DE102018216604A1

DE102018216604A1 - System zur Übertragung von Schall in den und aus dem Kopf eines Hörers unter Verwendung eines virtuellen akustischen Systems

Info

Publication number: DE102018216604A1
Application number: DE102018216604.8A
Authority: DE
Inventors: Martin E. Johnson; Afrooz Family; Darius A. Sotangar; Jonathan D. Sheaffer; Lance F. Reichert; Peter G. Jupin
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2019-04-04
Also published as: US11284195B2; US20220210562A1; US20210084414A1; US11812247B2

Abstract

Bei einer Vorrichtung oder einem Verfahren zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer wird ein Ort zum Platzieren des Tonprogramms in Bezug auf ein erstes und ein zweites Ohrstück empfangen. Wenn der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt, dann wird das Tonprogramm gefiltert, um niederfrequente und hochfrequente Anteile zu erzeugen. Der Hochfrequenzanteil wird gemäß dem Ort geschwenkt, um erste und zweite Hochfrequenzsignale zu erzeugen. Der Niederfrequenzanteil und das erste Hochfrequenzsignal werden kombiniert, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen. Ein zweites Kopfhörertreibersignal wird in ähnlicher Weise erzeugt. Bei dem Tonprogramm kann es sich um ein Stereotonprogramm handeln. Die Vorrichtung oder das Verfahren kann auch einen Ort bereitstellen, der zwischen dem ersten Ohrstück und einer Nahfeldgrenze liegt. Es werden auch andere Aspekte beschrieben.

Description

Diese nicht-vorläufige Anmeldung beansprucht den Vorteil des früheren Anmeldedatums der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/566,087 , eingereicht am 29. September 2017.
BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der binauralen Klangsynthese; und insbesondere auf eine binaurale Klangsynthese für Schall, der näher am Hörer liegt als die Nahfeldgrenze.
HINTERGRUND
Das menschliche Hörsystem modifiziert ankommende Schalle, indem es sie in Abhängigkeit vom Ort des Schalls relativ zum Hörer filtert. Der modifizierte Schall bezieht einen Satz von räumlichen Leittönen ein, die vom Gehirn verwendet werden, um die Position eines Schalls zu erfassen. Das menschliche Gehör ist binaural, wobei zwei Ohren verwendet werden, um zwei Schalldrucksignale wahrzunehmen, die durch einen Schall erzeugt werden.
Schall wird in Luft durch Schwankungen des Luftdrucks, die durch die Schallquelle erzeugt wird, übertragen. Die Schwankungen des Luftdrucks breiten sich von der Schallquelle zu den Ohren eines Hörers als Druckwellen aus. Die Schalldruckwellen wechselwirken mit der Umgebung des Pfades zwischen der Schallquelle und den Ohren des Hörers. Insbesondere wechselwirken die Schalldruckwellen mit dem Kopf und der Ohrstruktur des Hörers. Diese Wechselwirkungen modifizieren die Amplitude und das Phasenspektrum eines Schalls abhängig von der Frequenz des Schalls und der Richtung und dem Abstand von der Schallquelle.
Diese Modifikationen können als eine kopfbezogene Übertragungsfunktion (head-related transfer function, HRTF) und kopfbezogene Impulsantwort (head-related impulse response, HRIR) für jedes Ohr beschrieben werden. Die HRTF ist eine Frequenzantwortfunktion des Ohrs. Sie beschreibt, wie ein akustisches Signal durch die Reflexionseigenschaften des Kopfes, der Schultern und insbesondere der Ohrmuschel gefiltert wird, bevor der Schall das Ohr erreicht Die HRIR ist eine Zeitantwortfunktion des Ohrs. Sie beschreibt, wie ein akustisches Signal beim Erreichen des Ohrs verzögert und gedämpft wird, durch den Abstand zur Schallquelle und die Abschattung der Schallquelle durch den Kopf des Hörers.
Ein virtuelles akustisches System ist ein Audiosystem (z. B. ein digitaler Audiosignalprozessor, der ein Tonprogramm in Lautsprechertreibersignale rendert, die eine Anzahl von Lautsprechern ansteuern sollen), das einem Hörer die Illusion gibt, dass ein Ton von irgendwo im Raum ausgeht, wenn der Ton tatsächlich von anderswo angeordneten Lautsprechern ausgeht. Eine allgemeine Form eines virtuellen akustischen System ist eine, die eine Kombination von Kopfhörern (z. B. Ohrhörern) und binauralen digitalen Filtern verwendet, um den Ton so wiederherzustellen, als ob er an den Ohren angekommen wäre, wenn eine echte Quelle irgendwo im Raum platziert wäre. In einem anderen Beispiel eines virtuellen akustischen Systems werden übersprechunterdrückte Lautsprecher (oder übersprechunterdrückte Lautsprechertreibersignale) verwendet, um jedem Ohr des Hörers ein unterschiedliches Schalldrucksignal zuzuführen.
Binaurale Synthese transformiert eine Schallquelle, die keine hörbaren Informationen über die Position der Schallquelle einschließt, in eine binaurale virtuelle Schallquelle, die hörbare Information über eine Position der Schallquelle relativ zu dem Hörer einschließt. Binaurale Synthese kann binaurale Filter verwenden, um die Schallquelle in die binauralen virtuellen Schallquellen für jedes Ohr umzuwandeln. Die binauralen Filter reagieren auf den Abstand und die Richtung von dem Hörer zur Schallquelle.
Schalldruckpegel für Schallquellen, die relativ weit von dem Hörer entfernt sind, werden in beiden Ohren mit etwa der gleichen Rate abnehmen, wenn die Abstände vom Hörer zunehmen. Der Schalldruckpegel in diesen Abständen nimmt entsprechend der sphärischen Wellendämpfung für den Abstand vom Hörer ab. Schallquellen in Abständen, in denen Schalldruckpegel auf der Grundlage sphärischer Wellendämpfung bestimmt werden können, können als Fernfeldschallquellen beschrieben werden. Der Fernfeldabstand ist der Abstand, bei dem Schallquellen beginnen, sich wie Fernfeldschallquellen zu verhalten. Der Fernfeldabstand ist am größten für Töne, die auf einer Achse liegen, die durch die Ohren des Hörers verläuft, und am kleinsten auf einer senkrechten Achse, die durch den Mittelpunkt zwischen den Ohren des Hörers verläuft. Der Fernfeldabstand auf der Achse, die durch die Ohren des Hörers verläuft, kann etwa 1,5 Meter betragen. Der Fernfeldabstand auf der senkrechten Achse, der durch den Mittelpunkt zwischen den Ohren des Hörers verläuft, kann etwa 0,4 Meter betragen. Schallquellen im Fernfeldabstand oder größer vom Hörer können als Fernfeldschallquellen modelliert werden.
Wenn sich eine Schallquelle dem Hörer nähert, werden die Wirkungen der Wechselwirkung zwischen dem Kopf und dem Körper des Hörers und den Schalldruckwellen zunehmend deutlicher. Die Differenz der Schallintensität zwischen den Ohren des Hörers wird interaurale Pegeldifferenz (interaural level difference, ILD) genannt. Ein Ton, der sich in Richtung des Hörers entlang der Achse bewegt, die durch die Ohren des Hörer verläuft, wird an dem ipsilateralen Ohr an Intensität zunehmen und gleichzeitig am kontralateralen Ohr aufgrund von Kopfschatteneffekten an Intensität abnehmen. Die ILD beginnt in einem Abstand von etwa 0,5 Meter anzusteigen und wird in einem Abstand von etwa 0,25 Meter ausgeprägt.
