用于基于头枕的音频系统的信号处理的制作方法
【专利说明】用于基于头枕的音频系统的信号处理
【背景技术】
[0001] 本公开涉及模块化的基于头枕的音频系统。
[0002] 在一些车辆音频系统中，基于总系统的电气响应和声学响应向提供至每个扬声器 的音频信号应用处理，该总系统的电气响应和声学响应即为扬声器本身的响应以及机动车 车厢对由扬声器产生的声音的响应。考虑到每个扬声器的位置和座位、玻璃和除此之外的 汽车的其它部件的吸收和反射特性，这样的系统高度个体化到特定的车辆型号和装饰水 平。这样的系统通常被设计为机动车的产品开发过程中的部分，对应的均衡和其它音频系 统参数在制造或组装时被加载到音频系统中。
【发明内容】
[0003] -种用于乘用车的音频系统，包括固定在车辆车厢中的一组扬声器，以及位于与 至少一个乘客的头部邻近（诸如在汽车的头枕中）的扬声器。音频信号被上混到虚拟扬声 器位置中并且随后基于来自头枕扬声器的双耳音频响应被重混以由固定的扬声器增强声 音表现。
[0004] 通常，在一个方面，一种车辆音频系统具有位于接近聆听者的头部的期望位置处 的至少两个近场扬声器，其通过以下被配置：确定第一双耳滤波器，其致使由每一个近场扬 声器所产生的声音在聆听者的期望位置处具有由位于指定位置而不是近场扬声器的实际 位置处的声音源所产生的声音的特征，确定上混规则以从具有至少两个声道的输入音频信 号生成至少三个分量声道信号，以及配置音频系统以确定与源于第一指定位置的分量声道 信号的结合对应的第一双耳信号，并且使用第一双耳滤波器对第一双耳信号进行滤波，并 且使用近场扬声器输出经滤波的信号。
[0005] 各个实施方式可以以任意组合方式包括以下中的一个或多个。声音源可以包括合 成生成的源。声音源可以包括结合的多个合成生成的源。在结合信号之前，来自多个源的 信号的相位或者幅度的频率响应均衡可以被调整以产生每个声音源。确定第二双耳滤波 器和第三双耳滤波器，该第二双耳滤波器和第三双耳滤波器致使由每个近场扬声器产生的 声音在聆听者的头部的期望位置处具有由位于相应的第二指定位置和第三指定位置而不 是近场扬声器的实际位置处的声音源所产生的声音的特征，将音频系统配置成确定第二双 耳信号和第三双耳信号，该第二双耳信号和第三双耳信号对应于源于相应的第二指定位置 和第三指定位置的分量声道信号的结合，并且使用第二双耳滤波器和第三双耳滤波器对第 二双耳信号和第三双耳信号进行滤波，并且当使用近场扬声器输出经滤波的信号时接合第 一、第二和第三经滤波的双耳信号。结合经滤波的双耳信号可以包括计算第一、第二和第三 经滤波的双耳信号中的每一个的加权和。确定第一、第二和第三双耳信号以及结合经滤波 的双耳信号的步骤可以受对分量声道信号的结合的限制支配。输入音频信号可以包括恰好 两个声道。分量声道信号中的第一个可以对应于中央声道，并且分量声道信号中的第二个 可以对应于左声道，使得第一指定位置位于聆听者后面的中间处，第二指定位置和第三指 定位置从不同的方向间隔开但两者均在聆听者的左侧上，并且第一、第二和第三经滤波的 双耳信号被结合，使得聆听者将感知中央声道信号为源自精确的位置，并且将感知环绕的 声道信号为源自扩散的位置。
[0006] 车辆音频系统可以包括在固定位置而不是近场扬声器的位置中的至少第一扬声 器和第二扬声器，并且音频系统可以被配置成确定第一单耳信号和第二单耳信号，该第一 单耳信号和第二单耳信号对应于分量声道信号相应的第一组合和第二组合并且使用在固 定位置中的相应的第一扬声器和第二扬声器输出第一单耳信号和第二单耳信号。分量声道 信号中的至少一个可以对应于左分量，分量声道信号中的至少另一个可以对应于右分量， 使得在固定位置中的第一扬声器在车辆的左侧上，并且确定第一单耳信号可以包括结合左 分量和右分量信号。
[0007] 第一双耳信号和第一单耳信号与第二单耳信号可以被配置成控制由聆听者对声 音的位置的感知，第一双耳声音控制对于第一频带中的声音的感知，并且第一单耳信号和 第二单耳信号控制对于第二频带中的声音的感知。第一双耳信号和第一单耳信号与第二单 耳信号可以被配置成控制由聆听者对声音的位置的感知，第一双耳声音控制对于分量声道 信号的第一子集的感知，并且第一单耳信号和第二单耳信号控制对于分量声道信号的第二 子集的感知。对第一双耳信号进行滤波可以进一步包括对第一双耳信号进行滤波以防止在 至少两个近场扬声器之间的串扰。确定第一双耳信号可以包括计算分量声道信号中的每一 个的加权和。确定第一双耳信号可以进一步包括在计算分量声道信号的加权和之前，向分 量声道信号中的每一个应用滤波器。确定第一双耳信号可以进一步包括使用对于分量声道 信号中的每一个的子分量不同的权重计算加权和，该子分量对应于不同的频带中的信号内 容。确定第一双耳信号可以进一步包括在计算子分量的加权和之前，向子分量中的每一个 应用不同的滤波器。
