调整在具有位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器的汽车音频系统中的信号，使得在第一模式中，根据使收听者感知宽声场的第一滤波器向近场扬声器分布音频信号，而在第二模式中，根据使收听者感知窄声场的第二滤波器向近场扬声器分布音频信号。接收可变值的用户输入，并且作为响应，将音频信号的分布从第一模式向第二模式转变，该转变的程度基于用户输入的值而可变。
1.一种调整车辆的汽车音频系统中的信号的方法，所述汽车音频系统具有位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器；所述方法包括：针对除了所述近场扬声器的实际位置之外的指定位置的集合中的每个指定位置，确定双耳滤波器，所述双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述收听者的头部的所述期望位置处具有由位于相应的所述指定位置处的声源产生的声音的特性，确定向上混合规则，所述向上混合规则用于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；
确定第一权值集合，所述第一权值集合用于在所述指定位置中的每个指定位置处应用于所述分量声道信号以定义第一声场；
确定第二权值集合，所述第二权值集合用于在所述指定位置中的每个指定位置处应用于所述分量声道信号以定义第二声场；以及配置所述音频系统以：组合所述第一权值集合和所述第二权值集合以确定组合权值集合，所述组合权值集合中的所述第一权值集合和所述第二权值集合的相对贡献由可变用户输入值确定，根据用于所述指定位置中的每个指定位置的所述组合权值集合，确定与所述分量声道信号的组合对应的混合信号，使用所述对应的双耳滤波器来对每个混合信号滤波以生成双耳输出信号的集合，对经滤波的所述双耳输出信号求和，以及使用所述近场扬声器来输出经求和的所述双耳输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述用户输入值的用户输入是衰减器输入，并且所述第一权值集合的贡献在所述衰减器控制处于更向前的设置时更大，而所述第二权值集合的贡献在所述衰减器控制处于更向后的设置时更大。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述音频系统还至少包括定位于在所述收听者的头部的所述期望位置向前的所述车辆的车厢的左拐角附近的第一固定扬声器以及定位于在所述收听者的头部的所述期望位置向前的所述车辆的车厢的右拐角附近的第二固定扬声器，所述方法还包括：确定第三权值集合，所述第三权值集合用于针对所述固定扬声器中的每个固定扬声器应用于所述分量声道信号以进一步定义所述第一声场；
确定第四权值集合，所述第四权值集合用于针对所述固定扬声器中的每个固定扬声器应用于所述分量声道信号以进一步定义所述第二声场；以及配置所述音频系统以：
组合所述第三权值集合和所述第四权值集合以确定第二组合权值集合，所述第二组合权值集合中的所述第三权值集合和所述第四权值集合的相对贡献由所述可变用户输入值确定，根据用于所述固定扬声器中的每个固定扬声器的所述第二组合权值集合，确定与所述分量声道信号的组合对应的混合信号，以及使用所述对应的固定扬声器来输出所述混合信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一权值集合和所述第三权值集合致使所述固定扬声器和所述近场扬声器中的第一集合来主导所述第一声场的空间感知，并且所述第二权值集合和所述第四权值集合致使所述固定扬声器和所述近场扬声器中的不同的第二集合来主导所述第二声场的空间感知，使得哪个扬声器集合主导空间感知随着所述用户输入值变化而变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述近场扬声器位于所述汽车的头枕中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述近场扬声器耦合到所述汽车的本体结构。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合权值集合中的所述第一权值集合和所述第二权值集合的相对贡献根据将所述可变用户输入值映射到所述相对贡献的预定曲线而变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定曲线不是线性的。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括自动地基于所述输入音频信号的特性确定所述组合权值集合中的所述第一权值集合和所述第二权值集合的相对贡献。
10.一种调整车辆的汽车音频系统中的信号的方法，所述汽车音频系统具有位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器；所述方法包括：确定第一双耳滤波器，所述第一双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述收听者的头部的所述期望位置处具有由位于除了所述近场扬声器的实际位置之外的第一指定位置处的声源产生的声音的特性；