Die Differenz in der Tonankunftszeit zwischen den Ohren des Hörers wird interaurale Zeitdifferenz (interaural time difference, ITD) genannt. Die ITD nimmt ebenfalls schnell zu, wenn sich eine Schallquelle in Richtung des Hörers bewegt, und die Differenz der Abstände von der Schallquelle zu den zwei Ohren des Hörers wird ausgeprägter. Schallquellen in Abständen, in denen die Auswirkungen des Kopfes und Körpers des Hörers ausgeprägt werden, können als Nahfeldschallquellen beschrieben werden. Schallquellen, die weniger als etwa 1,0 bis 1,5 Meter vom Hörer entfernt sind, müssen mit binauralen Filtern, die diese Nahfeldeffekte einschließen, modelliert werden (um zu simulieren, wie ein Hörer sie hören würde).
Modellierung von Schallquellen mit binauralen Filtern, die Nahfeldeffekte einschließen, kann für Entfernungen von etwa 0,25 Meter oder mehr effektiv sein. Wenn der gewünschte Ort für die Schallquelle dem Hörer sehr nahe kommt, z. B. weniger als etwa 0,25 Meter, beginnen binaurale Filter, die Nahfeldeffekte einschließen, binaurale Audiosignale zu erzeugen, die sich als subjektiv unerwünscht erwiesen haben. Kopfabschattungseffekte können so ausgeprägt werden, dass der Schall am kontralateralen Ohr unhörbar wird, was ein unkomfortables Gefühl einer Okklusion im kontralateralen Ohr erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn es erwünscht ist, den Abstand zu einer wahrgenommenen Schallquelle zu verringern, um den Schall an einem Ort zwischen den Ohren des Hörers zu platzieren (auch als Ort im Kopf bezeichnet), sind binaurale Filter, die auf HRTFs basieren, nicht länger anwendbar.
Das liegt daran, dass HRTFs aus Mikrofonmessungen abgeleitet werden, die den Ton erfassen, der von Schallquellen kommt, die in einem Abstand vom Kopf eines Hörers platziert sind, wobei der erfasste Schall natürlich durch den Kopf und die Schultern des Hörers verändert wurde. Die Messungen zum Ableiten von HRTFs können unter Verwendung von Mikrophonen durchgeführt werden, die sich an den Ohren eines Hörers oder in den Ohren eines Schaupuppenkopfes oder einer akustischen Modellpuppe befinden.
Es wäre wünschenswert, einen Weg bereitzustellen, binaurale Audiosignale (die jeweilige Ohrhörerwandler an den linken und rechten Ohren eines Hörers ansteuern würden) für ein virtuelles akustisches System zu synthetisieren, um die Illusion einer Schallquelle zu erzeugen, die sich zu dem Hörer oder weg von dem Hörer zwischen i) dem Ende des effektiven Bereichs der Nahfeldmodellierung und ii) dem Zentrum des Kopfes des Hörers oder einem anderen Ort im Kopf bewegt.
Bei einer Vorrichtung oder einem Verfahren zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer wird ein Ort zum Platzieren des Tonprogramms in Bezug auf ein erstes und ein zweites Ohrstück empfangen. Wenn der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt (ein Ort im Kopf), dann wird das Tonprogramm gefiltert, um niederfrequente und hochfrequente Anteile zu erzeugen. Der Hochfrequenzanteil wird gemäß dem Ort geschwenkt, um erste und zweite Hochfrequenzsignale zu erzeugen. Der Niederfrequenzanteil und das erste Hochfrequenzsignal werden kombiniert, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen. Ein zweites Kopfhörertreibersignal wird in ähnlicher Weise erzeugt, indem der Niederfrequenzanteil und das zweite Hochfrequenzsignal kombiniert werden, um ein zweites im Kopf liegendes Signal zu erzeugen. Bei dem Tonprogramm kann es sich um ein Stereotonprogramm handeln. Die Vorrichtung oder das Verfahren kann das Rendern des Tonprogramms an einer Stelle zwischen dem ersten Ohrstück und einer Nahfeldgrenze vorsehen. Der Ort kann über die Zeit variabel sein, sodass das Verfahren beispielsweise das Tonprogramm allmählich von einer Position im Kopf zu einer Position außerhalb des Kopfes oder umgekehrt (z. B. von außerhalb des Kopfes zu einer Position im Kopf) bewegen kann.
Die vorstehende Zusammenfassung schließt keine erschöpfende Aufzählung aller Aspekte der vorliegenden Offenbarung ein. Die Offenbarung soll alle in die Praxis umsetzbaren Systeme und Verfahren aus allen geeigneten Kombinationen der oben zusammengefassten, verschiedenen Aspekte einschließen, ebenso wie solche, die in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung offenbart werden und die in den Ansprüchen ausdrücklich genannt sind. Solche Kombinationen können bestimmte Vorteile aufweisen, die in der obigen Kurzfassung nicht spezifisch genannt sind.
Figurenliste
Verschiedene Aspekte der Offenbarung hierhin werden in beispielhafter und nicht einschränkender Weise in den Darstellungen der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezüge gleiche Elemente angeben. Es sei darauf hingewiesen, dass sich Verweise auf „einen“ Aspekt in dieser Offenbarung nicht notwendigerweise auf denselben Aspekt beziehen, und sie bedeuten mindestens einen. Außerdem kann im Interesse der Kürze und der Reduzierung der Gesamtzahl von Figuren eine gegebene Figur verwendet werden, um die Merkmale von mehr als einem Aspekt der Offenbarung zu veranschaulichen, und möglicherweise sind nicht alle Elemente in der Figur für einen gegebenen Aspekt erforderlich.

1 ist eine Ansicht eines beispielhaften Hörers, der Kopfhörer trägt.
2 ist ein Flussdiagramm eines Teils eines Prozesses zum Synthetisieren eines binauralen Programms gemäß dem Abstand des Tons von dem Hörer.
3 ist ein Flussdiagramm eines Teils eines Prozesses zum Synthetisieren eines binauralen Programms für einen Ton, der sich im Bereich im Kopf zwischen den Ohrstücken auf den Ohren des Hörers befindet.
4 ist ein Blockdiagramm für einen Abschnitt einer Schaltung zum Verarbeiten des Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem Bereich im Kopf zwischen den zwei Ohrstücken befindet.
5 ist ein Flussdiagramm eines Abschnitts eines Prozesses zum Synthetisieren eines binauralen Programms für einen Ton, der sich in dem Übergangsbereich zwischen einem der zwei Ohrstücke und der angrenzenden Nahfeldgrenze befindet.
6 ist ein Blockdiagramm für einen Abschnitt einer Schaltung zum Verarbeiten des Tonprogramms, wenn sich der Tonort im Übergangsbereich zwischen einem der beiden Ohrstücke und der angrenzenden Nahfeldgrenze befindet.
7 ist ein Blockdiagramm für einen Abschnitt einer Schaltung zum Verarbeiten eines stereophonen Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem Bereich im Kopf zwischen den zwei Ohrstücken befindet.
8 ist ein Graph der Verstärkungen für jeden der in 7 gezeigten Pegelsteller.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Aspekte ohne diese spezifischen Details praktisch umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Schaltungen, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu erschweren.
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die mehrere Aspekte der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Es versteht sich, dass andere Aspekte verwendet werden können und dass mechanische, kompositionelle, strukturelle, elektrische und betriebliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, und der Umfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche des erteilten Patents definiert.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens bestimmter Aspekte und soll die vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Räumlich relative Begriffe, wie „unter“, „unterhalb“, „unten“, „oberhalb“, „oben“ und dergleichen, können hierin zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um das Verhältnis eines Elements oder eines Merkmals zu einem anderen Element, anderen Elementen, einem anderen Merkmal oder anderen Merkmalen, wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Es versteht sich, dass die räumlich relativen Begriffe zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb einschließen sollen. Wenn zum Beispiel die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, wären Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben sind, dann „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Daher kann der beispielhafte Begriff „unterhalb“ sowohl eine Ausrichtung oberhalb als auch unterhalb einschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (z. B. um 90 gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können entsprechend interpretiert werden.
