亮地带可限定为空间的一个或多个区，并且暗地带可限定为空间的一个或多个区。亮地带和暗地带典型地表示空间不相交区。
作为示例，可以确定滤波器参数，以使得当将音频预补偿滤波器应用于相关联声音生成***时，在亮地带中再现期望的目标声场，同时再现在亮地带与暗地带之间的声压中的期望的差。例如，可能可期望的是，再现在地带之间的声压中的尽可能大的差，并且优选地在暗地带中再现尽可能少的声音。
可选地，准则函数还包括表示滤波器功率和恶化高滤波器增益的第三项。
以示例的方式，确定亮地带和暗地带的声场模型的步骤可包括针对扬声器中的每一个估计分布于亮地带和暗地带中的多个M个控制点的每个控制点处的模型转移函数。
优选地，控制点中的K个与暗地带有关，而控制点中的L=M-K个与亮地带有关。
作为示例，估计在多个M个控制点的每个控制点处的模型转移函数的步骤可以基于估计由测量对所述声音生成***的测试信号的响应所获得的所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应。
图5是图示其中通过在指定区中的声音的空间采样对地带建模的示例的示意图。
可替换地，或作为补充，估计在多个M个控制点的每个控制点处的模型转移函数的步骤可以基于对在所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应的仿真，其中所述仿真包括一阶反射和/或更高阶反射。
以示例的方式，准则函数可以包括在所述M个控制点之上的目标脉冲响应与经补偿的模型脉冲响应之间的偏差的幂的加权总和。
在特定示例中，准则函数包括作为第二加权项的暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差的预期值，如由滤波声音生成***生成的那样：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是可配置的值；并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，在表达式中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是针对暗地带的（可能是频率相关的）矩阵权重，它可以用于强调相对于其它项的准则的对比项的不同方面，因子
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示暗地带中的***的模型，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
是要优化的滤波器并且
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是输入信号的当前样本；并且
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，在表达式中
Figure DEST_PATH_IMAGE020
是针对亮地带的（可能是频率相关的）矩阵权重，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE022
成立亮地带中的***模型，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表示转置运算符。
可选地，相对于驱动噪声并且相对于描述声音生成***的数学模型的误差或不确定性来取得预期值。
例如，准则函数可被定义为标量函数：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE028
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是包括用于亮地带控制点的期望的转移函数的矩阵，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是加权矩阵。
以示例的方式，在不同的频率下，加权矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
可用于将不同的重点分别分配到某些扬声器的滤波器功率和空间中的某些测量位置的误差的最小化。
在另一示例中，准则函数可被定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
是包括用于亮地带控制点的期望的转移函数的矩阵，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE032AA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是加权矩阵。
在又一示例中，可以使用数量k个的对比项，其中k等于或大于2。在该示例中，准则函数因此可以被定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
其中使用k个对比项，并且其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
Figure DEST_PATH_IMAGE054
。
在以上示例中，在不同的频率下，加权矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE032AAA
和/或
Figure DEST_PATH_IMAGE055
可用于将不同的重点分别分配到某些扬声器的滤波器功率和空间中的某些测量位置的误差的最小化。
如果以下方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
对于所有非零滤波器
Figure DEST_PATH_IMAGE059
大于零，则准则函数从下界被定界。选取
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE063
是这样的矩阵，以使得对于任何向量
Figure DEST_PATH_IMAGE065
都有
Figure DEST_PATH_IMAGE067
并且
Figure 521542DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure DEST_PATH_IMAGE068
分别是用于亮地带和暗地带的转移函数，我们可以保证这对于足够大的
Figure DEST_PATH_IMAGE070
值是真实的。
可选地，可以迭代地确定参数
Figure DEST_PATH_IMAGE071
和/或
Figure DEST_PATH_IMAGE073
。
如提及的，亮地带和暗地带典型地表示空间不相交区。
在特定应用示例中，当使用能够进行波束形成（beamforming-capable）的扬声器时，亮地带可由表示相对于其中要发射扬声器输出功率的扬声器的声束方向的至少一个区限定，并且暗地带可由表示相对于其中要避免扬声器输出功率的扬声器的声束方向的至少一个区限定。
图6是图示其中暗地带（在此示例中表示为A）被限定以阻挡或至少限制声音在不期望声音的（一个或多个）方向上逃逸、并且亮地带（在此示例中表示为B）被限定以能够实现在期望声音的（一个或多个）方向上集中声音的典型示例的示意图。从所有地带中省略某一区域或区暗示着我们不关心关于声压级在该区域或区中是高或是低。
一般来说，亮地带可包括一个或多个区，并且暗地带可包括一个或多个区，如先前所讨论的那样。
在特定示例中，亮地带可包括至少两个物理上分离的区和/或暗地带可包括至少两个物理上分离的区，其中在这些区中的每个区中规定所期望的目标声场。
应当理解的是，亮地带中的目标声场可相对于时间和频谱行为两者来（自由地）规定。
在特定示例中，亮地带中的目标声场可由时域模型规定。
在另一示例中，准则函数专门由时域模型和变量来描述。
现在随后是参考各种非限制性示例性实施例所提出的技术的详细描述。
在本发明的上下文中，地带与诸如空间的体积或表面之类的区相关联，其声学特性由数学模型捕获。
应当理解的是，第一项可以包括至少两个不同加权的子项和/或第二项可以包括至少两个不同加权的子项，如稍后将例示的那样。
