TWI465122B - 自帶狀脈衝響應資料測定反向濾波器之方法 - Google Patents

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Description

自帶狀脈衝響應資料測定反向濾波器之方法
本發明相關於用於測定反向濾波器之方法及系統,該反向濾波器用於變更工作中之擴音器的頻率響應,以將已反向濾波之擴音器的輸出與目標頻率響應匹配。在典型實施例中,本發明係用於自已量測之臨界帶狀資料測定此種反向濾波器的方法,該資料代表該擴音器在許多臨界頻率帶各者中的脈衝響應。
在此說明書全文中,包括在申請專利範圍中,該陳述(一或多個音訊訊號群組之全頻率範圍的)「臨界頻率帶」意指依據知覺刺激考量所測定之全頻率範圍的頻率帶。典型地,將可聽頻率範圍分割的臨界頻率帶具有隨跨越該可聽頻率範圍之頻率增加的寬度。
在此說明書全文中,包括在申請專利範圍中,該陳述「臨界帶狀」資料(代表具有全頻率範圍的音訊)暗示該全頻率範圍包括臨界頻率帶(例如,將其分割為臨界頻率帶),並意指該資料包含次群組,該等次群組各者係由代表在該等臨界頻率帶之不同一者中的音訊內容之資料所組成。
在此說明書全文中,包括在申請專利範圍中,該陳述在訊號或資訊「上」實施作業(例如,濾波或轉換)係以廣泛的方式使用,以代表直接在該等訊號或資料上,或在該等訊號或資料的已處理版本上(例如,該作業實施於其上之前,在已受初步濾波的該等訊號版本上)實施作業。
在此說明書全文中,包括在申請專利範圍中,該陳述「系統」係以廣泛的方式使用,以代表裝置、系統、或次系統。例如,可能將測定反向濾波器的次系統指稱為反向濾波器系統,並也可能將包括此種次系統的系統(例如,包括擴音器及用於將該反向濾波器施用在該擴音器之訊號路徑中的機構,以及測定該反向濾波器的次系統的系統)指稱為反向濾波器系統。
在此說明書全文中,包括在申請專利範圍中,該陳述藉由擴音器「再生」訊號代表導致該等擴音器產生回應於該等訊號的聲音,包括藉由實施任何所需之放大及/或該等訊號的其他處理。
實施反向濾波,藉由取消或降低電聲系統中的不完美,以改善擴音器(或擴音器群組)輸出之聆聽者的聆聽效果。藉由在擴音器的訊號路徑中引入反向濾波器,可能得到幾乎平坦(或具有其他期望或「目標」形狀)的頻率響應及線性(或具有其他期望特徵)的相位響應。反向濾波器可消除銳利的傳感器諧振及頻率響應中的其他不規則。也可改善暫態及空間定位性。在習知技術中,已將圖示或參數等化器用於校正擴音器聲音輸出的振幅,而將彼等自身的相位特徵導入至先前存在之擴音器相位特徵的頂部。更多新近方法實作慮及更精細的頻率解析度以及相位響應二者之校正的反卷積或反向濾波。反向濾波法通常使用諸如平滑化及正則化之技術,以減少將該反向濾波器應用至該聲音系統所導致的不需要或非預期之副作用。
典型的擴音器脈衝響應在最大值及最小值(銳利的頂峰及凹陷)之間具有巨大的差。若該擴音器響應係於空間中的單點量測,所產生的反向濾波器僅將該一點的響應變平。然後,該脈衝響應量測中的雜訊或些許不精確性可能在已完全反向濾波之系統中導致嚴重扭曲。為避免此情形,採用多重空間量測。在最佳化該等反向濾波器之前將此等量測平均導致空間平均響應。
關鍵在於適度地施用反向濾波,使得不將擴音器驅動至彼等之線性作業範圍的外側。將所施加之校正量的整體限制視為係總體正則化。
為避免誇張或狹隘的補償,可能在該等計算中使用頻率相依正則化,或另外實施該等計算期間所產生之值的頻率相依加權(例如,以避免補償不期望進行補償的深缺口)。例如,於2007/5/8公佈的美國專利編號第7215787號描述用於設計針對擴音器之數位音訊預補償的方法。將該濾波器設計成用頻率相依加權施加預補償。該參考文件建議該加權可將施加在擴音器的頻率響應之量測及模型化受較大誤差影響的頻率區域中的預補償降低,或可受將施加在聽者之耳朵較不敏感的頻率區域中之該預補償減少的知覺加權。
在本發明之前,仍無人知曉如何在反向濾波器測定期間有效地實作臨界帶平滑。例如,無人知曉如何實作用於針對擴音器測定反向濾波器的方法,其中在該反向濾波器測定的分析階段期間,在該擴音器之已量測脈衝響應上實施臨界帶平滑,且此種臨界帶平滑的反向係在該反向濾波器測定的合成階段期間於帶狀濾波器值上實施,以產生測定該反向濾波器的反向濾波值。
在本發明之前,也無人知曉如何有效地實施反向濾波器測定,包括藉由施加特徵濾波器理論(例如,包括藉由將阻帶及通帶誤差表示為雷利商數),或藉由解線性方程式系統將均方誤差運算式最小化。
在一類實施例中,本發明係測定反向濾波器的知覺刺激法,該反向濾波器用於改變工作中之擴音器的頻率響應,以使該擴音器(具有施用在該擴音器之訊號路徑中的該反向濾波器)的反向濾波輸出與目標頻率響應匹配。在較佳實施例中,該反向濾波器係有限脈衝響應(「FIR」)濾波器。或者,係另一型濾波器(例如,IIR濾波器或實作有類比電路的濾波器)。選擇性地,該方法也包括將該反向濾波器施用在該擴音器之訊號路徑中的步驟(例如,將輸入反向濾波至該擴音器)。目標頻率響應可能係平坦的或可能具有特定之其他預定形狀。在部分實施例中,該反向濾波器校正該擴音器之輸出的振幅。在其他實施例中,該反向濾波器校正該擴音器之輸出的振幅及相位二者。
在較佳實施例中,用於針對擴音器測定反向濾波器之本發明方法包括在許多不同空間位置各處量測該擴音器的脈衝響應、時間對準並平均該等已量測脈衝響應以測定平均脈衝響應、以及使用臨界頻率帶平滑化以從該平均脈衝響應及目標頻率響應測定該反向濾波器之步驟。例如,可能將臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應並在該反向濾波器的測定期間也選擇性地施用至該目標頻率響應,或可能施用其以測定該目標頻率響應。該脈衝響應在多空間位置的量測可保證該擴音器的頻率響應係針對各種聆聽位置測定。在部分實施例中,該量測脈衝響應的時間對準係使用實際倒頻譜及最小相位再建構技術實施。
在部分實施例中,將該平均脈衝響應經由離散傅立葉轉換(DFT)或其他時域-至-頻域轉換轉換至頻域。所產生的頻率成份代表該已量測平均脈衝響應。此等頻率成份,在k個轉換箱各者中(其中,k典型係256或512),係以較小數量之b個(例如,b=20帶或b=40帶)臨界頻率帶組合入頻域資料中。平均脈衝響應資料至臨界帶狀資料的帶化應模仿人類聽覺系統的頻率解析。該帶化典型地係藉由施加適當的臨界帶化濾波器至其(典型地,對各臨界頻率帶施加不同的濾波器)以加權該等轉換頻率箱中的頻率成份並藉由針對各帶加總已加權資料以針對各臨界頻率帶產生頻率成份而實施。典型地,此等濾波器呈現近似圓通化指數形狀並均勻地間隔在等效矩形頻寬(ERB)分頻上。該等臨界頻率帶之頻率中的間隔及重疊提供與人類聽覺系統能力相應之已量測脈衝響應的正則化程度。該等臨界帶狀濾波器的應用係臨界帶平滑化的範例(該等臨界帶狀濾波器典型地將在知覺上不相關之該脈衝響應中的不規則消除,使得已測定反向濾波器不必消耗資源校正此等細節)。
或者,以其他方式將該平均脈衝響應資料平滑化以移除在知覺上不相關的頻率細節。例如,可能將耳朵對其相對較不敏感的臨界頻率帶中之該平均脈衝響應的頻率成份平滑化,並可能不將耳朵對其相對較敏感的臨界頻率帶中之該平均脈衝響應的頻率成份平滑化。
在其他實施例中,將臨界帶狀濾波器施用至目標頻率響應(以消除其在知覺上不相關的不規則)或以其他方式將目標頻率響應平滑化(例如,受臨界帶平滑處理),以移除在知覺上不相關的頻率細節,或使用臨界帶平滑測定該目標頻率響應。
用於測定該反向濾波器的值係從頻率窗(例如,臨界頻率帶)中的該目標響應及平均脈衝響應(例如,從其之已平滑版本)測定。當用於測定該反向濾波器的值(在該反向濾波器測定的分析階段期間)係自臨界頻率帶中的該平均脈衝響應(其已受臨界帶平滑)及目標響應測定時,(在該反向濾波器測定的分析階段期間)此等值受該臨界帶平滑的反向處理,以產生測定該反向濾波器的反向濾波值。典型地,具有b個值(一個b對應一個臨界頻率帶),並將上述臨界帶化濾波器之反向施加至該等b個值,以產生k個反向濾波值(其中k大於b),一個k對應一個頻率箱。在部分情形中,該等反向濾波值係該反向濾波器。在其他情形中,該等反向濾波值受後續處理(例如,局部及/或總體正則化)以決定測定該反向濾波器的已處理值。
也典型地測定該擴音器之頻率響應的低頻截止(典型地,-3dB點)(典型地從該臨界帶分組之後的臨界帶化脈衝響應資料測定)。測定用於測定該反向濾波器的此截止係有用的,使得該反向濾波器不會試圖過度補償低於該截止的頻率並將該擴音器驅動入非線性中。
將臨界帶化脈衝響應資料用於發現實現期望目標響應的反向濾波器。該目標響應可能係意謂其係均勻頻率響應之「平坦的」,或可能具有其他特徵,諸如在高頻處輕微滾邊。該目標響應可能依據該擴音器參數及以使用情形而改變。
典型地,將該反向濾波器的低頻截止及目標響應調整成與該擴音器之已量測響應的先前測定低頻截止匹配。同樣的,可能在該反向濾波器之各種臨界帶上實施其他局部正則化,以補償頻譜成份。
為在使用該反向濾波器時維持相同的響度,該反向濾波器對其頻譜代表常見聲音之參考訊號(例如,粉紅雜訊)正規化為佳。將該反向濾波器的總體增益調整成使得對施加至該參考訊號的該原始脈衝響應所施加之該反向濾波器的加權rms量測(例如,已為人所熟知之加權冪次參數LeqC)與施加至該參考訊號之該原始脈衝響應的相同加權rms量測相等。此正規化保證當將該反向濾波器施用至多數音訊訊號時,該音訊的感知響度不偏移。
同樣典型地,將該總體最大增益限制為預定量,或為其所限制。將此總體正則化用於保證絕不在任何頻帶中過度驅動該擴音器。
選擇性地,將頻率-至-時域轉換(例如,施用至該平均脈衝響應之該轉換的反向,以產生頻域平均脈衝響應資料)施用至該反向濾波器,以得到時域反向濾波器。當沒有頻域處理在該反向濾波器的實際應用中發生時,此係有用的。