So wie sie hier verwendet werden, sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, der Kontext gibt etwas anderes an. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ das Vorhandensein von aufgeführten Merkmalen, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Die Begriffe „oder“ und „und/oder“, wie sie hier verwendet werden, sind als einschließend oder eine jeweilige oder beliebige Kombination bedeutend zu interpretieren. Daher bedeuten „A, B oder C“ oder „A, B und/oder C“ „eines der Folgenden: A; B; C; A und B; A und C; B und C; A, B und C.“ Eine Ausnahme von dieser Definition tritt nur auf, wenn sich eine Kombination von Elementen, Schritte oder Handlungen in irgendeiner Weise inhärent gegenseitig ausschließt.
1 ist eine Draufsicht eines veranschaulichenden Hörers 100, der Kopfhörer 102 mit einem ersten Ohrstück 104 und einem zweiten Ohrstück 106 trägt, um jedem Ohr des Hörers ein unterschiedliches Schalldrucksignal zu präsentieren. Während in 1 Kopfhörer mit einem Kopfband, das mit den Ohrstücken verbunden ist, gezeigt sind, sollte klar sein, dass verdrahtete oder drahtlose Ohrhörer in ähnlicher Weise verwendet werden können. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung soll der Begriff „Kopfhörer“ Kopfhörer auf dem Ohr, Kopfhörer über dem Ohr, Ohrhörer, die außerhalb des Ohrkanals liegen, Kopfhörer im Ohr, die in den Ohrkanal eingeführt werden, und andere akustische Ausgabevorrichtungen einbeziehen, die jedem Ohr des Hörers ein unterschiedliches Tonprogramm liefern, ohne dass das jeweilige Tonprogramm des jeweiligen Ohrs mit dem anderen Ohr des Hörers in signifikanter Weise überkreuzt wird.
1 zeigt einen Vektor mit einem Ursprung an dem Mittelpunkt 110 zwischen den zwei Ohrstücken 104, 106, der im Allgemeinen das Zentrum des Kopfes des Benutzers ist. Der Vektor erstreckt sich durch das erste Ohrstück 104, das als Ohrstück für das rechte Ohr des Hörers 100 gezeigt ist. Der Vektor kann in Bereiche unterteilt werden durch i) eine Grenze 114 an dem Ohrstück 104, eine Grenze 118, wo ein Nahfeld HRTF wirksam wird, und eine Grenze 122, wo ein Fernfeld-HRTF wirksam wird. Ein virtuelles akustisches System gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Verarbeitung für ein Tonsignal entsprechend einer gewünschten Platzierung des Tonsignals in einem der Bereiche zwischen diesen Grenzen auswählen. Es versteht sich, dass ein ähnlicher Vektor durch das zweite Ohrstück 106, das als Ohrstück für das linke Ohr des Hörers 100 gezeigt ist, erweitert werden kann, um entsprechende Bereiche auf der gegenüberliegenden Seite des Hörers bereitzustellen. Während die Grenzen als Punkte auf einem Vektor dargestellt sind, versteht sich, dass sich die Grenzen als dreidimensionale Flächen um den Hörer erstrecken. Der Abstand von dem Zentrum des Kopfes des Benutzers zu einer Grenze kann von dem Winkel zu der Grenze abhängen. Daher sind die Grenzflächen im Allgemeinen nicht sphärisch. Aspekte der Offenbarung werden der Klarheit halber unter Bezugnahme auf den Vektor beschrieben. Diese Aspekte können jedoch auch für Töne verwendet werden, die sich irgendwo im dreidimensionalen Raum befinden.
Die durch die obigen Grenzen erzeugten Bereiche können als ein Bereich im Kopf 112, ein Übergangsbereich 116, ein Nahfeldbereich 120 und ein Fernfeldbereich 124 beschrieben werden. Der Bereich im Kopf 112 ist der Bereich zwischen den beiden Ohrstücken 104, 106. Der Bereich im Kopf 112 kann als zwei symmetrische Bereiche betrachtet werden, die sich von dem Zentrum 110 des Kopfes des Benutzers zu einem der beiden Ohrstücke 104, 106 erstrecken. Der Übergangsbereich 116 ist der Bereich (außerhalb des Kopfes des Hörers) zwischen einem der beiden Ohrstücke 104, 106 und der benachbarten Nahfeldgrenze 118. Der Nahfeldbereich 120 ist der Bereich zwischen der Nahfeldgrenze 118 und der Fernfeldgrenze 122. Der Fernfeldbereich 124 erstreckt sich von der Fernfeldgrenze 122 von dem Hörer 100 weg. Aspekte der vorliegenden Offenbarung erzeugen Kopfhörertreibersignale zum Ansteuern der zwei Ohrstücke 104, 106, die es ermöglichen, dass ein Tonprogramm in diesen verschiedenen Regionen platziert wird.
2 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Verarbeiten eines Tonprogramms gemäß einem bestimmten Rendering-Modus. Die Arbeitsvorgänge des Verfahrens können durch einen arbeitenden programmierten digitalen Prozessor ausgeführt werden, der auf einem digitalen Tonprogramm (z. B. einschließlich eines digitalen Audiosignals) arbeitet. Ein Ort des Tonprogramms wird durch einen Tonortklassifizierer empfangen (Arbeitsvorgang 200). Wenn sich der Tonort in dem Bereich im Kopf 112 zwischen den zwei Ohrstücken befindet (Arbeitsvorgang 202), erfolgt die Verarbeitung gemäß einem ersten Rendering-Modus, wie in dem in 3 gezeigten Flussdiagramm (Arbeitsvorgang 204). Wenn sich der Tonort im Übergangsbereich 116 zwischen einem der beiden Ohrstücke und der benachbarten Nahfeldgrenze befindet (Arbeitsvorgang 206), erfolgt die Verarbeitung gemäß einem zweiten Rendering-Modus, wie in dem in 5 gezeigten Flussdiagramm (Arbeitsvorgang 208). Wenn sich der Tonort in dem Nahfeldbereich 120 zwischen der Nahfeldgrenze und der Fernfeldgrenze befindet (Arbeitsvorgang 210), erfolgt die Verarbeitung gemäß einem dritten Rendering-Modus, unter Verwendung eines Nahfeldmodells 212. Andernfalls erfolgt die Verarbeitung gemäß einem vierten Rendering-Modus in einem Fernfeldmodell (Arbeitsvorgang 214).
3 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Verarbeiten eines Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem im Bereich im Kopf 112 zwischen den beiden Ohrstücken befindet (Arbeitsvorgang 202), gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. 4 ist ein Aspekt eines Abschnitts einer Schaltung zum Verarbeiten des Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem Bereich im Kopf zwischen zwischen den zwei Ohrstücken 202 befindet.
Das Tonprogramm wird von einer Audioempfängerschaltung 400 empfangen (Arbeitsvorgang 300). Der gewünschte Tonort wird von einer Ortsempfängerschaltung 402 empfangen. Die Audioempfängerschaltung 400 und die Ortsempfängerschaltung 402 können Teile einer allgemeinen Empfängerschaltung sein. Die Ortsempfängerschaltung 402 kann zusätzlich zum oder als Alternative zum Empfangen von Tonorten, die mit dem Tonprogramm bereitgestellt werden, gewünschte Tonorte bestimmen. In einem Aspekt kann die Ortsempfängerschaltung 402 Tonorte zwischen empfangenen Tonorten interpolieren, um ein glatteres Gefühl für die Bewegung des Tons bereitzustellen. In einem anderen Aspekt kann die Ortsempfängerschaltung 402 die Tonorte von dem Tonprogramm rückschließen.
Das Tonprogramm wird gefiltert, um einen Niederfrequenzanteil und einen Hochfrequenzanteil zu erzeugen (Arbeitsvorgang 302). Ein Tiefpassfilter 404 und ein komplementärer Hochpassfilter 406 können verwendet werden, um die Niederfrequenz- und Hochfrequenzanteile des Tonprogramms zu erzeugen. Komplementär bedeutet hier, dass die beiden Filter mit Dämpfungen der gefilterten Frequenzen arbeiten, sodass das Kombinieren der gefilterten Abschnitte ein Signal erzeugt, das dem ungefilterten Tonprogramm hörbar ähnlich ist.