所提出的技术提供了滤波器设计策略，其集中在按照对所产生的滤波器的因果性和稳定性的约束下的准则的最小化来生成滤波器。以示例的方式，约束包括作为（加权）项的暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差的期望值，其两者都是由电声学***所生成。
Figure DEST_PATH_IMAGE075
。
以上，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
，表达式中
Figure DEST_PATH_IMAGE078
是针对暗地带的（可能是频率相关的）矩阵权重，它可以用于强调相对于其它项的准则的对比项的不同方面。因子
Figure 625633DEST_PATH_IMAGE068
表示暗地带中的***的模型，
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
是要优化的滤波器，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE079
是输入信号的当前样本。类似地，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，表达式中
Figure DEST_PATH_IMAGE081
成立亮地带中的***模型并且
Figure 530004DEST_PATH_IMAGE020
是针对亮地带的（可能是频率相关的）矩阵权重。
期望值
Figure DEST_PATH_IMAGE083
是相对于驱动噪声以及相对于描述***的数学模型的误差或不确定性来取得。
准则的该部分可以被视为对EDM方法的因果对应部分（但具有负号，以使得准则的最小化产生期望的结果）。EDM准则对于其中定义：
Figure DEST_PATH_IMAGE085
（在表达式中
Figure DEST_PATH_IMAGE087
是要优化的滤波器向量并且
Figure DEST_PATH_IMAGE089
是地带
Figure DEST_PATH_IMAGE091
中的分立测量位置的数量）的每一个频率库（frequency bin）将成立。EDM准则和当前准则之间的差大于其在初看起来看上去的那样，这是因为当前准则在时域中被表达，而EDM准则在频域中被表达。如以上的在频域中逐库（bin-by-bin）计算准则忽略了与时间上声音的因果滤波器相关的频率库之间的协同依赖性。
由于因果性被包括为所提出的滤波器优化步骤中的约束，所以该方法产生具有对解决方案的时域特性的显式控制的可实现滤波器。因为不需要优化后（post-optimization）修复，所以最终实现的滤波器在最初意图的意义上可以是最优的。
例如，设计过程可以是如下：
1. 规定要对待的***（从今以后的原始***），并指定暗地带和亮地带。这是电声学***如何在没有要设计的滤波器的情况下表现的数学表示。存在可获取该数学模型的多种方式。
2. 按需要定义准则的其它部分，而不处理声学地带。在正常情况下，定义期望的亮地带行为的一个项和恶化高滤波器增益的一个项将被包括在该准则中。
3. 设计方程不一定是可解的，除非准则从下界被定界，因此必须检查这一点。如果其没有从下界被定界，则可降低对准则的个人音频部分进行加权的标量乘子。
4. 计算（一个或多个）滤波器。
5. 不需要调整，但可能更改此处的滤波器的着色排列（coloration）。
示例-多项式矩阵设计。
作为示例，先前已经在一般因果滤波器的设计和实现方式中有效地利用了多项式矩阵。在此示例中，我们设计因果滤波器，其对声学对比与亮地带声场特性和滤波器功率产量两者进行加权。
考虑具有N个扬声器的电声学***，其转移函数通过2M个测量位置中的点测量来估计。这些位置中的M个位置限定意图的暗地带，而其它M个位置限定意图的亮地带。
在此，使用延迟运算符
Figure DEST_PATH_IMAGE093
中的多项式
Figure DEST_PATH_IMAGE095
。对应的时间提升运算符是
Figure DEST_PATH_IMAGE097
，
Figure DEST_PATH_IMAGE099
。这些多项式构成多项式矩阵和有理矩阵的元素。多项式和有理矩阵可被转置、共轭（即，用
Figure DEST_PATH_IMAGE100
代替
Figure DEST_PATH_IMAGE101
，并反之亦然），或进行其两者。转置由上标“
Figure DEST_PATH_IMAGE103
”，
Figure DEST_PATH_IMAGE105
表示，并且共轭转置由下标“
Figure DEST_PATH_IMAGE107
”
Figure DEST_PATH_IMAGE109
表示。
图7是图示根据特定实施例的受约束的滤波器***的块表示的示例的示意图。
亮地带由有理延迟运算符矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE111
来建模。暗地带由有理矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE113
来类似地建模。这些建模矩阵可以使用右矩阵分数描述被重写为
Figure DEST_PATH_IMAGE115
、
Figure DEST_PATH_IMAGE117
Figure DEST_PATH_IMAGE119
。注意的是，分母矩阵对于亮地带和暗地带两者是共同的，这由声学***的模式对于整个房间是共同的事实而被物理地促成。驱动噪声向量的
Figure DEST_PATH_IMAGE121
，
Figure DEST_PATH_IMAGE123
在这里由着色的零均值噪声建模为
Figure DEST_PATH_IMAGE125
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE127
是稳定的可逆有理矩阵，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE129
是白色、零均值、高斯噪声。
我们要设计的滤波器在信号通过电声学***被馈送之前来应用于信号。
因此，我们可将在测量位置处的经滤波的声音建模为
Figure DEST_PATH_IMAGE131
，
Figure DEST_PATH_IMAGE133
。
这些是基于优化的模型。在此特定示例中，选取包括描述所期望亮地带行为与经滤波***模型之间的差的项以及除了上文所描述的对比项之外的描述滤波器功率的项的准则。因此要最小化的准则是
Figure DEST_PATH_IMAGE135
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE137
，
Figure DEST_PATH_IMAGE139
，
Figure DEST_PATH_IMAGE141
，
Figure DEST_PATH_IMAGE143
。
以上方程依赖于右矩阵因子分解
Figure DEST_PATH_IMAGE145
和
Figure DEST_PATH_IMAGE147
Figure DEST_PATH_IMAGE149
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE151
、
Figure DEST_PATH_IMAGE153
和
Figure DEST_PATH_IMAGE155
都被假定为具有稳定的和因果的逆元。
有理矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE030AA
包含用于所有M个亮地带测量位置的期望转移函数，在不同的频率下，
Figure DEST_PATH_IMAGE032AAAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE040A
是用于将不同重点分别分配到某些扬声器的滤波器功率和空间中的某些测量位置的误差的最小化的加权矩阵。如果
Figure DEST_PATH_IMAGE157
对于所有非零滤波器
Figure DEST_PATH_IMAGE059A
大于零，则以上准则从下界被定界。选取
Figure DEST_PATH_IMAGE159