确定第二双耳滤波器，所述第二双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述收听者的头部的所述期望位置处具有由位于除了所述近场扬声器的所述实际位置之外并且与所述第一指定位置不同的第二指定位置处的声源产生的声音的特性；
确定向上混合规则，所述向上混合规则用于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；
用所述第一双耳滤波器和所述第二双耳滤波器的组合对所述混合信号滤波以生成双耳输出信号；以及使用所述近场扬声器来输出所述双耳输出信号；
所述双耳输出信号中的所述第一双耳滤波器和所述第二双耳滤波器的相对权值由可变用户输入值确定，其中所述音频系统还至少包括定位于在所述收听者的头部的所述期望位置向前的所述车辆的车厢的左拐角附近的第一固定扬声器以及定位于在所述收听者的头部的所述期望位置向前的所述车辆的车厢的右拐角附近的第二固定扬声器，所述方法还包括：确定第一权值集合，所述第一权值集合用于针对所述固定扬声器中的每个固定扬声器应用于所述分量声道信号以进一步定义第一声场；
确定第二权值集合，所述第二权值集合用于针对所述固定扬声器中的每个固定扬声器应用于所述分量声道信号以进一步定义第二声场；以及配置所述音频系统以：
组合所述第一权值集合和所述第二权值集合以确定组合权值集合，所述组合权值集合中的所述第一权值集合和所述第二权值集合的相对贡献由所述可变用户输入值确定，根据用于所述固定扬声器中的每个固定扬声器的所述组合权值集合，确定与所述分量声道信号的组合对应的混合信号，以及使用所述对应固定扬声器来输出所述混合信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中提供所述用户输入值的用户输入是衰减器输入，并且所述第一双耳滤波器的所述相对权值在所述衰减器控制处于更向前的设置时更大，而所述第二双耳滤波器的所述相对权值在所述衰减器控制处于更向后的设置时更大。
12.根据权利要求10所述的方法，其中第一双耳滤波器和第一权值集合致使所述固定扬声器和所述近场扬声器中的第一集合主导所述第一声场的空间感知，并且第二双耳滤波器和第二权值集合致使所述固定扬声器和所述近场扬声器中的不同的第二集合主导所述第二声场的空间感知，使得哪个扬声器集合主导空间感知随着所述用户输入值变化而变化。
位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器；
在第一模式中，根据致使所述收听者感知宽声场的第一滤波器向所述近场扬声器分布音频信号；
在第二模式中，根据致使所述收听者感知窄声场的第二滤波器向所述近场扬声器分布所述音频信号；
响应于所述用户输入的所述值的改变，将所述音频信号的分布从所述第一模式转变成所述第二模式，所述转变的程度基于所述用户输入的所述值而可变，其中：所述音频信号处理器包括存储器，所述存储器存储：
双耳滤波器的集合，所述双耳滤波器的集合致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述收听者的头部的所述期望位置处具有由位于除了所述近场扬声器的实际位置之外的指定位置的集合中的每个指定位置处的声源产生的声音的特性，第一权值集合，所述第一权值集合用于针对所述指定位置中的每个指定位置应用于分量声道信号的集合以定义第一声场，以及第二权值集合，所述第二权值集合用于针对所述指定位置中的每个指定位置应用于所述分量声道信号的集合以定义第二声场；以及所述音频处理器通过以下操作将所述音频信号的分布从所述第一模式转变成所述第二模式：应用向上混合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，组合所述第一权值集合和所述第二权值集合以确定组合权值集合，所述组合权值集合中的所述第一权值集合和所述第二权值集合的相对贡献由所述用户输入的所述值确定，根据用于所述指定位置中的每个指定位置的所述组合权值集合，确定与所述分量声道信号的组合对应的混合信号，使用所述对应的双耳滤波器来对每个混合信号滤波以生成双耳输出信号的集合，对经滤波的所述双耳输出信号求和，以及向所述近场扬声器输出经求和的所述双耳输出信号。
位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器；
在第一模式中，根据致使所述收听者感知宽声场的第一滤波器向所述近场扬声器分布音频信号；
在第二模式中，根据致使所述收听者感知窄声场的第二滤波器向所述近场扬声器分布所述音频信号；
响应于所述用户输入的所述值的改变，将所述音频信号的分布从所述第一模式转变成所述第二模式，所述转变的程度基于所述用户输入的所述值而可变，其中：所述音频信号处理器包括存储器，所述存储器存储：
第一双耳滤波器，所述第一双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述收听者的头部的所述期望位置处具有由位于除了所述近场扬声器的实际位置之外的第一指定位置处的声源产生的声音的特性，以及第二双耳滤波器，所述第二双耳滤波器致使由所述近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在所述收听者的头部的所述期望位置处具有由位于除了所述近场扬声器的所述实际位置之外并且与所述第一指定位置不同的第二指定位置处的声源产生的声音的特性；