Der Hochfrequenzanteil wird gemäß dem Ort geschwenkt, um einen ersten hochfrequenten geschwenkten Anteil und einen zweiten hochfrequenten geschwenkten Anteil zu erzeugen (Arbeitsvorgang 306). Der Hochfrequenzanteil kann durch einen ersten Pegelsteller 408 und einen komplementären zweiten Pegelsteller 410 geschwenkt werden, um den ersten und den zweiten hochfrequenten geschwenkten Anteil zu erzeugen. Komplementär bedeutet hier, dass die beiden Pegelsteller mit Dämpfungen des Hochfrequenzanteils arbeiten, sodass der Ton, der in dem ersten Ohrstück 104 und dem zweiten Ohrstück 106 des Kopfhörers 102 durch den ersten und zweiten hochfrequenten geschwenkten Anteil erzeugt würde, einen hörbaren Eindruck des Hochfrequenzanteils erzeugen würde, der sich ohne Dämpfung zwischen den Ohrstücken (vom linken Ohrstück oder L) ohne Dämpfung bewegt. Diese Fähigkeit des ersten Pegelstellers 408, seine Verstärkung gleichmäßig von hoch auf mittel auf niedrig einzustellen, als Reaktion darauf, dass sich der Ort vom linken Ohrstück (L) durch das Zentrum (C) und dann zum rechten Ohrstück (R) ändert, ist durch die in seiner Box gezeigte, nach unten geneigte Linie veranschaulicht. In ähnlicher Weise ist die Fähigkeit des zweiten Pegelstellers 410, seine Verstärkung gleichmäßig von niedrig auf mittel zu hoch einzustellen, wenn sich der Ort vom linken Ohrstück (L) durch das Zentrum (C) und dann zum rechten Ohrstück (R) ändert, durch die in seiner Box gezeigte, nach oben geneigte Linie veranschaulicht. Unter einigen Aspekten kann der Hochfrequenzteil auf einen unhörbaren Pegel gedämpft werden, wenn der Ort des Tons an dem entgegengesetzten Ohrstück ist; unter anderen Aspekten kann der Hochfrequenzteil auf einen niedrigen, aber hörbaren Pegel gedämpft werden, wenn der Ort des Tons an dem entgegengesetzten Ohrstück ist.
Der erste und der zweite hochfrequente geschwenkte Anteil werden jeweils mit dem Niederfrequenzanteil kombiniert, um erste und zweite Signale im Kopf zu erzeugen (Arbeitsvorgang 308). Die Signale im Kopf steuern die Ohrstücke 104, 106 des Kopfhörers 102 an. Die niederfrequenten und hochfrequenten geschwenkten Anteile können durch Audiomischer 412, 414 kombiniert werden. Ein erster Audiomischer 412 empfängt den Niederfrequenzanteil von dem Tiefpassfilter 404 und den ersten hochfrequenten geschwenkten Anteil von dem ersten Pegelsteller 408 und kombiniert die zwei Audiosignale, um das erste Signal im Kopf 420 zu erzeugen, um das erste Ohrstück 104 anzusteuern. Ein zweiter Audiomischer 414 empfängt den Niederfrequenzanteil von dem Tiefpassfilter 404 und den zweiten hochfrequenten geschwenkten Anteil von dem zweiten Pegelsteller 410 und kombiniert die zwei Audiosignale, um das zweite Signal im Kopf 422 zu erzeugen, um das zweite Ohrstück 106 anzusteuern.
Die Wirkung einer Raumimpulsantwort kann auch hinzugefügt werden, um die Qualität der virtuellen akustischen Simulation zu verbessern. In diesem Fall kann ein erster Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten (finite impulse response filter, FIR) 416, der gemäß einer gewünschten Raumimpulsantwort konfiguriert wurde, auf die Kombination des Niederfrequenzanteils und des ersten hochfrequenten geschwenkten Signals angewendet werden, um das erste Signal im Kopf 420 (als ein erstes Kopfhörertreibersignal) zu erzeugen. Ein zweiter Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten 418, der gemäß einer gewünschten Impulsantwort konfiguriert wurde, kann auf die Kombination des Niederfrequenzanteils und des zweiten hochfrequenten geschwenkten Signals angewendet werden, um das zweite Signal im Kopf 422 (als ein zweites Kopfhörertreibersignal) zu erzeugen. Es versteht sich, dass die Auswirkung von Raumimpulsantworten in ähnlicher Weise zu anderen unten beschriebenen Schaltungen hinzugefügt werden kann, die der Klarheit halber ohne FIR-Filter gezeigt sind. In anderen Aspekten kann die Auswirkung von Raumimpulsantworten an anderen Stellen in der Schaltung hinzugefügt werden, zum Beispiel als Teil von binauralen Filtern (weiter unten beschrieben), um die Wechselwirkung zwischen dem Hörer und der virtuellen akustischen Umgebung besser zu modellieren. In einigen Aspekten können sich die Raumimpulsantworten mit Drehungen des Kopfes des Hörers ändern.
Die Verarbeitung des Tonprogramms, wie oben beschrieben, wenn der Ton in dem Bereich im Kopf zwischen den zwei Ohrstücken angeordnet ist (Arbeitsvorgang 202), stellt eine Audioausgabe für die beiden Ohrstücke bereit, in denen der Niederfrequenzanteil des Tonprogramms durch den Ort des Tons unverändert bleibt, während der Hochfrequenzanteil zwischen den beiden Ohrstücken entsprechend dem Ort des Tons geschwenkt wird. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einem angenehmeren Hörerlebnis führt, da der konstante Niederfrequenzanteil das Gefühl einer Okklusion des „entferntliegenden“ Ohrs verhindert, wenn der Ort des Tons nahe an einem Ohr liegt.
5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Verarbeiten eines Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem Übergangsbereich 116 zwischen einem der beiden Ohrstücke 104, 106 und der angrenzenden Nahfeldgrenze 118 befindet, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. 6 ist ein Abschnitt einer Schaltung zum Verarbeiten des Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem Übergangsbereich 116 befindet. Das Tonprogramm wird von einer Audioempfängerschaltung 600 empfangen (Arbeitsvorgang 500). Der gewünschte Tonort wird von einer Ortsempfängerschaltung 602 empfangen. Die Audioempfängerschaltung und/oder die Ortsempfängerschaltung können mit dem in 4 gezeigten Abschnitt der Schaltung geteilt werden, oder sie können eine zusätzliche Audioempfängerschaltung und/oder Ortsempfängerschaltung sein, die zusätzliche Kopien des Tonprogramms und/oder des Orts empfängt. Die Audioempfängerschaltung 600 und die Ortsempfängerschaltung 602 können Teile einer allgemeinen Empfängerschaltung sein. Die Ortsempfängerschaltung 602 kann zusätzlich zum oder als Alternative zum Empfangen von Tonorten, die mit dem Tonprogramm bereitgestellt werden, gewünschte Tonorte bestimmen, wie es für die Ortsempfängerschaltung von 4 beschrieben wurde.
Das Tonprogramm wird von zwei binauralen Nahfeldfiltern 610, 614 verarbeitet, um ein Nahfeldgrenzsignal für jedes Ohrstück zu erzeugen (Arbeitsvorgang 502). Jeder der zwei binauralen Nahfeldfilter 610, 614 ist so eingestellt, dass er das Tonprogramm filtert und dadurch Nahfeldgrenzsignale erzeugt, um zu ermöglichen, dass ein Ton an einem Ort an der Nahfeldgrenze 118 platziert wird. Dies kann erreicht werden, indem Ortseingangssignale 612, 616 bereitgestellt werden, die an die Nahfeldgrenze angepasst werden, die dem gewünschten Ort 602 des Tonprogramms am nächsten liegt, anstatt am gewünschten Ort 602 des Tonprogramms zu liegen. Die Ortseingangssignale 612, 616 dienen dazu, ihre jeweiligen binauralen Nahfeldfilter 610, 614 zu konfigurieren.