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE161
是这样的矩阵，以使得对于任何向量
Figure 854107DEST_PATH_IMAGE065
都有
Figure DEST_PATH_IMAGE162
，我们可以保证这对于足够大的
Figure DEST_PATH_IMAGE163
值是真实的。
将以上准则
Figure DEST_PATH_IMAGE165
最小化的滤波器或控制器
Figure DEST_PATH_IMAGE059AA
被找到为是
Figure DEST_PATH_IMAGE167
的解，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE169
连同
Figure DEST_PATH_IMAGE171
一起被找到为右互质因子分解
Figure DEST_PATH_IMAGE173
的解，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE175
连同严格的非因果多项式矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE177
一起被找到为双边丢番图（Diophantine）方程
Figure DEST_PATH_IMAGE179
的解。
多项式矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE181
通过方程
Figure DEST_PATH_IMAGE183
的频谱因子分解而被找到。
假设
Figure DEST_PATH_IMAGE185
可分别因子分解为完全因果和完全反因果因子
Figure DEST_PATH_IMAGE186
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE188
。
图8是图示根据另一特定实施例的受约束滤波器***的块表示的示例的示意图。
图9A和图9B分别是图示根据特定仿真示例的针对亮地带和暗地带的增益相对频率的示意性曲线图。
若干输入信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE190
，可例如通过扩展目标声场模型
Figure DEST_PATH_IMAGE192
来调节以调节若干声场（对于每个输入信道一个声场，则
Figure DEST_PATH_IMAGE194
是
Figure DEST_PATH_IMAGE196
向量）。这隐含地假设权重
Figure DEST_PATH_IMAGE198
、
Figure DEST_PATH_IMAGE200
、
Figure DEST_PATH_IMAGE202
和
Figure DEST_PATH_IMAGE204
对于优化中的每一个输入信道是相同的。将若干输入信道纳入考虑的另一方法是通过首先计算若干个单信道滤波器，并将这些滤波器中的每个用于意图的输入信道。然后，要馈送到每个扬声器的输出信号仅仅是对于该扬声器的所有滤波器的输出信号的总和。后一种方法更灵活，因为当计算服务于不同输入信道的不同滤波器时，可以使用针对不同的滤波器优化方面的不同权重。
将领会的是，本文中描述的方法和***可以以多种方式来实现、组合和重新布置。
例如，实施例可在硬件中或在用于由合适的处理电路执行的软件中或其组合中实现。
本文中描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可以使用任何常规技术（诸如分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路两者）在硬件中实现。
可替换地或作为补充，本文中所描述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些可以在诸如用于由诸如一个或多个处理器或处理单元之类的合适的处理电路来执行的计算机程序之类的软件中实现。
处理电路的示例包括但不限于一个或多个微处理器、一个或多个数字信号处理器（DSP）、一个或多个中央处理单元（CPU）、视频加速硬件和/或任何合适的可编程逻辑电路，诸如一个或多个现场可编程门阵列（FPGA）或一个或多个可编程逻辑控制器（PLC）。
还应当理解的是，可以可能再使用其中实现所提出的技术的任何常规设备或单元的通用处理能力。还可以可能例如通过对现有软件重新编程或通过添加新的软件部件来再使用现有软件。
根据一方面，提供一种配置成确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的***。所述***被配置成获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场。所述***还配置成获得亮地带中的目标声场。此外，***配置成确定音频预补偿滤波器的滤波器参数，使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
可选地，准则函数还包括表示滤波器功率和恶化高滤波器增益的第三项。
以示例的方式，所述***可配置成通过针对扬声器中的每一个估计分布在亮地带和暗地带中的多个控制点中的每个控制点处的模型转移函数而获得亮地带和暗地带的声场模型。
例如，***可配置成基于估计通过测量对所述声音生成***的测试信号的响应而获得的所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应来估计在多个M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数。
可替换地或作为补充，所述***可配置成基于对所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应的仿真来估计在多个M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数，其中所述仿真包括一阶反射和/或更高阶反射。
所述***还可能从外部源接收亮地带和暗地带的声场模型。
作为示例，准则函数可以包括在所述M个控制点之上的目标脉冲响应与经补偿模型脉冲响应之间的偏差的幂的加权总和。
在特定示例中，准则函数包括（作为第二加权项）暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差的预期值，如由滤波声音生成***生成的：
Figure DEST_PATH_IMAGE206
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
是可配置的值，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE208
，在表达式中
Figure 359825DEST_PATH_IMAGE078
是对于暗地带的（可能是频率相关的）矩阵权重，它可以用于强调相对于其它项的准则的对比项的不同方面，因子
Figure 182287DEST_PATH_IMAGE012
表示暗地带中的***的模型，
Figure DEST_PATH_IMAGE014AA
是要优化的滤波器，并且
Figure 511637DEST_PATH_IMAGE016
是输入信号的当前样本；并且
Figure DEST_PATH_IMAGE209
，其中
Figure 772854DEST_PATH_IMAGE022
成立亮地带中的***模型，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE210
表示转置运算符，并且
Figure 441733DEST_PATH_IMAGE020
是对于亮地带的（可能是频率相关的）矩阵权重。
例如，准则函数可被定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE212
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE214
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE215