在其他實施例中,該等反向濾波器係數係直接在時域中計算。然而,該等設計目標係依據將誤差運算式(例如,均方誤差運算式)最小化之目的在頻域中公式化。最初,實施在多重位置量測該擴音器之脈衝響應,並時間準及平均該等量測脈衝響應的步驟(例如,以與本文所描述的該等反向濾波器係數係藉由頻域計算測定之實施例相同的方式實施)。將該平均脈衝響應選擇性地窗化及平滑化,以移除非必要的頻率細節(例如,該平均脈衝響應的帶通濾波版本係在不同頻率窗中測定並選擇性地平滑化,使得該等已平滑化、帶通濾波版本測定該平均脈衝響應的平滑版本)。例如,該平均脈衝響應可能在耳朵較不敏感的臨界頻率帶中平滑化,但不在耳朵較敏感的臨界頻率帶中平滑化(或受較少的平滑化)。同樣選擇性地,將目標響應窗化及平滑化以移除非必要的頻率細節,及/或將用於測定該反向濾波器的值在窗中測定並平滑化以移除非必要的頻率細節。為將該目標響應及該平均(及選擇性地平滑化)脈衝響應之間的誤差(例如,均方誤差)最小化,本發明方法的典型實施例使用二演算法中的任一者。第一演算法實作特徵濾波器設計理論且另一者藉由解線性方程式系統而將均方誤差運算式最小化。
該第一演算法施用特徵濾波器理論(例如,包括藉由將阻帶及通帶誤差表示為雷利商數)以測定該反向濾波器,包括藉由實作特徵濾波器理論以將測定自該擴音器之該目標響應及已量測平均脈衝響應的誤差函數公式化及最小化。例如,該反向濾波器的係數g(n)可藉由將總誤差的運算式最小化(藉由測定矩陣P的最小特徵值)而測定,該總誤差的運算式具有以下形式:
其中該矩陣P係包括該通帶及該阻帶限制之合成系統矩陣、該矩陣g測定該反向濾波器、且α相對於通帶誤差εp 將阻帶誤差εs 加權。
該第二演算法使用封閉式運算式以測定該反向濾波器之全範圍的頻率段(例如,等寬頻率帶、或臨界頻率帶)為佳。例如,將封閉式運算式用於總誤差函數中的加權函數W(ω)及零相位函數PR (ω),,將其最小化以測定該反向濾波器的係數g(n),其中該目標頻率響應係P (e j ω )=P R (ω)、gd 係所期望之群組延遲、頻率係數H(e )測定該平均脈衝響應h(n)的傅立葉轉換、且頻率係數G(e )測定該反向濾波器的傅立葉轉換、且該誤差函數滿足,其中將該擴音器的全頻率範圍分割為k個範圍(各者從低頻ωl 至高頻ωu )且各範圍的誤差函數係
在時域中測定反向濾波器之本發明方法的實施例至少實作部分下列特性:在被最小化以測定該反向濾波器的誤差運算式中具有可調整的群組延遲;可將該反向濾波器設計成使得該擴音器之反向濾波響應具有線性或最小相位之任一者。當線性相位補償可能針對暫態訊號導致顯著的預振鈴時,在部分情形中,可能期望線性相位行為以產生期望之立體聲影像;施用正則化。可施用總體正則化以穩定計算及/或將該反向濾波器中的大增益降低。也可施用頻率相關正則化以降低任意頻率範圍中的增益;以及可將用於測定該反向濾波器的該方法實作為實施任意頻率範圍的全通處理(使得該反向濾波器僅對經選擇之頻率範圍實作相位等化)或任意頻率範圍之透通處理(使得該反向濾波器不等化經選擇頻率範圍的振幅也不等化其相位)之任一者。
在時域中測定反向濾波器之本發明方法的部分實施例,以及在頻域中測定反向濾波器之部分實施例實作下列全部或部分特性:實作(該已量測平均脈衝響應的)臨界頻率帶平滑化,以得到行為良好的濾波器響應。例如,臨界帶濾波器可將在知覺上不相關之該已量測平均脈衝響應中的不規則性消除,使得該已測定反向濾波器不消耗資源校正此等細節。此可容許該反向濾波器不呈現巨大的頂峰及凹陷而有助於僅在耳朵對其敏感處選擇性地校正該擴音器的頻率響應;在逐個臨界頻率帶之基礎上實施正則化(而不係在逐箱轉移的基礎上);以及實作等響度補償(例如,調整該反向濾波器的整體增益,使得對施加至參考訊號之該原始脈衝響應所施用的該反向濾波器之加權rms量測與施加至該參考訊號之該原始脈衝響應的該相同加權rms量測相等)。此等響度補償係當該反向濾波器施用至多數音訊訊號時,可確保該音訊之感知響度不偏移的一種正規化。
在典型實施例中,用於測定反向濾波器之本發明系統係或包括以軟體(韌體)程式化及/或另外組態以實施本發明方法之實施例的通用或專用處理器。在部分實施例中,本發明系統係通用處理器,耦合成接收代表擴音器之目標響應及已量測脈衝響應的輸入資料,並(使用適當軟體)程式化成藉由實施本發明方法之實施例以產生代表回應於該輸入資料之該反向濾波器的輸出資料。
本發明之實施樣態包括組態(例如,程式化)成實施本發明方法之任何實施例的系統,以及儲存用於實作本發明方法的任何實施例之程式碼的電腦可讀媒體。
本發明之許多實施例在技術上係可能的。明顯的,熟悉本發明之人士將從本說明書知道如何實作彼等。將參考圖1-9以描述本發明系統、方法、及媒體的實施例。
圖1係根據本發明之用於測定反向濾波器的系統之實施例的示意圖。圖1的系統包括電腦2及4、音效卡5(藉由資料纜線10耦合至電腦4)、音效卡3(藉由資料纜線16耦合至電腦2)、耦合在音效卡5之輸出及音效卡3的輸入之間的音訊纜線12及14、微音器6、前置放大器(前置放大器)7、音訊纜線18(耦合於微音器6及前置放大器7的輸入之間)、以及音訊纜線19(耦合於前置放大器7之輸出及音效卡5的輸入之間)。在典型實施例中,可將該系統操作成在相對於擴音器的許多不同空間位置各者量測該擴音器(例如,圖1之電腦2的擴音器11)的脈衝響應,並測定用於該擴音器的反向濾波器。茲參考至圖1,在典型實作中,該量測係藉由將音訊訊號(例如,脈衝訊號、或更典型地,正弦掃描或偽隨機雜訊訊號)作用至該擴音器並在各位置如下文所述地量測該擴音器的響應而完成。
使用定位在相對於擴音器11之第一位置的微音器6,電腦4產生代表該音訊訊號的資料並經由纜線10將該資料作用至音效卡5。音效卡5將在音訊纜線12及14之上的音訊訊號作用至音效卡3。音效卡3經由資料纜線16將代表該音訊訊號的資料作用至電腦2以作為回應。電腦2導致擴音器11再生該音訊訊號以作為回應。微音器6量測由擴音器11所發出之作為回應的聲音(亦即,微音器6量測擴音器11在第一位置的脈衝響應)並將微音器6的放大音訊輸出從前置放大器7作用至卡5。作為回應,音效卡5在該已放大音訊上實施類比至數位轉換,以產生代表擴音器11在第一位置之脈衝響應的脈衝響應資料,並將該資料作用至電腦4。
然後使用重定位在相對於擴音器11之不同位置的微音器6以實施描述於前段中的該等步驟,以產生代表擴音器11在該新位置之脈衝響應的脈衝響應資料之新群組,並將該脈衝響應之新群組從音效卡5作用至電腦4。典型地,將所有此等步驟重覆實施數次,每次將代表擴音器11在相關於擴音器11之不同位置的脈衝響應之不同脈衝響應資料群組作用至電腦4。
圖2係該相同擴音器之數個已量測脈衝響應各者的頻率響應圖(亦即,各圖形化頻率響應係該等已量測,時域脈衝響應之一者的頻域呈現),各者係在相對於該擴音器的不同空間位置使用由相同脈衝驅動之該擴音器所量測。
電腦4時間對準並平均已量測脈衝響應的所有群組,以產生代表擴音器11之平均脈衝響應的資料(平均於該微音器的所有位置之上的擴音器11之脈衝響應),且使用此平均脈衝響應資料以實施本發明方法的實施例,以測定用於改變擴音器11之頻率響應的反向濾波器。或者,該平均脈衝響應資料係由電腦4以外的係或裝置使用,以測定該反向濾波器。
圖2(及圖3)的曲線20係擴音器11之平均脈衝響應的頻率響應(由電腦4測定)之圖,在該微音器的所有位置上平均(亦即,平均頻率響應20係擴音器11之時域平均脈衝響應的頻域呈現)。
圖1之電腦4及其他元件可實作各種脈衝響應量測技術之任何一者(例如,MLS校正分析、時域延遲頻譜法、線性/對數正弦掃描、雙FFT技術、以及其他習知技術),以產生該已量測脈衝響應資料,並產生回應於該已量測脈衝響應資料的該平均脈衝響應資料。
該反向濾波器測定成使得將該反向濾波器施用在該擴音器11的訊號路徑中時,該擴音器的反向濾波輸出具有目標頻率響應。目標頻率響應可能係平坦的或可能具有特定預定形狀。在部分實施例中,該反向濾波器校正擴音器11之輸出的振幅。在其他實施例中,該反向濾波器校正擴音器11之輸出的振幅及相位二者。
在一類實施例中,將電腦4程式化並另外組態成在該已平均脈衝響應資料上實施時域-至-頻域轉換(例如,離散傅立葉轉換)以產生頻率成份,在k個轉換箱各者中(其中k典型地為512或256),其代表該已量測平均脈衝響應。電腦4組合此等頻率成份以產生臨界帶狀資料。該臨界帶狀資料係代表在b個臨界頻率帶各者中之平均脈衝響應的頻域資料,其中b係比k小的數(例如,b=20頻帶或b=40頻帶)。將電腦4程式化並另外組態成實施本發明方法的實施例,以(在頻域中)測定回應於頻域資料之該反向濾波器,該頻域資料代表該目標頻率響應(「目標響應資料」)及該臨界帶狀資料。
在其他類實施例中,將電腦4程式化並另外組態成實施本發明方法的實施例,以(在時域中)測定回應於時域資料的該反向濾波器而無須在該平均脈衝響應資料上明顯地實施時域-至-頻域轉換,該時域資料代表該目標頻率響應(時域「目標響應資料」)及該平均脈衝響應資料。在此類的部分實施例中,電腦4產生回應於該平均脈衝響應資料(例如,藉由適當地濾波該平均脈衝響應資料)的臨界帶狀資料,並測定回應於該目標響應資料及該臨界帶狀資料的該反向濾波器。在此本文中,該臨界帶狀資料係代表許多臨界頻率帶(例如,20或40個臨界頻率帶)各者中的該平均脈衝響應之時域資料。