Erste und zweite Signale im Kopf 606, 618 werden empfangen (Arbeitsvorgang 504). Das erste und das zweite Signal im Kopf 606, 618 können durch den Abschnitt der in 4 gezeigten Schaltung erzeugt werden, der so konfiguriert ist, dass seine Ortsempfängerschaltung 402 auf den Ort des Ohrstücks eingestellt ist, der dem gewünschten Ort des Tonprogramms am nächsten liegt, anstatt am gewünschten Ort des Tonprogramms zu liegen. Dies ist in 6 durch Orte 608, 620 dargestellt, die mit „in Ohrnähe“ bezeichnet sind.
Eine Mischberechnungsschaltung (Mischrechner 604) berechnet einen Mischfaktor (Arbeitsvorgang 506). Der Mischfaktor ist proportional zu einem Abstand zwischen i) dem gewünschten Ort des Tonprogramms und ii) dem Ohrstück, das dem gewünschten Ort des Tonprogramms am nächsten liegt. Zum Beispiel kann der Mischfaktor wie folgt berechnet werden: $\frac{| O r t_{T o n} - O r t_{O h r s t ü c k} |}{| O r t_{N a h f e l d g r e n z e} - O r t_{O h r s t ü c k} |}$
Es versteht sich, dass ein Mischfaktor, der gemäß der obigen Gleichung berechnet wird, einen Wert von 1 hat, wenn der gewünschte Ort des Tonprogramms, Ort_Ton, bei der Nahfeldgrenze, Ort_{Nahfeldgrenze} liegt. Der beispielhafte Mischfaktor hat einen Wert von 0, wenn der gewünschte Ort des Tonprogramms, Ort_Ton, an dem Ohrstück ist, das dem gewünschten Ort des Tonprogramms, Ort_Ohrstück am nächsten liegt. Andere Werte und Bereiche können für den Mischfaktor verwendet werden.
Die Nahfeldgrenzsignale und die Signale im Kopf werden auf Basis des Mischfaktors geschwenkt (Arbeitsvorgang 508). Die geschwenkte Nahfeldgrenze und die Signale im Kopf werden dann kombiniert, um ein erstes und ein zweites Signal im Kopf zu erzeugen (Arbeitsvorgang 510). Das erste Signal im Kopf 606 kann durch einen ersten Pegelsteller 622 geschwenkt werden. Das erste Nahfeldgrenzsignal, das von dem ersten binauralen Nahfeldfilter 610 erzeugt werden kann, kann von einem zweiten Pegelsteller 624 geschwenkt werden. Das erste Signal im Kopf 606 ist das Signal, das dem ersten Ohrstück 104 für einen an der Grenze 114 befindlichen Ton bereitgestellt würde. Das erste Nahfeldgrenzsignal ist das Signal, das dem ersten Ohrstück 104 für einen Ton bereitgestellt würde, der sich an der Nahfeldgrenze 118 befindet, die dem ersten Ohrstück 104 am nächsten liegt. Die ersten und zweiten Pegelsteller 622, 624 sind komplementär und arbeiten, um einen hörbaren Eindruck des Tons zu erzeugen, der sich zwischen dem ersten Ohrstück und der angrenzenden Nahfeldgrenze ohne Dämpfung bewegt. Zum Beispiel wird an einem gegebenen Ort i) das Nahfeldgrenzsignal um einen ersten Betrag gedämpft, der proportional zu eins minus dem Mischfaktor ist (berechnet für diesen Ort), und ii) das erste Signal im Kopf wird um einen zweiten Betrag gedämpft, der proportional zu dem Mischfaktor ist.
Das zweite Signal im Kopf 618 kann durch einen dritten Pegelsteller 628 geschwenkt werden. Das zweite Nahfeldgrenzsignal, das von dem zweiten binauralen Nahfeldfilter 614 erzeugt werden kann, kann von einem vierten Pegelsteller 626 geschwenkt werden.
Das zweite Signal im Kopf 618 ist das Signal, das dem zweiten Ohrstück 106 für einen an der Grenze 114 befindlichen Ton bereitgestellt würde. Das zweite Nahfeldgrenzsignal ist das Signal, das dem zweiten Ohrstück 106 für einen Ton bereitgestellt würde, der sich an der Nahfeldgrenze 118 befindet, die dem ersten Ohrstück 104 am nächsten liegt. Die dritten und vierten Pegelsteller 628, 626 sind komplementär und arbeiten, um einen hörbaren Eindruck des Tons zu erzeugen, der sich zwischen dem ersten Ohrstück 104 und der angrenzenden Nahfeldgrenze 118 ohne Dämpfung bewegt. Zum Beispiel wird an einem gegebenen Ort i) das Nahfeldgrenzsignal um einen ersten Betrag gedämpft, der proportional zu eins minus dem Mischfaktor ist (berechnet für diesen Ort), und ii) das zweite Signal im Kopf wird um einen zweiten Betrag gedämpft, der proportional zu dem Mischfaktor ist.
Das geschwenkte erste Signal im Kopf von dem ersten Pegelsteller 622 und das geschwenkte erste Nahfeldgrenzsignal von dem zweiten Pegelsteller 624 können durch einen ersten Audiomischer 630 kombiniert werden, um ein erstes Kopfhörersignal 634 zu erzeugen, das dem ersten Ohrstück 104 bereitgestellt wird. Das geschwenkte zweite Signal im Kopf von dem dritten Pegelsteller 628 und das geschwenkte zweite Nahfeldgrenzsignal von dem vierten Pegelsteller 626 können durch einen zweiten Audiomischer 632 kombiniert werden, um ein zweites Kopfhörersignal 636 zu erzeugen, das dem zweiten Ohrstück 106 bereitgestellt wird.
In einigen Aspekten werden ein erster und ein zweiter Mischfilter bereitgestellt, die das Tonprogramm und den Mischfaktor empfangen und ein erstes und ein zweites Kopfhörersignal erzeugen, die ähnlich den Signalen sind, die durch die in 6 gezeigte Schaltung erzeugt werden. Es kann vorteilhaft sein, die Arbeitsvorgänge, die durch die in 6 gezeigte Schaltung veranschaulicht sind, mit einem einzigen Mischfilter anstatt durch Schwenken und Kombinieren der Ausgaben von Im-Kopf-Filtern und Nahfeldfiltern durchzuführen, da die Filter frequenzabhängige Phasenverschiebungen aufweisen können, die Artefakte erzeugen, wenn sie kombiniert werden. Somit ist 6 so zu verstehen, dass sie sowohl eine Schaltung zeigt, die implementiert ist, um Signale von mehreren Filtern zu kombinieren, als auch eine Schaltung, die gemischte Filter verwendet, um die Wirkung des Kombinierens von Signalen von mehreren Filtern zu erzeugen.
Zur Klarheit der Beschreibung bezieht sich das Obige auf das Bewegen einer Punktschallquelle relativ zum Hörer. Jedoch können Aspekte der vorliegenden Offenbarung auch auf stereophone Schallquellen angewendet werden. Eine stereophone Schallquelle kann aufgezeichnet werden, um linke und rechte Kanäle bereitzustellen. Das Abspielen des linken Audiokanals zum linken Ohr und des rechten Audiokanals zum rechten Ohr erzeugt Ton, der als im Kopf des Hörers befindlich und zwischen den Ohren zentriert wahrgenommen wird. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können die Bewegung einer stereophonen Schallquelle vom Zentrum des Kopfes des Hörers zu einem der Ohren des Hörers als Übergang von einer stereophonen Schallquelle zu einer monophonen Schallquelle behandeln. Dieser Aspekt, nämlich wie eine Stereoquelle als Stereo im Kopf behandelt wird, aber außerhalb des Kopfes dann in Mono übergeht, wird weiter unten in Verbindung mit 7 entwickelt.