是包括用于亮地带控制点的期望转移函数的矩阵，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE032_5A
是加权矩阵。
在另一示例中，准则函数可被定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE217
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE219
，
Figure DEST_PATH_IMAGE221
，
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE215A
是包括用于亮地带控制点的期望转移函数的矩阵，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE032_6A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE055A
是加权矩阵。
在仍有另一示例中，准则函数可被定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE223
其中使用
Figure DEST_PATH_IMAGE225
的对比项，并且其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE227
，
Figure DEST_PATH_IMAGE229
，
Figure DEST_PATH_IMAGE231
，
Figure DEST_PATH_IMAGE233
，
Figure DEST_PATH_IMAGE235
，
Figure DEST_PATH_IMAGE237
。
图10是图示根据实施例的基于处理器-存储器实现方式的***100的示例的示意性块图。在该特定示例中，***100包括至少一个处理器110和存储器120，存储器120包括由处理器110可执行的指令，由此处理器可操作以确定音频预补偿滤波器的滤波器参数。
***100还可以包括输入/输出单元130，以能够实现相关数据的输入和/或输出，所述数据诸如（一个或多个）输入参数和/或（一个或多个）所产生输出参数。
还可能提供基于硬件和软件的组合的解决方案。可由***设计者基于包括处理速度、实现方式成本和其它要求的多个因素来决定实际的硬件-软件划分。
图11是图示出根据实施例的计算机实现方式200的示例的示意图。在该特定示例中，本文中描述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些在计算机程序225；235中被实现，其被加载到存储器220中以供包括一个或多个处理器210的处理电路执行。（一个或多个）处理器210和存储器220彼此互连以能够实现正常的软件执行。输入/输出设备240还可互连到（一个或多个）处理器210和/或存储器220以能够实现相关数据的输入和/或输出，所述数据诸如（一个或多个）输入参数和/或（一个或多个）所产生输出参数。
术语“处理器”在一般意义上应当被解释为能够执行程序代码或计算机程序指令以执行特定处理、确定或计算任务的任何***或设备。
包括一个或多个处理器210的处理电路因此配置成当执行计算机程序225时执行诸如本文中所描述的处理任务之类的定义明确的处理任务。
处理电路不必专用于仅执行上述步骤、功能、过程和/或块，且是还可以执行其它任务。
在特定实施例中，计算机程序225；235包括指令，所述指令在由至少一个处理器210执行时使得（一个或多个）处理器210：
-获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场；
-获得亮地带中的目标声场；
-确定音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，以能够实现再现在亮地带中的期望的目标声场，同时再现在暗地带中的尽可能少的声音。
优选地，准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
以示例的方式，软件或计算机程序225；235可以被实现为计算机程序产品，其通常被承载或存储在计算机可读介质220；230（尤其是非易失性介质）上。计算机可读介质可包括一个或多个可移动或不可移动存储器设备，包括但不限于只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、紧致盘（CD）、数字多功能盘（DVD）、蓝光光盘、通用串行总线（USB）存储器、硬盘驱动器（HDD）存储设备、闪速存储器、磁带或任何其它常规存储器设备。因此，计算机程序可以被加载到计算机或等效处理设备的操作存储器中以供由其处理电路执行。
换言之，实现根据所提出的技术的滤波器设计算法的滤波器设计程序（可能连同其它相关程序模块一起）可存储于***存储器230中并且加载到***存储器220中以供由处理器210执行。给定相关输入数据，滤波器设计程序可计算音频预补偿滤波器的滤波器参数。
然后，确定的滤波器参数通常经由I/O接口240从***存储器220转移到音频预补偿滤波器10（参见图1），其也称为音频预补偿控制器。
以示例的方式，音频预补偿滤波器10可基于数字信号处理器（DSP）或类似处理单元或等效处理器，以及用于成立滤波器参数和延迟信号样本的一个或多个存储器模块。（一个或多个）存储器模块通常还包括滤波程序，其在由处理器执行时基于滤波器参数执行实际滤波。
代替经由I/O***240将计算的滤波器参数直接转移到音频预补偿滤波器10，滤波器参数可存储在***存储卡或存储器盘上以用于稍后分布到音频预补偿滤波器，其可以或可以不远离滤波器设计***100/200来定位。计算的滤波器参数也可以例如经由因特网从远程位置下载，并且然后优选地以加密形式下载。
为了能够实现考虑下的由声音***产生的声音的测量，可以将任何常规的（一个或多个）麦克风单元或类似的记录装备连接到计算机***100/200，这典型地经由模数（A/D）转换器（未示出）。
如上所提及，音频预补偿滤波器10可以被实现为具有到后续放大器的模拟或数字接口的数字信号处理器或计算机中的独立装备。可替换地，其可集成到以下项的构造中：数字前置放大器、D/A转换器、计算机声卡、紧致立体声***、家庭影院***、计算机游戏控制台、TV、MP3播放器对接站、智能电话、平板电脑、膝上型计算机或旨在产生声音的任何其它设备或***。还可能利用定制的计算硬件结构（诸如FPGA或ASIC）来以更硬件定向的方式实现预补偿滤波器。
还应当理解的是，预补偿可以与声音信号到实际再现地点的分布分离地执行。由音频预补偿滤波器10生成的预补偿信号不一定必须立即分布到声音生成***20并与声音生成***20直接连接，但可记录于分离媒体上以用于稍后分布到声音生成***20。预补偿信号然后可以表示例如已被调整到特定音频装备和收听环境的CD或DVD盘上的记录的音乐。其还可以是存储在因特网服务器上的预补偿音频文件，以用于允许文件后续下载或流传输到因特网之上的远程位置。
因此，提供了通过使用本文中描述的方法确定的音频预补偿滤波器，以及包括声音生成***和这样的音频预补偿滤波器的音频***，并且还有由这样的音频预补偿滤波器生成的数字音频信号。
本文中所呈现的流程图当由一个或多个处理器执行时可以被视为计算机流程图或图解。对应的装置可以被定义为功能模块的群组，其中由处理器执行的每个步骤对应于功能模块。在这种情况下，功能模块被实现为在处理器上运行的计算机程序。
因此，驻留在存储器中的计算机程序可以被组织为配置成当由处理器执行时执行本文中描述的步骤和/或任务的至少一部分的适当功能模块。
图12是图示用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的装置300的示例的示意图。
装置300包括用于获得声场模型的第一模块310，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的声场。
装置300还包括用于获得亮地带中的目标声场的第二模块320。