電腦4典型地從頻率窗(例如,臨界頻率帶)中的該目標響應及平均脈衝響應(例如,從其之已平滑版本)測定用於測定該反向濾波器的值。例如,當(在該反向濾波器測定的分析階段期間)用於測定該反向濾波器的b個值(一個值對應b個臨界頻率帶之一者)已從該平均脈衝響應資料(其已受臨界帶平滑化)及該目標響應測定時,(在該反向濾波器測定的分析階段期間)電腦4在此等值上實施該臨界帶平滑化的反向處理,以產生測定該反向濾波器的反向濾波值。在此範例中,將上述臨界帶化濾波器的反向處理施用至該等b個值,以產生k個反向濾波值(其中k大於b),一者對應於k個頻率箱之一者。在部分情形中,該等反向濾波值係該反向濾波器。在其他情形中,該等反向濾波值受後續處理(例如,局部及/或總體正則化)以決定測定該反向濾波器的已處理值。
在此類的其他實施例中,電腦4不產生回應於該平均脈衝響應資料的臨界帶狀資料,但測定回應於該目標響應資料及該平均脈衝響應資料的該反向濾波器(例如,藉由實施下文描述之該等時域法之一者)。
在測定該反向濾波器之後,電腦4將代表該反向濾波器的資料(例如,反向濾波器係數)儲存在記憶體(例如,圖1之USB快閃驅動器8)中。該反向濾波器資料可由電腦2讀取(例如,電腦2從驅動器8讀取該反向濾波器資料),並由電腦2(或耦合至其的音效卡)使用以將該反向濾波器施用在擴音器11的訊號路徑中。或者,該反向濾波器資料可另外從電腦4轉移至電腦2(或耦合至電腦2的音效卡),且電腦2(及/或耦合至其的音效卡)將該反向濾波器施用在擴音器11的訊號路徑中。
例如,該反向濾波器可包括在由電腦4所儲存的驅動軟體中(例如,在記憶體8中)。該驅動軟體作用於電腦2(例如,藉由電腦從記憶體8讀取),以規畫電腦2的音效卡或其他次系統,以將該反向濾波器施用至待由擴音器11再生之音訊資料。在擴音器11(或待將依據本發明測定之反向濾波器施用至其的其他擴音器)之典型訊號路徑中,將待由該擴音器再生之該音訊資料(藉由該反向濾波器)反向濾波並受其他數位訊號處理,然後在數位至類比轉換器(DAC)中受數位-至-類比轉換。該擴音器發出回應於該DAC之類比音訊輸出的聲音。
典型地,圖1之電腦2係筆記型電腦或膝上型電腦。或者,該反向濾波器係(依據本發明)針對其測定的該擴音器係包括在電視機或其他消費型裝置,或特定之其他裝置或系統中(例如,其係家庭劇院或立體聲系統的元件,其中A/V接收器或其他元件將該反向濾波器施用在該擴音器的訊號路徑中)。產生該反向濾波器測定時所使用之平均脈衝響應資料的相同電腦不必執行測定回應於該平均脈衝響應資料之該反向濾波器的該軟體。可能使用不同電腦(或其他裝置或系統)以實施此等功能。
本發明的典型實施例針對待包括在製造商或零售商之產品(例如,平板電視,或膝上型或筆記型電腦)中的擴音器,測定反向濾波器(例如,測定反向濾波器的係數群組)。設想該製造商或零售商以外的實體可能量測該擴音器的脈衝響應並測定該反向濾波器,然後將該反向濾波器提供給會將該反向濾波器建入用於該產品中的擴音器之驅動器中(或另外組態該產品,使得該反向濾波器施用在該擴音器的訊號路徑中)的該製造商或零售商。或者,本發明方法係在產品使用者(例如,消費者)的控制下實施在適當地預程式化及/或預組態之消費性產品中(例如,A/V接收器),包括藉由產生該脈衝響應量測、測定該反向濾波器、並將其施用在該相關擴音器的訊號路徑中。
在該平均脈衝響應資料帶化為臨界帶狀資料的實施例中,該帶化模仿人類聽覺系統的頻率解析度為佳。在(圖1之)電腦4在代表已量測平均脈衝響應之k個轉換箱各者中(其中k典型地係512或256),在平均脈衝響應資料上實施時域-至-頻域轉換以產生頻率成份、組合此等頻率成份以產生臨界帶狀資料、並使用該臨界帶狀資料以(在頻域中)測定反向濾波器之上述實施例的特定實作中,該帶化實施如下。電腦4藉由施加適當的濾波器至其(典型地,針對各臨界頻率帶施用不同的濾波器)而將該等轉換頻率箱中的該等頻率成份加權,並藉由加總該頻帶的已加權資料以針對該等臨界頻率帶各者產生頻率成份。
典型地,針對各臨界頻率帶施用不同濾波器,且此等濾波器呈現近似圓通化指數形狀並均勻地間隔在該等效矩形頻寬(ERB)分頻上。該ERB分頻係使用在近似聽覺濾波器之頻寬及間隔的心理聲學中的量測。圖7描畫具有一ERB間隔之合適的濾波器群組,導致總共40(b)個臨界頻率帶,用於應用至1024(k)個頻率箱各者中的頻率成份。
該等臨界頻率帶之頻率中的間隔及重疊提供與人類聽覺系統能力相應之已量測脈衝響應的正則化程度。該等臨界帶狀濾波器典型地消除在知覺上不相關之該等脈衝響應的不規則性,使得該最終校正濾波器不必消耗資源校正此等細節。或者,該平均脈衝響應(也選擇性地連同該等產生之反向濾波器)係以其他方式平滑化,以移除在知覺上不相關的頻率細節。例如,可能將耳朵對其相對較不敏感的臨界頻率帶中之該平均脈衝響應的頻率成份平滑化,並可能不將耳朵對其相對較敏感的臨界頻率帶中之該平均脈衝響應的頻率成份平滑化。
圖3之曲線21係從測定圖2之曲線20(曲線20也顯示在圖3中)的該等頻率成份之臨界帶平滑化所產生之擴音器11的已平滑頻率響應(圖3的曲線20之平滑版本,其係擴音器11之平均脈衝響應的頻域呈現)的圖。曲線21係藉由曲線20測定之已平滑平均脈衝響應的頻域呈現,產生自測定曲線20的該等頻率成份之臨界帶平滑化。
電腦4(在該臨界帶狀濾波之後)典型地也從該臨界帶狀資料測定擴音器11之頻率響應的低頻截止(典型地,-3dB點)。測定用於測定該反向濾波器的此截止係有用的,使得該反向濾波器不會試圖過度補償低於該截止的頻率並將該擴音器驅動入非線性中。
典型地,將該反向濾波器的低頻截止及目標響應調整成與該擴音器之已量測響應的先前測定低頻截止匹配。同樣的,可能在該反向濾波器之各種臨界帶上實施其他局部正則化,以補償頻譜成份。
為在使用該反向濾波器時維持相同的響度,該反向濾波器對其頻譜代表常見聲音之參考訊號(例如,粉紅雜訊)正規化為佳。將該反向濾波器的總體增益調整成使得對施加至該參考訊號的該原始脈衝響應所施加之該反向濾波器的加權rms量測(例如,已為人所熟知之加權冪次參數LeqC)與施加至該參考訊號之該原始脈衝響應的相同加權rms量測相等。此正規化保證當將該反向濾波器施用至多數音訊訊號時,該音訊的感知響度不偏移。
同樣典型地,將該反向濾波器施加的該總體增益限制為預定量,或為其所限制。將此總體正則化用於保證絕不在任何頻帶中過度驅動該擴音器。例如,圖4係反向濾波器22的圖,其從呈現此種總體正則化之圖3的已平滑頻率響應21測定。曲線21也顯示在圖4中。反向濾波器22係具有+6dB最大增益限制之響應21的反向。反向濾波器22係使用與響應21所指示的低頻截止匹配之該目標響應的低頻截止測定。圖5係已反向濾波、平滑頻率響應23的圖,其產生自將(圖4之)反向濾波器22應用在具有圖3及4所示之頻率響應21之擴音器的訊號路徑中。曲線21也顯示在圖5中。
圖6係擴音器11之已反向濾波頻率響應25的圖,係藉由將(圖4之)反向濾波器22施用在擴音器11的訊號路徑中而得到。(茲參考圖2於上文描述之)擴音器11的平均脈衝響應20也顯示於圖6中。
選擇性地,本發明方法包含將時域-至-頻域轉換(例如,在本發明之部分實施例中,將該轉換的反向施用至該平均脈衝響應以產生頻域平均脈衝響應資料)施用至(其頻率係數已在頻域中測定之)反向濾波器以得到時域反向濾波器的步驟。當該反向濾波器的實際應用中沒有頻域處理待發生時,此係有用的。
在第二類實施例中,該等反向濾波器係數係直接在時域中計算。然而,該等設計目標係依據將誤差運算式(例如,均方誤差運算式)最小化之目的在頻域中公式化。最初,實施在多重位置量測該擴音器之脈衝響應,並時間準及平均該等量測脈衝響應的步驟(例如,以與該等反向濾波器係數係藉由頻域計算測定之實施例相同的方式實施)。將該平均脈衝響應選擇性地窗化及平滑化,以移除非必要的頻率細節(例如,該平均脈衝響應的帶通濾波版本係在不同頻率窗中測定並選擇性地平滑化,使得該等已平滑化、帶通濾波版本測定該平均脈衝響應的平滑版本)。例如,該平均脈衝響應可能在耳朵較不敏感的臨界頻率帶中平滑化,但不在耳朵較敏感的臨界頻率帶中平滑化(或受較少的平滑化)。同樣選擇性地,將目標響應窗化及平滑化以移除非必要的頻率細節,及/或將用於測定該反向濾波器的值在窗中測定並平滑化以移除非必要的頻率細節。為將該目標響應及該平均(及選擇性地平滑化)脈衝響應之間的誤差(例如,均方誤差)最小化,本發明方法的典型實施例使用二演算法中的任一者。第一演算法實作特徵濾波器設計理論且另一者藉由解線性方程式系統而將均方誤差運算式最小化。
茲參考圖8,第二類的典型實施例(在時域中)測定有限脈衝響應(FIR)反向濾波器的係數g(n),在本文中有時指稱為g,其中0n<L。更具體地說,當將此等實施例施用至具有係數h(n)之該擴音器的平均(已量測)脈衝響應(在圖8中指稱為「頻道脈衝響應」)時,其中0n<M,彼等測定產生具有係數y(n),其中0n<N,之組合脈衝響應的反向濾波器係數g(n),其中該組合脈衝響應與目標脈衝響應匹配。為最小化(該目標響應及平均量測脈衝響應之間的)均方誤差,使用二演算法之任一者為佳。第一演算法實作特徵濾波器設計理論且另一者藉由解線性方程式系統將該均方誤差運算式最小化。
從最小均方誤差(MMSE)的角度,該第一演算法將特徵濾波器理論適用在發現最佳反向濾波器的問題上。特徵濾波器理論使用雷利原理,其陳述針對公式化為雷利商數的方程式,該系統矩陣的最小特徵值也將係該方程式的整體最小值。然後對應於該最小特徵值的該特徵向量將係該方程式的最佳解。此方式對測定反向濾波器有理論上的吸引力,然而難處在於發現該「最小」特徵向量,其對大型方程式系統並非明顯的工作。
從阻帶誤差εs 及通帶誤差εp 的角度,將該目標響應及平均(量測)脈衝響應之間的總誤差表示為:
ε t =(1-α )ε p +αε s
其中α係將該阻帶誤差εs 對該通帶誤差εp 加權的因子。將該擴音器的全頻率範圍分割為阻帶及通帶(典型地,二阻帶、及在頻率ωs1 及ωu1 之間的一通帶),且該加權因子α可能以許多不同之合適方式的任一方式選擇。例如,該阻帶可能係在該擴音器之頻率響應的低頻截止以下及高頻截止以上的頻率範圍。
該阻帶誤差εs 及該通帶誤差εp 界定如下:
以及
其中P (e j ω )=係該目標頻率響應,gd 係該群組延遲,且Y(e )係以該平均(量測)脈衝響應卷積之該反向濾波器的傅立葉轉換。在此情形中,該通帶中的增益始終為1,且該目標響應僅係狄拉克δ函數δ(n-gd )的傅立葉轉換。該組合脈衝響應係數y(n)滿足:
該反向濾波器g(n)的長度為L且該平均(量測)脈衝響應h(n)的長度係M。所產生的脈衝響應y(n)之長度因此為N=M+L-1。也可能將上文的該卷積寫為如下之矩陣-向量乘積
其中H係具有如下之元素之尺寸為N×L的矩陣
且g係長度為L之界定如下的向量
g =[g (0)g (1)g (2) …g (L -1)]T
其元素係該反向濾波器係數。
y(n)的傅立葉轉換係具有y =[y (0)y (1)y (2) …y (N -1)]Te (e j ω )=[1e - j ω e - j e - j ( N -1)ω ]T
代入方程式(4)中的方程式(3)提供
Y (e j ω )=y T e (e j ω )=[Hg ]T e (e j ω )=g T H T e (e j ω ) (方程式5)。
上文(用於阻帶誤差εs )之方程式1的被積分函數變成
|Y (e j ω )|2 =|g T H T e (e j ω )|2 =[g T H T e (e j ω )][g T H T e (e j ω )] =g T H T e (e j ω )e (e j ω )H * g *
所以可能將該阻帶誤差公式化為具有
ε s =g T P s g * (方程式6)。
H係實數值的,且Ls 的第(n,m)個元素係藉由,0n,m<N給定。
Ls 的所有元素係實數。此外,該等元素係藉由差|n-m|而完整地測定,因此該矩陣係特普立茲(Toeplitz)矩陣及對稱矩陣二者,亦即,Ls T =Ls 。為避免明顯解,將g上的單位常模限制加入為gT g* =1。因此,可能將阻帶誤差寫為
設若g係Ps 的特徵向量,表示在方程式8中的阻帶誤差實際上係Ps 之正則化特徵值的運算式。因為Ps 係對稱的且係實數(H依界定為實數),所有特徵值係實數,且因此該向量g亦為實數。表示為方程式8的該阻帶誤差係藉由所限定其中λmin 及λmax 分別係Ps 的最小及最大特徵值。因此,將表示如方程式(8)的該阻帶誤差(例如,如雷利商數)最小化等同於發現Ps 的最小特徵值及該對應特徵向量。
為以相同方式將該通帶誤差公式化如下,必須在期望頻率響應確切地匹配該Y(e )之頻率響應處引入參考頻率ω0
該通帶誤差在ω0 確實為零。方程式3代入此已修改通帶誤差運算式中提供
因此可將該通帶誤差寫為具有
再次,H係實數值的。將Lp 的第(n,m)個元件給定為
易於驗證此矩陣係實數值的、對稱的,但不係特普立茲的(亦即,對角線上的該等元素並不完全相同)。藉由再度加入該單位常模限制,可能將該通帶誤差寫為如下之雷利商數gT Pp g
其可能藉由發現Pp 之最小特徵值及對應特徵向量而再度最小化。
因此可能將該總誤差的運算式公式化為
可驗證P的特徵值係叢集於1-α、α、以及0之周圍。為得到該最佳反向濾波器g,必須找出對應於P之最小特徵值的該特徵向量。可能用於以執行此之方法的範例包括以下二方法:
(1)修改冪次法,其中該最大特徵值及該對應特徵向量係疊代地得到。藉由解方程式系統Px=b中的x(例如,使用高斯消去法),可能發現最小特徵向量,而非最大特徵向量。或者,藉由測定該運算式λmax I-P之最大特徵值,發現該最小特徵值,其中λmax 係矩陣P的最大特徵值且I係單位矩陣。然而,該修改冪次法需要發現矩陣之反矩陣,且替代方法具有收斂緩慢的缺點。針對典型系統矩陣P,最小特徵值將叢集於零之周圍,因此λmax I-P的特徵值將叢集於λmax 的周圍,且該修改冪次法僅若該最大特徵值係「離群值」時才快速收斂,亦即,λmax >>λmax-1 ;且
(2)共軛梯度(CG)法,用於找出矩陣的最小特徵值。該CG法係將其習知地實施以解方程式系統的疊代法。其可再公式化以找出矩陣之最大或最小特徵值以及對應的特徵向量。該CG法完成有用的結果,但也相當緩慢地收斂,雖然遠較上述之冪次法快速。該系統矩陣的預處理(例如,對角化)導致該CG法更快速收斂。
其次描述用於將擴音器之目標響應及該平均量測脈衝響應之間的該均方誤差最小化的第二演算法。相對於必須完整地收斂以得到有用結果之(在第一演算法中使用的)特徵法(因為「近似」「最小」特徵向量典型地不能使用為反向濾波器),在該第二演算法中,其中該誤差函數的再公式化使用於解方程式系統的該CG法可應用,近似解典型地僅疊代數次即迅速地找出。(使用在第一演算法之)該特徵法的另一缺點係該系統矩陣係赫密特(Hermitian)(對稱)矩陣,而通常不係特普立茲矩陣。此意謂著約有一半的矩陣元素必須儲存在記憶體中。若該矩陣也係特普立茲矩陣,僅第一列(或行)會描述該整體矩陣。此係針對該第二演算法的情形,其中該系統矩陣同時係赫密特矩陣及特普立茲矩陣。另外,赫密特-特普立茲矩陣及向量之間的乘積可藉由將該矩陣延伸成循環矩陣而經由該FFT而計算。此意謂著此種矩陣-向量乘積可藉由在傅立葉轉換域中的二向量的逐元素乘法而實施。然而,該CG法的收斂率可能係未如預期地低,除非預處理該方程式系統(如待描述之該PCG法)。
茲參考圖9,該第二演算法藉由最小化均方誤差(在時域中)測定有限脈衝響應(FIR)反向濾波器g的係數g(n),其中0n<L。更明確地說,當將此演算法施用至具有係數h(n)的該擴音器之平均(量測)脈衝響應(在圖9中指稱為「頻率脈衝響應」)時,其中,0n<M,其測定產生具有係數y(n),其中0n<M+L-1,之組合脈衝響應的反向濾波器係數g(n)。誤差訊號代表該組合脈衝響應係數及預定目標脈衝響應的係數p(n)之間的差。將藉由該誤差訊號測定的均方誤差最小化以測定該反向濾波器係數g(n)。
在該第二演算法中,均方誤差係藉由方程式系統的預處理而最小化,且因此在本文中有時將該演算法指稱為「PCG」法。在該PCG法中,將總誤差函數界定為
其中W(ω)係加權函數且該目標頻率響應為
其中gd 係期望群組延遲且PR (ω)係零相位函數。使用此誤差函數,該目標頻率函數將涵蓋PR (ω)0之阻帶情形以及具有任意頻率響應的通帶情形二者。
將該整體正頻率範圍分割(例如,分段)為複數個頻率範圍。此等範圍可係等寬度的或可取決於該目標響應之形狀及該擴音器的量測脈衝響應而以各種合適方法之任一者選擇。該等頻率範圍可係上文討論之該種臨界頻率帶。典型地,選擇小數量的頻率範圍(例如,六個頻率範圍)。例如,該等頻率範圍的最低者可能由低於該擴音器的頻率響應之低頻截止的阻帶頻率所組成(例如,若該擴音器之頻率響應的-3dB點係500Hz,則係低於400Hz的頻率),該等頻率範圍的次低者可能由在最高前導阻帶頻率及略高頻率之間的「過渡頻帶」頻率所組成(例如,若該擴音器之頻率響應的-3dB點係500Hz,則係在400Hz及500Hz之間的頻率)等。分割該全頻率範圍之頻率範圍的選擇對該目標響應之零相位特徵係由該全頻率範圍的PR (ω)值所明顯給定之實施例並非至關重要的。典型地,將PR (ω)給定為各頻率範圍內的初值及最終值,但也可能將實施例設想成在其中僅具有一頻率範圍及更複雜的函數(或離散值群組)描述PR (ω)以及W(ω)。因此該誤差函數係
其中使分割為k個範圍(各者從低頻ωl 至高頻ωu ),且各範圍的誤差函數係
為分析地解此等積分,可能在各頻率範圍中將簡單封閉式運算式用於W(ω)及PR (ω)二者。(用於W(ω)及PR (ω)各者之)合適的選擇係具有以下形式之正弦曲線函數為佳
或具有
之具有以下形式的線性函數
且Fu 及Fl 分別為在頻率ωu 及ωl 的預定邊界值。使用與之前相同的符號,將各誤差函數寫為
其中
c (ω)=[cos(ωg d ) cos(ω(1-g d )) cos(ω(2-g d )) … cos(ω(N -1-g d ))]T
因為H及g係實數,亦即,H* =H,g* =g,該誤差函數變成
ε(ω l u )=c +g T H T PHg-r T Hg
其中
係與g無關之常數運算式,
以及
同樣從該等負頻率成份加入此等作用,矩陣P的元素變成
且向量r的該等元素係
在方程式15及16中,參數n、及N=M+L-1與圖9中相同。
當代入函數W(ω)及PR (ω)之封閉式運算式中時,易於分析地解出積分方程式15及16。針對更複雜的函數W(ω)及PR (ω),或當將W(ω)及/或PR (ω)表示為(例如,來自圖之)數值資料時,方程式15及16使用數值方法解出為佳。
為最小化該總誤差,計算該誤差函數EMSE 的梯度,亦即:
E MSE =(H T PH+H T P T H)g-r T H= 2H T P Hg-r T H  (方程式系統17)
因為P係對稱的。須注意在方程式系統17中,P及r係來自所有頻率範圍之所有P及r作用的和。因此,針對該等頻率範圍各者解出積分方程式15及16(分析地解出為佳),且將該等解答加總以測定方程式系統17中的矩陣P及向量r。
將(如方程式系統17所表示的)該梯度設定為零,得到藉由解該線性方程式系統而將該誤差運算式最小化的向量g:
回想起將該向量g界定為g=[g(0) g(1) g(2) ... g(L-1)]T ,且其元素係該反向濾波器係數。
方程式系統(18)藉由使用該共軛梯度(CG)法解出為佳。該CG演算法原本係解方程式之赫密特(對稱)正定(所有特徵值均係嚴格的正值,亦即,λn >0)系統的疊代法。該系統矩陣Q =H T PH 的預處理顯著地改善該CG演算法的收斂性。該收斂性取決於矩陣Q的特徵值。在PR (ω)嚴格地針對(包括係該全頻率範圍之該過渡頻帶的各頻率範圍之)該等頻率範圍各者界定處,該系統矩陣Q的特徵值將叢集於W(ω)的不同值周圍,亦即,(只要W(ω)≠0)沒有特徵值叢集在會使該收斂緩慢之零的周圍。若特徵值的頻譜叢集於一的周圍(亦即,該系統矩陣近似於該單元矩陣),該收斂將會是快速的。因此,建構預處理矩陣A,使得