[0008] 通常，在一个方面，车辆音频系统包括位于与聆听者的头部的期望位置接近的至 少两个近场扬声器，以及音频信号处理器，其被配置成接收具有至少两个声道的输入音频 信号，使用上混规则来从输入音频信号生成至少三个分量声道信号，确定与源于第一指定 位置而不是近场扬声器的位置的分量声道信号的结合对应的第一双耳信号，使用第一滤波 器对第一双耳信号进行滤波，该第一滤波器致使由近场扬声器产生的声音在聆听者的头部 的期望位置处具有由位于第一指定位置处的声音源产生的声音的特征，并且向近场扬声器 提供经滤波的第一双耳信号。
[0009] 各个实施方式可以以任意组合方式包括以下中的一个或多个。该系统可以并不包 括在车辆的车厢中位于聆听者的头部的期望位置的后方的固定扬声器。该第一近场扬声器 可以包括至少两个电声换能器，至少一个电声换能器位于头枕的一端处。该音频信号处理 器可以被配置成对第一双耳信号进行滤波以控制近场扬声器中的每一个与被置于更接近 于近场扬声器中的不同的一个的聆听者的耳朵之间的信号的串扰。该第一近场扬声器可以 包括位于头枕的每一端处的电声换能器的阵列中的一对。该第一近场扬声器可以包括位于 头枕以内的电声换能器的阵列。扬声器的阵列可以被放置于近场扬声器的前方，第一指定 位置可以是聆听者的前方，并且音频信号处理器可以进一步被配置成对第一双耳信号进行 滤波，使得由聆听者感知到的声音好像来自第一指定位置。
[0010] 通常，在一个方面，对音频信号混音包括接收M数量的输入信号，其中M可以是二 或更大，将输入声道上混到N数量的分量声道中，其中N可以大于M，调整N个分量声道中的 每个的相位或者幅度的频率响应均衡，该调整针对N个分量声道中的至少两个是不同的， 将经调整的分量声道重混到P数量的输出声道中，并且提供P个输出声道。
[0011] 各个实施方式可以以任意组合方式包括以下中的一个或多个。P可以等于N。重 混经调整的分量声道可以包括生成每个输出声道，以及计算经调整的分量声道的子集的加 权和。从N个分量声道生成Q数量的双耳信号对，调整Q个双耳信号对中的每一个的相位 或者幅度的频率响应均衡，该调整针对Q个双耳信号对中的至少两个是不同的，以及将经 调整的双耳信号对重混到R数量的双而输出声道中。从经调整的分量声道生成Q数量的双 耳信号对，以及将经调整的双耳信号对重混到R数量的双耳输出声道中。
[0012] 各个优点包括提供了具有成本效益的解决方案以用于在小型汽车中实现高质量 音频体验、提供环绕以及包围的音频而不需要座后扬声器。该系统提供了更多声场的控制 并且可以产生比在常规系统中实现的更加对称的体验。声音可以比起存在的物理扬声器而 言从更多的位置传递，包括那些将不可能封装物理扬声器的位置。
[0013] 以上提及的所有示例和特征可以以任何技术上可行的方式进行结合。从说明书中 以及从权利要求书中，其它特征和优点将显而易见。
【附图说明】
[0014] 图1示出了车辆中的基于头枕的音频系统的示意图。
[0015] 图2示出了来自图1的系统中的每个扬声器的声音达到聆听者的耳朵的路径。
[0016] 图3和图4示出了虚拟扬声器位置和真实扬声器位置之间的关系。
[0017] 图5示意性地示出了上混和重混音频信号的过程。
[0018] 图6和图7示出了在图5的重混级以内的信号流。
【具体实施方式】
[0019] 常规的汽车音频系统基于大约一组四个或更多的扬声器，两个在仪表板上或者在 前门中，并且另两个通常位于后行李架上（在四门轿车和双门轿车中）或在后门或壁中 (在货车和掀背式车中）。然而，如图1所示，在一些汽车中，扬声器可以被设置在头枕或其 它接近位置中而不是在驾驶者之后的传统位置中。这节省了汽车的后面的空间，并且并不 浪费如果存在也不可能是用于乘客的向后座提供声音的能量。图1中所示的音频系统100 包括结合的源/处理/放大单元102。在一些示例中，可以在多个分量之间分配不同的功 能。特别地，源通常与放大器分开，并且由源或者放大器提供处理，尽管处理还可以由分别 的部件所提供。处理还可以由加载到提供源和/或放大器的功能的通用计算机上的软件而