装置300还包括用于确定音频预补偿滤波器的滤波器参数的第三模块330，以使得在音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中所述准则函数至少包括：
-第一项，其表示亮地带中的经补偿声场与亮地带中的目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，其基于亮地带和暗地带的声场模型来表示暗地带中的功率与亮地带中的功率之间的差。
可替换地，可能主要通过硬件模块或可替换地通过在相关模块之间具有合适互连的硬件实现图12中的（一个或多个）模块。特定示例包括一个或多个合适地配置的数字信号处理器和其它已知的电子电路，例如互连以执行专门功能的分立逻辑门和/或如先前所提及的专用集成电路（ASIC）。可用硬件的其它示例包括用于接收和/或发送信号的电路和/或输入/输出（I/O）电路。软件相对硬件的程度单纯是实现方式选择。
以上所描述的实施例仅作为示例给出，并且应当理解的是，所提出的技术不限于此。本领域技术人员将理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本范围的情况下，可以对实施例做出各种修改、组合和改变。特别地，在技术上可能的情况下，不同实施例中的不同部分解决方案可以以其它配置被组合。

Claims (42)

1.一种用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***（20）的音频预补偿滤波器（10）的滤波器参数的方法，其中所述方法包括：
-步骤S1：确定声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的所述声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的所述声场；
-步骤S2：确定所述亮地带中的目标声场；
-步骤S3：确定所述音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在所述音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中所述准则函数至少包括：
-第一项，所述第一项表示所述亮地带中的经补偿声场与所述亮地带中的所述目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，所述第二加权项基于所述亮地带和暗地带的所述声场模型来表示所述暗地带中的功率与所述亮地带中的功率之间的差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述滤波器参数，以使得当所述音频预补偿滤波器应用于所述相关联声音生成***时，在所述亮地带中再现期望的目标声场，同时再现所述亮地带和所述暗地带之间的声压中的期望的差。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述准则函数还包括第三项，所述第三项表示滤波器功率并恶化高滤波器增益。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述亮地带和暗地带的所述声场模型的所述步骤S1包括针对所述扬声器中的每一个，估计分布在所述亮地带和所述暗地带中的M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述控制点中的K个与所述暗地带相关，而所述控制点中的L=M-K个与亮地带相关。
6.根据权利要求4所述的方法，其中估计在M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数的所述步骤是基于估计通过测量对所述声音生成***的测试信号的响应而获得的所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应。
7.根据权利要求4所述的方法，其中估计在M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数的所述步骤是基于在所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应的仿真，其中所述仿真包括一阶反射和/或更高阶反射。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述准则函数包括在所述M个控制点之上的目标脉冲响应与经补偿模型脉冲响应之间的偏差的幂的加权总和。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一项包括至少两个不同加权的子项和/或所述第二加权项包括至少两个不同加权的子项。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述准则函数包括作为所述第二加权项的所述暗地带中的所述功率与所述亮地带中的所述功率之间的所述差的预期值，所述第二加权项由所述声音生成***生成的那样：
Figure 976615DEST_PATH_IMAGE001
，
其中
Figure 867210DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 133107DEST_PATH_IMAGE003
是可配置的值；并且
Figure 476363DEST_PATH_IMAGE004
，在表达式中
Figure 384276DEST_PATH_IMAGE005
是针对所述暗地带的矩阵权重，它用于强调相对于其它项的所述准则函数的对比项的不同方面，因子
Figure 860870DEST_PATH_IMAGE006
表示所述暗地带中的所述***的模型，
Figure 563246DEST_PATH_IMAGE007
是要优化的所述滤波器并且
Figure 393799DEST_PATH_IMAGE008
是输入信号的当前样本；并且
Figure 574245DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 439433DEST_PATH_IMAGE010
表示所述亮地带中的***模型，并且
Figure 312711DEST_PATH_IMAGE011
表示转置运算符，并且
Figure 364980DEST_PATH_IMAGE012
是针对所述亮地带的矩阵权重。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述准则函数被定义为：
Figure 349117DEST_PATH_IMAGE013
，
其中
Figure 68811DEST_PATH_IMAGE014
并且
Figure 847411DEST_PATH_IMAGE015
是包括用于所述亮地带控制点的所期望的转移函数的矩阵，并且
Figure 652556DEST_PATH_IMAGE016
是加权矩阵。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述加权矩阵
Figure 440384DEST_PATH_IMAGE016
用于在不同的频率下分别分配不同的重点，以最小化在某些扬声器的所述滤波器功率和空间中的某些测量位置处的误差。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述准则函数被定义为：
Figure 14584DEST_PATH_IMAGE017
，
其中
Figure 229665DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 256527DEST_PATH_IMAGE019
，
并且
Figure 582466DEST_PATH_IMAGE015
是包括用于所述亮地带控制点的所期望的转移函数的矩阵，并且
Figure 11173DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 397155DEST_PATH_IMAGE020
是加权矩阵。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述准则函数被定义为：