其中I係該單位矩陣且Q係系統矩陣Q =H T PH
解該預處理系統,以取代解方程式系統(18)
有鑒於於上述描述,明顯地熟悉本技術之人士將知道如何根據本發明實作適於測定並有效地解方程式系統19之合適的反向預處理矩陣A-1
當根據本發明實施反向濾波時:可將該反向濾波器設計成使得該擴音器之反向濾波響應具有線性或最小相位之任一者。可將用於該頻譜分解的複雜倒頻譜技術用於將上文界定之向量r分解為其最小相位及最大相位成份,隨後該最小相位成份在後續計算中置換r。或者,可將該群組延遲常數gd 設定為低值,以得到結果近似最小相位響應;將針對該等頻率範圍(從低頻ωl 之一者至高頻ωu 的對應一者)各者的目標響應PR (ω)選擇為此種範圍中的正弦曲線或線性(或具有封閉形式運算式之其他合適函數)為佳;易於施用正則化。可施用總體正則化(例如,在由該反向濾波器施用之該增益上的總體限制),以穩定計算及/或將該反向濾波器中的大增益降低。也可施用頻率相關正則化以對任意頻率範圍降低大增益。此可藉由針對特定頻率範圍將較大加權指定至矩陣P而實現(例如,增加方程式15中的W(ω)而對方程式16中的向量r保持W(ω)不變);以及可將用於測定該反向濾波器的方法實作為實施任意頻率範圍之全通處理(以僅對受選擇頻率範圍實施相位等化)或任意頻率範圍的透通處理(不等化經選擇頻率範圍的振幅也不等化其相位)之任一者。在透通模式的典型實作中,在針對特定頻率區域的計算中,將P(e )設定至該擴音器的平均脈衝響應,P(e )=H(e ),以取代設定至P(e )=PR (ω)。在全通模式的典型實作中,將該擴音器之平均脈衝響應的DFT樣本之絕對值用於置換該等計算中的PR (ω)。
在典型實施例中,用於測定反向濾波器之本發明系統係或包括以軟體(韌體)程式化及/或另外組態以實施本發明方法之實施例的通用或專用處理器。在部分實施例中,本發明系統係通用處理器,耦合成接收代表擴音器之目標響應及已量測脈衝響應的輸入資料,並(使用適當軟體)程式化成藉由實施本發明方法之實施例以產生代表回應於該輸入資料之該反向濾波器的輸出資料。
當本發明之特定實施例及本發明之應用已於本文中描述時,明顯的熟知本技術的人士無須脫離本文所描述及聲明之本發明的範圍而可能在本文描述之該等實施例及應用上有許多變化。應理解當已顯示及描述本發明之特定形式時,本發明不受所描述及顯示之該等特定實施例或所描述的特定方法所限制。
2、4...電腦
3、5...音效卡
6...微音器
7...前置放大器
8...USB快閃驅動器
10、16...資料纜線
11...擴音器
12、14、18、19...音訊纜線
20、21...曲線
22...反向濾波器
23...反向濾波、平滑頻率響應
25...反向濾波頻率響應
圖1係根據本發明之用於測定反向濾波器的系統之實施例的示意圖。
圖2係該相同擴音器之數個已量測脈衝響應各者的頻率響應圖(亦即,各圖形化頻率響應係該等已量測,時域脈衝響應之一者的頻域呈現),各者係在相對於該擴音器的不同空間位置使用由相同脈衝驅動之該擴音器所量測。
圖3係圖2之平均頻率響應20的圖,以及其係圖2之平均響應20的平滑版本之已平滑頻率響應21的圖,該平滑版本係導因於測定響應20之頻率成份的臨界帶狀平滑化。
圖4係從圖3的平滑頻率響應21(使用總體正則化)測定之反向濾波器22的圖(曲線21也顯示在圖4中)。反向濾波器22係具有+6dB最大增益限制之響應21的反向。
圖5係已反向濾波、平滑頻率響應23的圖,其導因於將(圖4之)反向濾波器22應用在具有圖3之已平滑頻率響應21的擴音器之訊號路徑中。曲線21也顯示在圖5中。
圖6係擴音器11之已反向濾波頻率響應25的圖,係藉由將(圖4之)反向濾波器22施用在擴音器11的訊號路徑中而得到。擴音器11的平均頻率響應20也顯示於圖5中。
圖7係使用在圖1的電腦4之實作中的濾波器的圖,以將k=1024個傅立葉轉換箱中的頻率成份群組為已濾波頻率成份之b=40個臨界頻率帶。
圖8係反向濾波器及在本發明方法之一類實施例中用於在時域中產生該反向濾波器之脈衝響應的圖。當將此等實施例施用至具有係數h(n)之擴音器的平均脈衝響應(在圖8中標示為「頻道脈衝響應」)時,其中0n<M,彼等測定有限脈衝響應(FIR)濾波器的時域係數g(n),在本文中有時指稱為g,其中0n<L,其產生具有係數y(n)的組合脈衝響應,其中0n<N,其中該組合脈衝響應與目標脈衝響應匹配。
圖9係反向濾波器及在藉由解線性方程式系統而將均方誤差運算式最小化的本發明方法之一類實施例中用於在時域中產生該反向濾波器之脈衝響應的圖。當將此等實施例施用至具有係數h(n)之擴音器的平均脈衝響應(在圖9中標示為「頻道脈衝響應」)時,其中0n<M,彼等測定有限脈衝響應(FIR)濾波器的係數g(n),在本文中有時指稱為g,其中0n<L,其產生具有係數y(n)的組合脈衝響應,其中0n<M+L-1。在此等實施例中,誤差運算式代表該組合脈衝響應係數及預定目標脈衝響應的係數p(n)之間的差。將藉由該誤差運算式而測定的均方誤差最小化以測定該反向濾波器係數g(n)。
2、4...電腦
3、5...音效卡
6...微音器
7...前置放大器
8...USB快閃驅動器
10、16...資料纜線
11...擴音器
12、14、18、19...音訊纜線

Claims (100)

  1. 一種用於測定一反向濾波器之方法,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,包括以下步驟:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用臨界頻率帶平滑化,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定該反向濾波器,其中測定該反向濾波器之該步驟包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化的一步驟,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法,其中在該反向濾波器的測定期間,將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法,其中將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應及該目標頻率響應。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法,其中施用該臨界頻率帶平滑化以測定該目標頻率響應。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法,其中用於測定該反向濾波器之b個值係自該目標頻率響應及該平均脈衝響應 測定,該等值之一者代表b個臨界頻率帶的一臨界頻率帶,其中b係一數字,並將該等b個值濾波以測定k個已濾波值,該等已濾波值測定該反向濾波器,其中k係大於b的一數字。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法,其中表示該平均脈衝響應的資料在臨界帶化濾波器中濾波,以測定該b個值,並將該等b個值在該等臨界帶化濾波器之反向濾波器中濾波,以測定該k個已濾波值。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法,也包括以下步驟:藉由將該反向濾波器施用在該擴音器之訊號路徑中,改變該擴音器的輸出。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法,也包括以下步驟:藉由將該反向濾波器施用在該擴音器之訊號路徑中,改變該擴音器的輸出,從而使該擴音器的反向濾波輸出與該目標頻率響應匹配。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括下列步驟:將一時域至頻域轉換施用至該平均脈衝響應,以測定頻率係數;臨界帶化該等頻率係數,以測定帶狀頻率係數;以及自該等帶狀頻率係數及該目標頻率響應測定該頻域中的該反向濾波器。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括測定該擴音器之頻率響應的一低頻截 止,並將該反向濾波器測定為具有至少與該擴音器之頻率響應的該低頻截止實質匹配之一低頻截止的一步驟。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法,其中測定該反向濾波器之該步驟包括實施總體正則化的一步驟。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法,其中當該反向濾波器施用在該擴音器的訊號路徑上時,該總體正則化限制由該反向濾波器所施用的整體最大增益。
  15. 一種用於測定一反向濾波器的時域方法,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,包括以下步驟:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用特徵濾波器設計理論以公式化及最小化在用於該擴音器的一目標響應及該平均脈衝響應之間的一誤差,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定在該時域中的該反向濾波器,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係一均方誤差,一矩陣P測定該目標頻率響 應,且測定該反向濾波器的該步驟包括藉由測定該矩陣P之一最小特徵值,將具有 形式之總誤差εt 的運算式最小化,以測定該反向濾波器之係數g(n)的步驟,其中該矩陣P=(1-α)Pp +αPs 、Pp 係一通帶目標頻率響應、Ps 係一阻帶目標頻率響應、g係測定該反向濾波器並具有該等係數g(n)的一矩陣、εs 係一阻帶誤差、εp 係一通帶誤差、且α係一加權因子。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟。