7 ist ein Aspekt eines Abschnitts einer Schaltung zum Verarbeiten eines stereophonen Tonprogramms, wenn sich der Tonort in dem Bereich im Kopf zwischen zwischen den zwei Ohrstücken 202 befindet (Arbeitsvorgang 202). Das Stereotonprogramm wird von einer Audioempfängerschaltung 700 empfangen. Das Tonprogramm wird gefiltert, um einen Niederfrequenzanteil und einen Hochfrequenzanteil zu erzeugen. Einer aus einer Gruppe von Tiefpassfiltern 706, 708 und einer aus einer Gruppe von komplementären Hochpassfiltern 704, 710 kann verwendet werden, um die niederfrequenten und hochfrequenten Anteile für jeden Kanal des Stereotonprogramms zu erzeugen, wie gezeigt. Komplementär bedeutet hier, dass die beiden Filter (Tiefpass und Hochpass) mit Dämpfungen der gefilterten niedrigen und hohen Frequenzen arbeiten, sodass das Kombinieren der gefilterten Abschnitte ein Signal erzeugt, das dem ungefilterten Tonprogramm hörbar ähnlich ist.
Der Hochfrequenzanteil jedes Kanals wird gemäß dem Ort geschwenkt, um einen ersten hochfrequenten geschwenkten Anteil für das Ohr zu erzeugen, das den Kanal hören soll, und einen zweiten hochfrequenten geschwenkten Anteil für das entgegengesetzte Ohr zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein erster Pegelsteller 712 den linken Kanal wie gezeigt schwenken, um einen Audioanteil des linken Kanals für das linke Ohr bereitzustellen, während ein zweiter Pegelsteller 714 den linken Kanal schwenkt, um einen Audioanteil des linken Kanals für das rechte Ohr bereitzustellen. Gleichermaßen kann ein dritter Pegelsteller 718 den rechten Kanal wie gezeigt schwenken, um einen Audioanteil des rechten Kanals für das rechte Ohr bereitzustellen, und ein vierter Pegelsteller 716 kann den rechten Kanal schwenken, um einen Audioanteil des rechten Kanals für das linke Ohr bereitzustellen, wie gezeigt. Die Mischer 722, 724 werden bereitgestellt, um die Ausgaben von den Pegelstellern 712, 714, 716, 718 (wie gezeigt) zu kombinieren, um Signale im Kopf 726 bzw. 728 für jedes der Ohrstücke 104, 106 auf dem Kopfhörer 102 zu erzeugen, der von dem Hörer 100 getragen wird.
8 ist eine beispielhafte Kurve, die zeigt, wie die Verstärkungen der in 7 gezeigten Pegelsteller 712, 714, 716, 718 variieren (in Abhängigkeit von dem gewünschten Ort des Tonprogramms). Wenn das stereophone Tonprogramm im Zentrum C des Kopfes des Hörers liegen soll (angezeigt durch C entlang der x-Achse jeder der Verstärkungskurven, die in den Kästen gezeigt sind, die die vier Pegelsteller darstellen), wird der Audioanteil mit maximaler Verstärkung von den Pegelstellern 712, 718 (für jeden Kanal zu dem Ohr, das den Kanal nicht hören soll) bereitgestellt und mit minimaler Verstärkung von den Pegelstellern 714, 716 (für jeden Kanal zum Ohr, dass den nicht Kanal hören soll) bereitgestellt. Wenn sich somit das stereophone Tonprogramm im Zentrum C des Kopfes des Hörers befindet, wird der Hochfrequenzanteil des stereophonen Tonprogramms dem Hörer in Stereo bereitgestellt.
Wenn sich das stereophone Tonprogramm an einem der Ohren des Hörers befinden soll, wird dem Audioanteil von den Pegelstellern 716, 712 für die beiden dem Ohr zugeführten Kanäle (z. B. dem linken Ohrstück, L, auf der x-Achse der Verstärkungskurve angezeigt) eine gleichmäßig hohe Verstärkung bereitgestellt und von den Pegelstellern 718, 714 für die beiden Kanäle zu dem entgegengesetzten Ohr eine gleichmäßig geringe Verstärkung bereitgestellt. Die „hohe“ Verstärkung für die Kanäle, die auf das Ohr gerichtet sind, in dem sich das Stereoprogramm befindet, kann ein Wert sein, der ein monophones Tonprogramm erzeugt, das als im Wesentlichen das gleiche Volumen wie das Stereoprogramm, das sich im Zentrum des Kopfes des Hörers befindet, aufweisend wahrgenommen wird. Die „niedrige“ Verstärkung für die Kanäle, die auf das gegenüberliegende Ohr gerichtet sind, kann gewählt werden, um ein Gefühl einer Okklusion zu vermeiden, oder kann ein Pegel sein, bei dem der Hochfrequenzanteil des stereophonen Tonprogramms nicht wahrnehmbar ist.
Wenn sich der Ort des stereophonen Tonprogramms von dem Zentrum des Kopfes des Hörers zu einem der Ohren des Hörers bewegt, schwenken die Pegelsteller 712, 714, 716, 718 jedes der Kanalsignale für jedes der Ohren des Hörers, wie durch die in 8 gezeigten Kurven angedeutet, um gleichmäßig von einem Stereoprogramm zu einem Monoprogramm überzugehen.
Zurückkehrend zu 7 kombinieren die Mischer 722, 724 die Hochfrequenzanteile und Niederfrequenzanteile des Tonprogramms (Mischer 722 empfängt alle Anteile des linken Kanals, sowohl niedere also auch hohe Anteile, während Mischer 724 alle Anteile - sowohl niedere also auch hohe - des rechten Kanals empfängt) mit Ausgängen der Pegelsteller 712, 716 (Pegelsteller für das linke Ohr) und der Pegelsteller 714, 718 (Pegelsteller für das rechte Ohr), um die jeweiligen Signale im Kopf 726, 728 zu erzeugen. Alternativ können die niederfrequenten Anteile des Stereoprogramms als monophones Programm verarbeitet werden, das gleichermaßen an beide Ohren geliefert wird, wenn sich das stereophone Tonprogramm zwischen den Ohren des Hörers (z. B. am Ort C) befindet. 7 zeigt diesen Aspekt als punktierte Linien, wobei die Ausgaben der Tiefpassfilter 706, 708 nicht direkt dem Mischer 722 zugeführt werden, sondern stattdessen durch einen Mischer geleitet werden, wo sie kombiniert und beiden Mischern 722, 724 zugeführt werden. Unter diesem Szenario versteht es sich, dass der linke und rechte (ungefilterte) Kanal des stereophonen Tonprogramms stattdessen durch einen Mischer kombiniert und dann durch einen einzigen Tiefpassfilter (quasi durch Kombinieren von Filtern 706, 708 zu einem einzelnen Filter nach dem Mischers, der als gepunktete Linien gezeigt ist) gefiltert werden könnten, um die kombinierten Niederfrequenzteile des Stereoprogramms zu erzeugen (welches dann beiden Mischern 722, 724 zugeführt wird).
Zur Klarheit der Offenbarung wurde oben beschrieben, wie sich eine Schallquelle entlang eines Pfades bewegt, der durch das Zentrum des Kopfes des Hörers und durch die Ohren des Hörers verläuft, z. B. wo der in 1 gezeigte Vektor entlang der positiven x-Achse liegt oder in einem Winkel von Null Grad relativ zur positiven x-Achse liegt. Jedoch können Aspekte der vorliegenden Offenbarung auch auf Pfade in den Kopf des Hörers und daraus hinaus unter verschiedenen Winkeln angewendet werden. Wenn der Übergang in den Kopf von einem anderen Winkel aus beginnt, dann ändern sich die Verstärkungen der Pegelsteller und der Ort der Nahfeldgrenze 118. Für Töne, die sich auf einem Pfad senkrecht zu dem Pfad bewegen, der durch das Zentrum des Kopfes des Hörers und die Ohren des Hörers verläuft, z. B. unter einem Winkel von neunzig Grad relativ zu dem in 1 gezeigten Vektor, ändern sich die Verstärkungen des Pegelstellers nicht, wenn sich der Ton bewegt. Für andere Winkel werden die Werte der Verstärkungen der Pegelsteller basierend auf dem zusammengesetzten Winkel zwischen der Linie, die die beiden Ohren verbindet, und der Linie, die die Quelle mit dem Zentrum des Kopfes verbindet, variiert.