Figure 176893DEST_PATH_IMAGE021
其中使用k个对比项，并且其中：
Figure 306523DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 589736DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 412199DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 413653DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 81395DEST_PATH_IMAGE026
Figure 484694DEST_PATH_IMAGE027
，
并且
Figure 212479DEST_PATH_IMAGE015
是包括用于所述亮地带控制点的所期望的转移函数的矩阵，并且V和W是加权矩阵。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述加权矩阵
Figure 435650DEST_PATH_IMAGE016
和/或
Figure 193169DEST_PATH_IMAGE020
用于在不同的频率下分别分配不同的重点，以最小化在某些扬声器的所述滤波器功率和空间中的某些测量位置处的误差。
16.根据权利要求15所述的方法，其中如果以下方程：
Figure 450975DEST_PATH_IMAGE028
对于所有非零滤波器
Figure 349661DEST_PATH_IMAGE029
大于零，则所述准则函数从下界被定界，并且使用了k个整数项并且
Figure 325707DEST_PATH_IMAGE024
，其中
Figure 600831DEST_PATH_IMAGE030
被选择为
Figure 713144DEST_PATH_IMAGE031
以保证这对于足够大的
Figure 48310DEST_PATH_IMAGE032
值是真实的，
Figure 246073DEST_PATH_IMAGE032
>0，其中
Figure 324888DEST_PATH_IMAGE033
是这样的矩阵，以使得对于任何向量
Figure 557286DEST_PATH_IMAGE034
都有
Figure 532195DEST_PATH_IMAGE035
并且
Figure 482833DEST_PATH_IMAGE006
表示所述暗地带中的所述***的模型，并且
Figure 99760DEST_PATH_IMAGE010
表示所述亮地带中的***模型。
17.根据权利要求10所述的方法，其中迭代地确定
Figure 186664DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 598054DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 770409DEST_PATH_IMAGE037
。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述亮地带和所述暗地带表示空间不相交区。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述亮地带由表示相对于其中要发射扬声器输出功率的所述扬声器的声束方向的至少一个区限定，并且所述暗地带由表示相对于其中要避免扬声器输出功率的所述扬声器的声束方向的至少一个区限定。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述亮地带包括至少两个物理上分离的区和/或所述暗地带包括至少两个物理上分离的区，其中在所述亮地带区中的每个中规定期望的目标声场。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述亮地带中的所述目标声场相对于时间和频谱行为两者是能规定的。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述亮地带中的所述目标声场由时域模型规定。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述准则函数排他地由时域模型和变量来描述。
24.一种***（100；200），配置成确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***（20）的音频预补偿滤波器（10）的滤波器参数，
其中所述***配置成获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的所述声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的所述声场；
其中所述***配置成获得所述亮地带中的目标声场；
其中所述***配置成确定所述音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在所述音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中所述准则函数至少包括：
-第一项，所述第一项表示所述亮地带中的经补偿声场与所述亮地带中的所述目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，所述第二加权项基于所述亮地带和暗地带的所述声场模型来表示所述暗地带中的功率与所述亮地带中的功率之间的差。
25.根据权利要求24所述的***，其中所述准则函数还包括表示滤波器功率和恶化高滤波器增益的第三项。
26.根据权利要求24或25所述的***，其中所述***配置成通过针对所述扬声器中的每一个估计分布于所述亮地带和所述暗地带中的M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数来获得所述亮地带和暗地带的所述声场模型。
27.根据权利要求26所述的***，其中所述***配置成基于估计通过测量对所述声音生成***的测试信号的响应而获得的所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应来估计在M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数。
28.根据权利要求26所述的***，其中所述***配置成基于在所述控制点中的每个控制点处的脉冲响应的仿真来估计在M个控制点中的每个控制点处的模型转移函数，其中所述仿真包括一阶反射和/或更高阶反射。
29.根据权利要求26所述的***，其中所述准则函数包括在所述M个控制点之上的目标脉冲响应和经补偿模型脉冲响应之间的偏差的幂的加权总和。
30.根据权利要求24所述的***，其中所述准则函数包括作为所述第二加权项的所述暗地带中的所述功率与所述亮地带中的所述功率之间的所述差的所预期值，所述第二加权项由所述声音生成***生成的那样：
Figure 191026DEST_PATH_IMAGE038
，
其中
Figure 132438DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 980308DEST_PATH_IMAGE039
是可配置的值；并且
Figure 639959DEST_PATH_IMAGE040
，在表达式中
Figure 598688DEST_PATH_IMAGE041
是针对所述暗地带的矩阵权重，它用于强调相对于其它项的所述准则函数的对比项的不同方面，因子
Figure 660185DEST_PATH_IMAGE042
表示所述暗地带中的所述***的模型，
Figure 678957DEST_PATH_IMAGE007
是要优化的所述滤波器并且
Figure 560325DEST_PATH_IMAGE043
是输入信号的当前样本；并且
Figure 322745DEST_PATH_IMAGE044
，其中