  18. 如申請專利範圍第15項之方法,其中測定該反向濾波器之該步驟包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化的一步驟。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法,其中正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  20. 如申請專利範圍第15項之方法,其中測定該反向 濾波器之該步驟包括實施總體正則化的一步驟。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法,其中當該反向濾波器施用在該擴音器的訊號路徑上時,該總體正則化限制由該反向濾波器所施用的整體最大增益。
  22. 一種用於測定一反向濾波器的時域方法,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,包括以下步驟:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由解一線性方程式系統以最小化在用於該擴音器的一目標響應及該平均脈衝響應之間的一誤差,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定在該時域中的該反向濾波器,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係具有 形式的一均方誤差EMSE , 其中W(ω)係一加權函數、係該目標響應、PR (ω)係一零相位函數、gd 係一群組延遲、頻率係數H(e )測定該平均脈衝響應h(n)的一傅立葉轉換、頻率係數G(e )測定該反向濾波器的一傅立葉轉換、且該均方誤 差EMSE 滿足,其中該擴音器具有分割為k 個範圍的一完全頻率範圍,各者從低頻ωl 至高頻ωu ,且 εklu )係針對具有形式 之該等範圍各者的一誤差函數。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法,該反向濾波器具有一完全頻率範圍,且測定該反向濾波器的該步驟包括使用封閉式運算式測定該反向濾波器之完全範圍的頻率段以及該等頻率段之毗鄰段間的轉變之一步驟。
  24. 如申請專利範圍第22項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括下列步驟:將該均方誤差EMSE 的梯度測定為▽E MSE =(H T PH +H T P T H )g -r T H =2H T PHg -r T H 其中H係測定該平均脈衝響應的一矩陣、P係測定該目標響應的一對稱矩陣、g係一向量,g=[g(0)g(1)g(2)...g(L-1)]T ,其元素係該反向濾波器的係數g(n),且r係滿 足的一向量;以及 藉由解該線性方程式系統,測定最小化該 均方誤差的該向量g。
  25. 如申請專利範圍第22項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括下列步驟;將該均方誤差EMSE 的梯度測定為▽E MSE =(H T PH +H T P T H )g -r T H =2H T PHg -r T H 其中H係測定該平均脈衝響應的一矩陣、P係測定該目標響應的一對稱矩陣、g係一向量,g=[g(0)g(1)g(2)...g(L-1)]T ,其元素係該反向濾波器的係數g(n),且r係滿 足的一向量;以及 藉由解該線性方程式系統,測定最小化 該均方誤差的該向量g, 其中、Q係滿足Q =H T PH 的一矩陣、且A 係滿足A -1 Q I 之一預處理矩陣A,其中I係該單位矩陣。
  26. 如申請專利範圍第22項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟。
  27. 如申請專利範圍第22項之方法,其中測定該反向濾波器的該步驟包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟。
  28. 如申請專利範圍第22項之方法,其中測定該反向濾波器之該步驟包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化的一步驟。
  29. 如申請專利範圍第22項之方法,其中測定該反向濾波器之該步驟包括實施總體正則化的一步驟。
  30. 一種測定反向濾波器之系統,包括:至少一擴音器;以及一反向濾波器次系統,耦合至該擴音器並組態成產生一已濾波訊號,包括藉由施用一反向濾波器至表示聲音之一訊號,並將該已濾波訊號應用於該擴音器,其中該擴音器係一組擴音器的一元件,該組擴音器各者具有至少實質等於一第一脈衝響應之一脈衝響應,且該反向濾波器已藉 由包括下列步驟之一方法測定:在與該組擴音器中之至少一者相關的許多不同位置之各位置,量測該等擴音器之該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用臨界頻率帶平滑化,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  31. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應之一步驟的一方法測定。
  32. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應及該目標頻率響應之一步驟的一方法測定。
  33. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括施用該臨界頻率帶平滑化以測定該目標頻率響應之一步驟的一方法測定。
  34. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定: 自該目標頻率響應及該平均脈衝響應測定用於測定該反向濾波器之b個值,該等值之一者代表b個臨界頻率帶的一臨界頻率帶,其中b係一數字;且濾波該等b個值以測定k個已濾波值,該等已濾波值測定該反向濾波器,其中k係大於b的一數字。
  35. 如申請專利範圍第30項之系統,其中回應該已濾波訊號之該擴音器的輸出具有與該目標頻率響應匹配之一頻率響應。
  36. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將一時域至頻域轉換施用至該平均脈衝響應,以測定頻率係數;臨界帶化該等頻率係數,以測定帶狀頻率係數;以及自該等帶狀頻率係數及該目標頻率響應測定該頻域中的該反向濾波器。
  37. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  38. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  39. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定。
  40. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該反向濾波 器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定,該總體正則化限制由該反向濾波器施加至該訊號的整體最大增益。
  41. 如申請專利範圍第30項之系統,其中該系統係一電腦。
  42. 如申請專利範圍第41項之系統,其中該系統係一筆記型電腦。
  43. 一種測定反向濾波器之系統,包括:至少一擴音器;以及一反向濾波器次系統,耦合至該擴音器並組態成產生一已濾波訊號,包括藉由施用一反向濾波器至表示聲音之一訊號,並將該已濾波訊號應用於該擴音器,其中該擴音器已藉由以下步驟測定在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用臨界頻率帶平滑化,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響 應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  44. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應之一步驟的一方法測定。
  45. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應及該目標頻率響應之一步驟的一方法測定。
  46. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括施用該臨界頻率帶平滑化以測定該目標頻率響應之一步驟的一方法測定。
  47. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:自該目標頻率響應及該平均脈衝響應測定用於測定該反向濾波器之b個值,該等值之一者代表b個臨界頻率帶的一臨界頻率帶,其中b係一數字;且濾波該等b個值以測定k個已濾波值,該等已濾波值測定該反向濾波器,其中k係大於b的一數字。