Für Pfade, die durch den Bereich im Kopf 112 oder den Übergangsbereich 116, aber nicht durch das Zentrum des Kopfes des Hörers verlaufen, kann der Pfad als Übergänge zwischen einer Reihe von Pfaden durch das Zentrum des Kopfes des Hörers unter wechselnden Winkeln verarbeitet werden.
Auch wenn beispielhafte Aspekte beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen gezeigt wurden, sei klargestellt, dass solche Aspekte für die allgemeine Erfindung lediglich veranschaulichend und nicht beschränkend sind und dass diese Erfindung nicht auf die spezifischen Konstruktionen und Gestaltungen beschränkt ist, die gezeigt und beschrieben sind, weil Fachmänner verschiedene andere Modifikationen erkennen können. Die Beschreibung ist somit als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62566087 [0001]

Claims

Verfahren zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Orts zum Platzieren des Tonprogramms in Bezug auf ein erstes Ohrstück und ein zweites Ohrstück des Kopfhörers; Bestimmen, ob der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt; entsprechend einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt, Filtern des Tonprogramms, um einen Niederfrequenzanteil und einen Hochfrequenzanteil zu erzeugen; Schwenken des Hochfrequenzanteils gemäß dem Ort, um einen ersten geschwenkten Hochfrequenzanteil und einen zweiten geschwenkten Hochfrequenzanteil zu erzeugen; Kombinieren des Niederfrequenzanteils und des ersten geschwenkten Hochfrequenzanteils, um ein erstes Signal im Kopf zu erzeugen; und Kombinieren des Niederfrequenzanteils und des zweiten geschwenkten Hochfrequenzanteils, um ein zweites Signal im Kopf zu erzeugen; Ansteuern des ersten Ohrstücks mit dem ersten Signal im Kopf; und Ansteuern des zweiten Ohrstücks mit dem zweiten Signal im Kopf.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tonprogramm ein Stereoprogramm ist, das einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal einschließt, und gemäß einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt, das Filtern des Tonprogramms, um den Niederfrequenzanteil und den Hochfrequenzanteil zu erzeugen, das Filtern des Tonprogramms umfasst, um den Niederfrequenzanteil und den Hochfrequenzanteil für jeden Kanal zu erzeugen; das Schwenken des Hochfrequenzanteils gemäß dem Ort, um einen ersten Hochfrequenzanteil und einen zweiten Hochfrequenzanteil zu erzeugen, das Schwenken des Hochfrequenzanteils für jeden Kanal gemäß dem Ort umfasst, um den ersten geschwenkten Hochfrequenzanteils und den zweiten geschwenkten Hochfrequenzanteils für jeden Kanal zu erzeugen; das Kombinieren des Niederfrequenzanteils und des ersten Hochfrequenzanteils, um das erste Signal im Kopf zu erzeugen, das Kombinieren des Niederfrequenzanteils des ersten Kanals, des ersten geschwenkten Hochfrequenzanteils des ersten Kanals und des zweiten geschwenkten Hochfrequenzanteils des zweiten Kanals umfasst, um das erste Signal im Kopf zu erzeugen; und das Kombinieren des Niederfrequenzanteils und des zweiten Hochfrequenzanteils, um ein zweites Signal im Kopf zu erzeugen, das Kombinieren des Niederfrequenzanteils des zweiten Kanals, des ersten geschwenkten Hochfrequenzanteils des zweiten Kanals und des zweiten geschwenkten Hochfrequenzanteils des zweiten Kanals umfasst, um das zweite Signal im Kopf zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen, ob der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und der Nahfeldgrenze liegt, und gemäß einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und der Nahfeldgrenze liegt, a) Filtern des Tonprogramms mit binauralen Nahfeldfiltern, um ein Nahfeldgrenzsignal für jedes Ohrstück zu erzeugen, b) Berechnen eines Mischfaktors, der proportional zu einem Abstand zwischen dem Ort und dem ersten Ohrstück ist, c) Kombinieren i) des Nahfeldgrenzsignals, gedämpft um einen ersten Betrag, der proportional zu Eins minus dem Mischfaktor ist, und ii) des ersten Signals im Kopf, gedämpft um einen zweiten Betrag, der proportional zu dem Mischfaktor ist, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und d) Kombinieren i) des Nahfeldgrenzsignals, gedämpft durch den ersten Betrag, und ii) des zweiten Signals im Kopf, gedämpft um den zweiten Betrag, um ein zweites Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Mischfaktor einen Wert von 1 aufweist, wenn der Ort an dem ersten Ohrstück liegt, und einen Wert von 0, wenn der Ort an der Nahfeldgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Tonprogramm ein Stereoprogramm ist, das einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal einschließt, und, gemäß einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und der Nahfeldgrenze liegt, das Verfahren ferner das Kombinieren des ersten Kanals und des zweiten Kanals umfasst, um das Tonprogramm zu einem monophonen Programm zu machen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Anwenden eines Filters mit begrenztem Impulsansprechverhalten auf das erste Signal im Kopf, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und das Anwenden des Filters mit begrenztem Impulsansprechverhalten auf das zweite Signal im Kopf, um ein zweites Kopfhörertreibersignals zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Verfahren zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Orts zum Platzieren des Tonprogramms in Bezug auf einen Hörer, der die Kopfhörer mit einem ersten Ohrstück, das näher an dem Ort ist als ein zweites Ohrstück, trägt; Bestimmen, ob der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und einer Nahfeldgrenze liegt; gemäß einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und der Nahfeldgrenze liegt, Filtern des Tonprogramms mit ersten und zweiten binauralen Nahfeldfiltern, um ein erstes Nahfeldgrenzsignal und ein zweites Nahfeldgrenzsignal zu erzeugen, Filtern des Tonprogramms, um einen Niederfrequenzanteil und einen Hochfrequenzanteil zu erzeugen; Berechnen eines Mischfaktors, der proportional zu einem Abstand zwischen dem Ort und dem ersten Ohrstück ist, Kombinieren i) des ersten Nahfeldgrenzsignals, gedämpft um einen ersten Betrag, der proportional zu Eins minus dem Mischfaktor ist, und ii) des Niederfrequenzanteils, gedämpft um einen zweiten Betrag, der proportional zu dem Mischfaktor ist, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und Kombinieren i) des zweiten Nahfeldgrenzsignals, gedämpft durch den ersten Betrag, und ii) des Niederfrequenzanteils, gedämpft um den zweiten Betrag, um ein zweites Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Mischfaktor einen Wert von 1 aufweist, wenn der Ort an dem ersten Ohrstück liegt, und einen Wert von 0, wenn der Ort an der Nahfeldgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Tonprogramm ein Stereoprogramm ist, das einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal einschließt, und, gemäß einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und der Nahfeldgrenze liegt, das Verfahren ferner das Kombinieren des ersten Kanals und des zweiten Kanals umfasst, um das Tonprogramm zu einem monophonen Programm zu machen.