Figure 973169DEST_PATH_IMAGE010
表示所述亮地带中的所述***的模型，并且
Figure 162842DEST_PATH_IMAGE011
表示转置运算符，并且
Figure 797085DEST_PATH_IMAGE012
是针对所述亮地带的矩阵权重。
31.根据权利要求30所述的***，其中所述准则函数被定义为：
Figure 97617DEST_PATH_IMAGE045
，
其中
Figure 868127DEST_PATH_IMAGE046
并且
Figure 225771DEST_PATH_IMAGE015
是包括用于所述亮地带控制点的所期望的转移函数的矩阵，并且
Figure 81732DEST_PATH_IMAGE016
是加权矩阵。
32.根据权利要求30所述的***，其中所述准则函数被定义为：
Figure 185954DEST_PATH_IMAGE047
，
其中
Figure 76549DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 608025DEST_PATH_IMAGE049
，
并且
Figure 951282DEST_PATH_IMAGE015
是包括用于所述亮地带控制点的所期望的转移函数的矩阵，并且
Figure 328036DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 73138DEST_PATH_IMAGE030
是加权矩阵。
33.根据权利要求30所述的***，其中所述准则函数被定义为：
Figure 775515DEST_PATH_IMAGE050
其中使用k个对比项，并且其中：
Figure 606068DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 52093DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 917281DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 790559DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 842828DEST_PATH_IMAGE052
Figure 92544DEST_PATH_IMAGE053
，
并且
Figure 281080DEST_PATH_IMAGE015
是包括用于所述亮地带控制点的所期望的转移函数的矩阵，并且
Figure 325259DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 864825DEST_PATH_IMAGE030
是加权矩阵。
34.根据权利要求24所述的***，其中所述亮地带和所述暗地带表示空间不相交区。
35.根据权利要求24所述的***，其中所述亮地带由表示相对于其中要发射扬声器输出功率的所述扬声器的声束方向的至少一个区限定，并且所述暗地带由表示相对于其中要避免扬声器输出功率的所述扬声器的声束方向的至少一个区限定。
36.根据权利要求24所述的***，其中所述亮地带包括至少两个物理上分离的区和/或所述暗地带包括至少两个物理上分离的区，其中在这些区中的每个中规定期望的目标声场。
37.根据权利要求24所述的***，其中所述***（100；200）包括至少一个处理器（110；210）以及存储器（120；220），所述存储器（120；220）包括指令，所述指令在由所述至少一个处理器（110；210）执行时使得所述至少一个处理器确定所述滤波器参数。
38.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质在其上存储有计算机程序，其中所述计算机程序在由至少一个处理器执行时确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***（20）的音频预补偿滤波器（10）的滤波器参数，并且其中所述计算机程序在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器：
-获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的所述声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的所述声场；
-获得所述亮地带中的目标声场；
-确定所述音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在所述音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，以能够实现在所述亮地带中再现期望的目标声场，同时在所述暗地带中再现尽可能少的声音，其中所述准则函数至少包括：
-第一项，所述第一项表示所述亮地带中的经补偿声场与所述亮地带中的所述目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，所述第二加权项基于所述亮地带和暗地带的所述声场模型来表示所述暗地带中的功率与所述亮地带中的功率之间的差。
39.一种用于确定用于补偿具有至少两个扬声器的相关联声音生成***的音频预补偿滤波器的滤波器参数的装置（300），其中所述装置（300）包括：
-第一模块（310），所述第一模块（310）用于获得声场模型，所述声场模型描述在指定为亮地带的空间的至少一个区中的所述声场和在指定为暗地带的空间的至少一个区中的所述声场；
-第二模块（320），所述第二模块（320）用于获得所述亮地带中的目标声场；
-第三模块（330），所述第三模块（330）用于确定所述音频预补偿滤波器的滤波器参数，以使得在所述音频预补偿滤波器的动态的因果性和稳定性的约束下优化准则函数，其中所述准则函数至少包括：
-第一项，所述第一项表示所述亮地带中的经补偿声场与所述亮地带中的所述目标声场之间的偏差；以及
-第二加权项，所述第二加权项基于所述亮地带和暗地带的所述声场模型来表示所述暗地带中的功率与所述亮地带中的功率之间的差。
40.一种音频预补偿滤波器（10），所述音频预补偿滤波器的参数是通过使用权利要求1至23中任一项所述的方法来确定。
41.一种音频***（1），所述音频***（1）包括声音生成***（20）和根据权利要求40所述的音频预补偿滤波器（10）。
42.一种数字音频信号，所述数字音频信号由根据权利要求40所述的音频预补偿滤波器（10）生成。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10704021B2 (en) 2012-03-15 2020-07-07 Flodesign Sonics, Inc. Acoustic perfusion devices
US9458450B2 (en) 2012-03-15 2016-10-04 Flodesign Sonics, Inc. Acoustophoretic separation technology using multi-dimensional standing waves
CN105939767B (zh) 2014-01-08 2018-04-06 弗洛设计声能学公司 具有双声电泳腔的声电泳装置
US11377651B2 (en) 2016-10-19 2022-07-05 Flodesign Sonics, Inc. Cell therapy processes utilizing acoustophoresis
US11708572B2 (en) 2015-04-29 2023-07-25 Flodesign Sonics, Inc. Acoustic cell separation techniques and processes
US11474085B2 (en) 2015-07-28 2022-10-18 Flodesign Sonics, Inc. Expanded bed affinity selection