  48. 如申請專利範圍第43項之系統,其中回應該已濾波訊號之該擴音器的輸出具有與該目標頻率響應匹配之一頻率響應。
  49. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將一時域至頻域轉換施用至該平均脈衝響應,以測定頻率係數; 臨界帶化該等頻率係數,以測定帶狀頻率係數;以及自該等帶狀頻率係數及該目標頻率響應測定該頻域中的該反向濾波器。
  50. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  51. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  52. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定。
  53. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定,該總體正則化限制由該反向濾波器施加至該訊號的整體最大增益。
  54. 如申請專利範圍第43項之系統,其中該系統係一電腦。
  55. 如申請專利範圍第54項之系統,其中該系統係一筆記型電腦。
  56. 一種測定反向濾波器之系統,包括:至少一擴音器;以及一反向濾波器次系統,耦合至該擴音器並組態成產生一已濾波訊號,包括藉由施用一反向濾波器至表示聲音之一訊號,並將該已濾波訊號應用於該擴音器,其中該擴音 器係一組擴音器的一元件,該組擴音器各者具有至少實質等於一第一脈衝響應之一脈衝響應,且該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:在與該組擴音器中之至少一者相關的許多不同位置之各位置,量測該等擴音器之該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由窗化及平滑化該平均脈衝響應以移除在知覺上無關聯之頻率細節,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  57. 如申請專利範圍第56項之系統,其中該系統係一電腦。
  58. 如申請專利範圍第56項之系統,其中該系統係一筆記型電腦。
  59. 一種測定反向濾波器之系統,包括:至少一擴音器;以及一反向濾波器次系統,耦合至該擴音器並組態成產生一已濾波訊號,包括藉由施用一反向濾波器至表示聲音之 一訊號,並將該已濾波訊號應用於該擴音器,其中該擴音器係一組擴音器的一元件,該組擴音器各者具有至少實質等於一第一脈衝響應之一脈衝響應,且該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:在與該組擴音器中之至少一者相關的許多不同位置之各位置,量測該等擴音器之該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用特徵濾波器設計理論以公式化及最小化在用於該擴音器的一目標響應及該平均脈衝響應之間的一誤差,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定在該時域中的該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  60. 如申請專利範圍第59項之系統,其中該系統係一電腦。
  61. 如申請專利範圍第59項之系統,其中該系統係一筆記型電腦。
  62. 如申請專利範圍第59項之系統,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係一均方誤差,一矩陣 P測定該目標頻率響應,且該反向濾波器已藉由包括藉由測定該矩陣P之一最小特徵值以將具有 形式之總誤差εt 的運算式最小化,測定該反向濾波器之係數g(n)的一步驟之一方法測定,其中該矩陣P=(1-α)Pp +αPs 、Pp 係一通帶目標頻率響應、Ps 係一阻帶目標頻率響應、g係測定該反向濾波器並具有該等係數g(n)的一矩陣、εs 係一阻帶誤差、εp 係一通帶誤差、且α係一加權因子。
  63. 如申請專利範圍第62項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  64. 如申請專利範圍第62項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  65. 如申請專利範圍第62項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定。
  66. 如申請專利範圍第62項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定,該總體正則化限制由該反向濾波器施加至該訊號的整體最大增益。
  67. 一種測定反向濾波器之系統,包括:至少一擴音器;以及 一反向濾波器次系統,耦合至該擴音器並組態成產生一已濾波訊號,包括藉由施用一反向濾波器至表示聲音之一訊號,並將該已濾波訊號應用於該擴音器,其中該擴音器係一組擴音器的一元件,該組擴音器各者具有至少實質等於一第一脈衝響應之一脈衝響應,且該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:在與該組擴音器中之至少一者相關的許多不同位置之各位置,量測該等擴音器之該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由解一線性方程式系統以最小化在用於該擴音器的一目標響應及該平均脈衝響應之間的一誤差,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定在該時域中的該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  68. 如申請專利範圍第67項之系統,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係一均方誤差,該反向濾波器具有一完全頻率範圍,且該反向濾波器已藉由包括使用封閉式運算式測定該反向濾波器之完全範圍的頻率段 以及該等頻率段之毗鄰段間的轉變之一步驟的一方法測定。
  69. 如申請專利範圍第68項之系統,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係具有 形式的一均方誤差EMSE , 其中W(ω)係一加權函數、係該目標響應、PR (ω)係一零相位函數、gd 係一群組延遲、頻率係數H(e )測定該平均脈衝響應h(n)的一傅立葉轉換、頻率係數G(e )測定該反向濾波器的一傅立葉轉換、且該均方誤 差EMSE 滿足,其中該擴音器具有分割為k 個範圍的一完全頻率範圍,各者從低頻ωl 至高頻ωu ,且 εklu )係針對具有形式 之該等範圍各者的一誤差函數。
  70. 如申請專利範圍第69項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將該均方誤差EMSE 的梯度測定為▽E MSE =(H T PH +H T P T H )g -r T H =2H T PHg -r T H 其中H係測定該平均脈衝響應的一矩陣、P係測定該目標響應的一對稱矩陣、g係一向量,g=[g(0)g(1)g(2)...g(L-1)]T ,其元素係該反向濾波器的係數g(n),且r係滿 足的一向量;以及 藉由解該線性方程式系統,測定最小化該 均方誤差的該向量g。
  71. 如申請專利範圍第69項之系統,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將該均方誤差EMSE 的梯度測定為▽E MSE =(H T PH +H T P T H )g -r T H =2H T PHg -r T H 其中H係測定該平均脈衝響應的一矩陣、P係測定該目標響應的一對稱矩陣、g係一向量,g=[g(0)g(1)g(2)...g(L-1)]T ,其元素係該反向濾波器的係數g(n),且 r係滿足的一向量;以及 藉由解該線性方程式系統,測定最小化 該均方誤差的該向量g, 其中、Q係滿足Q =H T PH 的一矩陣、且A 係滿足A -1 Q I 之一預處理矩陣A,其中I係該單位矩陣。
  72. 如申請專利範圍第67項之系統,其中該系統係一電腦。
  73. 如申請專利範圍第67項之系統,其中該系統係一筆記型電腦。
  74. 一種測定反向濾波器之電腦可讀媒體,其儲存測定一反向濾波器之資料,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟的一方法測定:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴 音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用臨界頻率帶平滑化,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  75. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應之一步驟的一方法測定。
  76. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括將該臨界頻率帶平滑化施用至該平均脈衝響應及該目標頻率響應之一步驟的一方法測定。