Verfahren zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer, an einer Tonposition, die in einer Übergangsregion liegt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Orts zum Platzieren des Tonprogramms in Bezug auf einen Hörer, der die Kopfhörer mit einem ersten Ohrstück, das näher an dem Ort ist als ein zweites Ohrstück, trägt; Bestimmen, ob der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und einer Nahfeldgrenze liegt; gemäß einer Bestimmung, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und der Nahfeldgrenze liegt, Filtern des Tonprogramms mit ersten und zweiten binauralen Nahfeldfiltern, um ein erstes Nahfeldgrenzsignal und ein zweites Nahfeldgrenzsignal zu erzeugen, Filtern des Tonprogramms, um ein erstes Signal im Kopf und ein zweites Signal im Kopf zu erzeugen; Berechnen eines Mischfaktors, der proportional zu einem Abstand zwischen dem Ort und dem ersten Ohrstück ist, Schwenken des ersten und des zweiten Nahfeldgrenzsignals und des ersten und des zweiten Signals im Kopf basierend auf dem Mischfaktor, Kombinieren i) des ersten Nahfeldgrenzsignals, gedämpft um einen ersten Betrag, der proportional zu Eins minus dem Mischfaktor ist, und ii) des ersten Signals im Kopf, gedämpft um einen zweiten Betrag, der proportional zu dem Mischfaktor ist, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und Kombinieren i) des zweiten Nahfeldgrenzsignals, gedämpft durch den ersten Betrag, und ii) des zweiten Signals im Kopf, gedämpft um den zweiten Betrag, um ein zweites Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kombinieren des ersten Nahfeldgrenzsignals und des ersten Signals Mischen umfasst i) eines ersten Filters, der das erste Nahfeldgrenzsignal um den ersten Betrag dämpft, und ii) eines zweiten Filters, der das erste Signal im Kopf um den zweiten Betrag dämpft, um einen Mischfilter zum Kombinieren des ersten Nahfeldgrenzsignals und des ersten Signals im Kopf zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Anwenden eines Filters mit begrenztem Impulsansprechverhalten auf die Kombination des ersten Nahfeldgrenzsignals und des ersten Signals im Kopf, um das erste Kopfhörertreibersignal zu erzeugen, und Anwenden des Filters mit begrenztem Impulsansprechverhalten auf die Kombination des zweiten Nahfeldgrenzsignals und des zweiten Signals im Kopf, um das zweite Kopfhörertreibersignal zu erzeugen.
Vorrichtung zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Empfänger, der das Tonprogramm und einen Ort zum Platzieren des Tonprogramms in Bezug auf ein erstes Ohrstück und ein zweites Ohrstück des Kopfhörers empfängt; einen Tiefpassfilter, der einen Niederfrequenzanteil des Tonprogramms erzeugt; einen Hochpassfilter, der einen Hochfrequenzanteil des Tonprogramms erzeugt; einen Pegelsteller, der den Hochfrequenzanteil entsprechend dem Ort schwenkt, wenn bestimmt wird, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt, um ein erstes hochfrequentes geschwenktes Signal und ein zweites hochfrequentes geschwenktes Signal zu erzeugen; und einen Mischer, der den Niederfrequenzanteil und das erste hochfrequente geschwenkte Signal kombiniert, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und den Niederfrequenzanteil und das zweite hochfrequente geschwenkte Signal kombiniert, um ein zweites Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen, falls festgestellt wird, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und dem zweiten Ohrstück liegt..
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei: das Tonprogramm ein Stereoprogramm ist, das einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal einschließt; der Tiefpassfilter den Niederfrequenzanteil für jeden Kanal erzeugt; der Hochpassfilter den Hochfrequenzanteil für jeden Kanal erzeugt; der Pegelsteller den Hochfrequenzanteil für jeden Kanal gemäß der Bestimmung über den Ort schwenkt, um das erste hochfrequente geschwenkte Signal und das zweite hochfrequente geschwenkte Signal für jeden Kanal zu erzeugen; und der Mischer den Niederfrequenzanteil des ersten Kanals, das erste hochfrequente geschwenkte Signal des ersten Kanals und das zweite hochfrequente geschwenkte Signal des zweiten Kanals kombiniert, um das erste Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen und den Niederfrequenzabschnitt des zweiten Kanals, das erste hochfrequente geschwenkte Signal des zweiten Kanals und das zweite hochfrequente geschwenkte Signal des zweiten Kanals kombiniert, um das zweite Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, ferner umfassend: einen ersten und zweiten binauralen Nahfeldfilter, die ein erstes Nahfeldgrenzsignal und ein zweites Nahfeldgrenzsignal erzeugen; und eine Logikeinheit zum Berechnen eines Mischfaktors, der proportional zu einem Abstand zwischen dem Ort und dem ersten Ohrstück ist; wobei der Mischer das erste Nahfeldgrenzsignal, gedämpft um einen ersten Betrag, der proportional zu Eins minus dem Mischfaktor ist, und ii) das erste Signal im Kopf, gedämpft um einen zweiten Betrag, der proportional zu dem Mischfaktor ist, kombiniert, um das erste Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und i) das zweite Nahfeldgrenzsignal, gedämpft durch den ersten Betrag, und ii) das zweite Signal im Kopf, gedämpft um den zweiten Betrag, kombiniert, um das zweites Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Mischfaktor einen Wert von 1 aufweist, wenn der Ort an dem ersten Ohrstück liegt, und einen Wert von 0, wenn der Ort an einer Nahfeldgrenze liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei: das Tonprogramm ein Stereoprogramm ist, das einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal einschließt; der Tiefpassfilter den Niederfrequenzanteil für jeden Kanal erzeugt; der Hochpassfilter den Hochfrequenzanteil für jeden Kanal erzeugt; der Pegelsteller den Hochfrequenzanteil für jeden Kanal gemäß dem Ort schwenkt, um das erste hochfrequente geschwenkte Signal und das zweite hochfrequente geschwenkte Signal für jeden Kanal zu erzeugen; und wenn bestimmt wird, dass der Ort zwischen dem ersten Ohrstück und einer Nahfeldgrenze liegt, der Mischer den Niederfrequenzanteil des ersten Kanals, das erste hochfrequenten geschwenkte Signal des ersten Kanals und das zweite hochfrequenten geschwenkte Signals des zweiten Kanals kombiniert, um das an dem ersten Ohrstück befindliche Tonprogramm zu erzeugen; das Nahfeldgrenzsignal, gedämpft um eins minus dem Mischfaktor, und das Tonprogramm, befindlich an dem ersten Ohrstück, gedämpft um den Mischfaktor, kombiniert, um das erste Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und das Nahfeldgrenzsignal, gedämpft um eins minus dem Mischfaktor, und den Niederfrequenzanteil des zweiten Kanals, gedämpft um den Mischfaktor, kombiniert, um das zweite Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten, der die Kombination des Niederfrequenzanteils und des ersten Hochfrequenzsignals filtert, um ein erstes Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des ersten Ohrstücks zu erzeugen, und die Kombination des Niederfrequenzanteils und des zweiten Hochfrequenzsignals filtert, um ein zweites Kopfhörertreibersignal zum Ansteuern des zweiten Ohrstücks zu erzeugen.
Verfahren zum Rendern eines Tonprogramms für Kopfhörer unter Verwendung eines virtuellen akustischen Systems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Empfangen eines Orts, an dem ein Tonprogramm gerendert werden soll; b) Bestimmen eines Rendering-Modus basierend darauf, dass der empfangene Ort im Kopf, in einem Übergangsbereich, in einem Nahfeldbereich oder in einem Fernfeldbereich liegt; und c) Verarbeiten des Tonprogramms gemäß dem bestimmten Rendering-Modus.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Wiederholen von a)-c) eine Vielzahl von Malen, jeweils mit einem anderen Ort, um das Tonprogramm von „im Kopf“ und dann in den Übergangsbereich und dann in den Nahfeldbereich zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei, wenn bestimmt wird, dass der Rendering-Modus im Kopf ist, das Verarbeiten des Tonprogramms Folgendes umfasst: Zuführen eines Hochfrequenzanteils des Tonprogramms zu einem ersten Pegelsteller und einem zweiten Pegelsteller, die beide auf den Ort reagieren, wobei der erste Pegelsteller und der zweite Pegelsteller von einem linken Ohrort zu einem rechten Ohrort zueinander komplementär sind und durch einen zentralen Ohrort verlaufen; und Kombinieren einer Ausgabe des ersten Pegelstellers mit einem Niederfrequenzanteil des Tonprogramms, um ein erstes Signal im Kopf zum Ansteuern eines ersten Ohrstücks zu erzeugen, und Kombinieren einer Ausgabe des zweiten Pegelstellers mit dem Niederfrequenzanteil des Tonprogramms, um ein zweites Signal im Kopf zum Ansteuern eines zweiten Ohrstücks zu erzeugen.