US11459540B2 (en) 2015-07-28 2022-10-04 Flodesign Sonics, Inc. Expanded bed affinity selection
US11214789B2 (en) 2016-05-03 2022-01-04 Flodesign Sonics, Inc. Concentration and washing of particles with acoustics
US11085035B2 (en) 2016-05-03 2021-08-10 Flodesign Sonics, Inc. Therapeutic cell washing, concentration, and separation utilizing acoustophoresis
CA3085784A1 (en) 2017-12-14 2019-06-20 Flodesign Sonics, Inc. Acoustic transducer driver and controller
FR3081662A1 (fr) * 2018-06-28 2019-11-29 Orange Procede pour une restitution sonore spatialisee d'un champ sonore audible selectivement dans une sous-zone d'une zone
US11510004B1 (en) * 2021-09-02 2022-11-22 Ford Global Technologies, Llc Targeted directional acoustic response
CN117714605A (zh) * 2023-06-13 2024-03-15 荣耀终端有限公司 一种音频处理方法及电子设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103916810A (zh) * 2013-01-05 2014-07-09 中国科学院声学研究所 一种时域声能量对比控制方法和***
CN104186001A (zh) * 2012-03-22 2014-12-03 迪拉克研究公司 使用支持扬声器的可变集合的音频预补偿控制器设计
CN104769968A (zh) * 2012-11-30 2015-07-08 华为技术有限公司 音频呈现***
JP2015231087A (ja) * 2014-06-04 2015-12-21 国立研究開発法人情報通信研究機構 局所音響再生装置およびプログラム
WO2016028199A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-25 Dirac Research Ab Personal multichannel audio precompensation controller design
JP2016126335A (ja) * 2015-01-02 2016-07-11 ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー 区画別音声抑制を有する音区画設備
WO2016162058A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for driving an array of loudspeakers
WO2016165776A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for driving an array of loudspeakers with drive signals

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE537667T1 (de) 2009-05-28 2011-12-15 Dirac Res Ab Schallfeldsteuerung mit mehreren hörbereichen
CN103385009B (zh) * 2011-12-27 2017-03-15 松下知识产权经营株式会社 声场控制装置以及声场控制方法
WO2013135819A1 (en) 2012-03-14 2013-09-19 Bang & Olufsen A/S A method of applying a combined or hybrid sound -field control strategy
US20130259254A1 (en) 2012-03-28 2013-10-03 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for producing a directional sound field
US9426600B2 (en) 2012-07-06 2016-08-23 Dirac Research Ab Audio precompensation controller design with pairwise loudspeaker channel similarity
US9532153B2 (en) * 2012-08-29 2016-12-27 Bang & Olufsen A/S Method and a system of providing information to a user
EP2755405A1 (en) 2013-01-10 2014-07-16 Bang & Olufsen A/S Zonal sound distribution
EP2930957B1 (en) 2014-04-07 2021-02-17 Harman Becker Automotive Systems GmbH Sound wave field generation
GB2545263B (en) * 2015-12-11 2019-05-15 Acano Uk Ltd Joint acoustic echo control and adaptive array processing

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104186001A (zh) * 2012-03-22 2014-12-03 迪拉克研究公司 使用支持扬声器的可变集合的音频预补偿控制器设计
CN104769968A (zh) * 2012-11-30 2015-07-08 华为技术有限公司 音频呈现***
CN103916810A (zh) * 2013-01-05 2014-07-09 中国科学院声学研究所 一种时域声能量对比控制方法和***
JP2015231087A (ja) * 2014-06-04 2015-12-21 国立研究開発法人情報通信研究機構 局所音響再生装置およびプログラム
WO2016028199A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-25 Dirac Research Ab Personal multichannel audio precompensation controller design
JP2016126335A (ja) * 2015-01-02 2016-07-11 ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー 区画別音声抑制を有する音区画設備
WO2016162058A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for driving an array of loudspeakers
WO2016165776A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for driving an array of loudspeakers with drive signals

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