  77. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括施用該臨界頻率帶平滑化以測定該目標頻率響應之一步驟的一方法測定。
  78. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:測定用於測定該反向濾波器之b個值,該等b個值係自該目標頻率響應及該平均脈衝響應測定,該等值之一者代表b個臨界頻率帶的 一臨界頻率帶,其中b係一數字,並濾波該等b個值以測定k個已濾波值,該等已濾波值測定該反向濾波器,其中k係大於b的一數字。
  79. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將一時域至頻域轉換施用至該平均脈衝響應,以測定頻率係數;臨界帶化該等頻率係數,以測定帶狀頻率係數;以及自該等帶狀頻率係數及該目標頻率響應測定該頻域中的該反向濾波器。
  80. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  81. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  82. 如申請專利範圍第74項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定。
  83. 一種測定反向濾波器之電腦可讀媒體,儲存有測定一反向濾波器之資料,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟的一方法測定:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應; 時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由窗化及平滑化該平均脈衝響應以移除在知覺上無關聯之頻率細節,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  84. 如申請專利範圍第83項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括將臨界帶化濾波器施用至該平均脈衝響應及該目標頻率響應之至少一者上的一步驟之一方法測定。
  85. 如申請專利範圍第83項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:自該目標頻率響應及該平均脈衝響應測定用於測定該反向濾波器之b個值,該等值之一者代表b個臨界頻率帶的一臨界頻率帶,其中b係一數字,並濾波該等b個值以測定k個已濾波值,該等已濾波值測定該反向濾波器,其中k係大於b的一數字。
  86. 如申請專利範圍第83項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將一時域至頻域轉換施用至該平均脈衝響應,以測定 頻率係數;臨界帶化該等頻率係數,以測定帶狀頻率係數;以及自該等帶狀頻率係數及該目標頻率響應測定該頻域中的該反向濾波器。
  87. 如申請專利範圍第83項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  88. 如申請專利範圍第83項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定。
  89. 如申請專利範圍第83項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括當該反向濾波器施用在該擴音器的訊號路徑上時,實施總體正則化之一步驟的一方法測定,該總體正則化限制由該反向濾波器施加的整體最大增益。
  90. 一種測定反向濾波器之電腦可讀媒體,儲存有測定一反向濾波器之資料,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟的一時域方法測定:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由施用特徵濾波器設計理論以公式化及最小化在用於該擴音器的一目標響應及該平均脈衝響應之間的一誤差,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定在該時域 中的該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  91. 如申請專利範圍第90項之媒體,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係一均方誤差,一矩陣P測定該目標頻率響應,且該反向濾波器已藉由包括藉由測定該矩陣P之一最小特徵值以將具有 形式之總誤差εt 的運算式最小化,測定該反向濾波器之係數g(n)的一步驟之一方法測定,其中該矩陣P=(1-α)Pp +αPs 、Pp 係一通帶目標頻率響應、Ps 係一阻帶目標頻率響應、g係測定該反向濾波器並具有該等係數g(n)的一矩陣、εs 係一阻帶誤差、εp 係一通帶誤差、且α係一加權因子。
  92. 如申請專利範圍第90項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括在該反向濾波器之至少一臨界頻率帶上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  93. 如申請專利範圍第90項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括在逐個臨界頻率帶之基礎上實施局部正則化的一步驟之一方法測定。
  94. 如申請專利範圍第90項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括實施總體正則化之一步驟的一方法測定。
  95. 如申請專利範圍第90項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括當該反向濾波器施用在該擴音器的訊號路徑上時,實施總體正則化之一步驟的一方法測定,該總體正則化限制由該反向濾波器施加的整體最大增益。
  96. 一種測定反向濾波器之電腦可讀媒體,其儲存測定一反向濾波器之資料,該反向濾波器用於具有一脈衝響應之一擴音器,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟的一時域方法測定:在與該擴音器相關的許多不同位置之各位置量測該擴音器的該脈衝響應;時間對準並平均該等已量測脈衝響應,以測定一平均脈衝響應;以及包括藉由解一線性方程式系統以最小化在用於該擴音器的一目標響應及該平均脈衝響應之間的一誤差,自該平均脈衝響應及一目標頻率響應測定在該時域中的該反向濾波器,其中該反向濾波器已藉由包括將該反向濾波器對一參考訊號正規化之一步驟的一方法測定,且正規化該反向濾波器的該步驟調整該反向濾波器的整體增益,使得相對於藉由施用至該參考訊號的該平均脈衝響應所決定之音訊的感知響度,藉由施用至施用於該參考訊號的該平均脈衝響應之該反向濾波器所決定之音訊的感知響度不偏移。
  97. 如申請專利範圍第96項之媒體,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係一均方誤差,該反向濾波器具有一完全頻率範圍,且該反向濾波器已藉由包括使用封閉式運算式測定該反向濾波器之完全範圍的頻率段以及該等頻率段之毗鄰段間的轉變之一步驟的一方法測定。
  98. 如申請專利範圍第97項之媒體,其中在該目標響應及該平均脈衝響應之間的該誤差係具有 形式的一均方誤差EMSE , 其中W(ω)係一加權函數、係該目標響應、PR (ω)係一零相位函數、gd 係一群組延遲、頻率係數H(e )測定該平均脈衝響應h(n)的一傅立葉轉換、頻率係數G(e )測定該反向濾波器的一傅立葉轉換、且該均方誤 差EMSE 滿足,其中該擴音器具有分割為k 個範圍的一完全頻率範圍,各者從低頻ωl 至高頻ωu ,且 εklu )係針對具有形式 之該等範圍各者的一誤差函數。
  99. 如申請專利範圍第98項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將該均方誤差EMSE 的梯度測定為▽E MSE =(H T PH+H T P T H )g -r T H =2H T PHg-r T H 其中H係測定該平均脈衝響應的一矩陣、P係測定該目標 響應的一對稱矩陣、g係一向量,g=[g(0)g(1)g(2)...g(L-1)]T ,其元素係該反向濾波器的係數g(n),且r係滿 足的一向量;以及 藉由解該線性方程式系統,測定最小化該 均方誤差的該向量g。
  100. 如申請專利範圍第98項之媒體,其中該反向濾波器已藉由包括下列步驟之一方法測定:將該均方誤差EMSE 的梯度測定為▽E MSE =(H T PH +H T P T H )g -r T H =2H T PHg -r T H 其中H係測定該平均脈衝響應的一矩陣、P係測定該目標響應的一對稱矩陣、g係一向量,g=[g(0)g(1)g(2)...g(L-1)]T ,其元素係該反向濾波器的係數g(n),且r係滿 足的一向量;以及 藉由解該線性方程式系統,測定最小化 該均方誤差的該向量g, 其中、Q係滿足Q =H T PH 的一矩陣、且A 係滿足A -1 Q I 之一預處理矩陣A,其中I係該單位矩陣。
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