所述音频处理器通过以下操作将所述音频信号的分布从所述第一模式转变成所述第二模式：应用向上混合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，混合所述分量声道信号的集合以形成第一混合信号，
用所述第一双耳滤波器和所述第二双耳滤波器的组合来对所述混合信号滤波以生成双耳输出信号，以及使用所述近场扬声器来输出所述双耳输出信号；以及
所述双耳输出信号中的所述第一双耳滤波器和所述第二双耳滤波器的相对权值由所述用户输入的所述值确定。
用于基于近场扬声器的音频系统的声场控制器
技术领域
[0001] 本公开内容涉及一种用于基于近场扬声器的音频系统的声场控制器。
背景技术
[0002] 在一些汽车音频系统中，基于整个系统的电和声响应、也就是扬声器本身的响应和车厢对由扬声器产生的声音的响应，处理被应用于向每个扬声器提供的音频信号。这样的系统被高度地个性化成特定汽车型号和微调水平，其中考虑每个扬声器的位置以及座位、玻璃和汽车的其它部件的吸收和反射性质以及其它因素。这样的系统被一般地设计为车辆的产品开发过程的部分并且对应均衡和其它音频系统参数在制造或者组装时被加载到音频系统中。
[0003] 在前座位乘客前面和后面有立体扬声器的常规汽车音频系统包括一般地称为减弱和平衡的控制。相同的立体声信号被发送到前和后扬声器集合，并且减弱控制对前和后信号的相对信号电平进行控制，而平衡控制对左和右信号的相对信号电平进行控制。这些控制方案往往在使用位于乘车的头部附近而不是乘客后面的固定位置的近场扬声器的个人化声音系统中失去它们的相关性。
发明内容
[0004] 一般而言，在一个方面中，调整具有位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器的汽车音频系统中的信号包括：针对除了近场扬声器的实际位置之外的指定位置的集合中的每个指定位置，确定双耳滤波器，其使由近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在收听者的头部的期望位置具有由位于相应指定位置的声源产生的声音的特性。向上混合规则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。用于在指定位置中的每个指定位置应用于分量声道信号的第一权值集合定义第一声场。用于在指定位置中的每个指定位置应用于分量声道信号的第二权值集合定义第二声场。音频系统组合第一权值集合和第二权值集合以确定组合权值集合，组合权值集合中的第一权值集合和第二权值集合的相对贡献由可变用户输入值确定。混合信号根据用于指定位置中的每个指定位置的组合权值集合对应于分量声道信号的组合。使用对应双耳滤波器来对每个混合信号滤波以生成被求和并且使用近场扬声器来输出的双耳输出信号的集合。
[0005] 实现方式可以在任何组合中包括以下特征中的一个或者多个特征。提供用户输入值的用户输入可以是衰减器输入，并且第一权值集合的贡献可以在衰减器控制可以在处于更向前的设置时更大，而第二权值集合的贡献可以在衰减器控制可以在处于更向后的设置时更大。音频系统可以至少包括定位于在收听者的头部的期望位置向前的车辆的车厢的左拐角附近的第一固定扬声器和定位于在收听者的头部的期望位置向前的车辆的车厢的右拐角附近的第二固定扬声器，而第三权值集合用于针对固定扬声器中的每个固定扬声器应用于分量声道信号以定义第一声场，以及第四权值集合用于针对固定扬声器中的每个固定扬声器应用于分量声道信号以定义第二声场，而音频系统组合第三权值集合和第四权值集合以确定第二组合权值集合，第二组合权值集合中的第三权值集合和第四权值集合的相对贡献由可变用户输入值确定，混合信号根据用于固定扬声器中的每个固定扬声器的第二组合权值集合对应于分量声道信号的组合，混合信号由对应固定扬声器输出。第一和第三权值集合可以使固定扬声器和近场扬声器的与第二和第四集合不同的集合主导声场的空间感知，使得哪个扬声器集合主导空间感知随着用户输入值可以变化而变化。
[0006] 近场扬声器可以位于汽车的头枕中。近场扬声器可以耦合到汽车的本体结构。组合权值集合中的第一权值集合和第二权值集合的相对贡献可以根据将可变用户输入值映射到相对贡献的预定曲线而变化。预定曲线可以不是线性的。可以自动地基于输入音频信号的特性确定组合权值集合中的第一权值集合和第二权值集合的相对贡献。
[0007] 一般而言，在一个方面中，调整具有位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器的汽车音频系统中的信号包括：确定第一双耳滤波器，其使由近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在收听者的头部的期望位置具有由位于除了近场扬声器的实际位置之外的第一指定位置的声源产生的声音的特性；确定第二双耳滤波器，其使由近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在收听者的头部的期望位置具有由位于除了近场扬声器的实际位置之外并且与第一指定位置不同的第二指定位置的声源产生的声音的特性；确定向上混合规则，其用于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；混合分量声道信号的集合以形成第一混合信号；用第一双耳滤波器和第二双耳滤波器的组合对混合信号滤波以生成双耳输出信号；以及使用近场扬声器来输出双耳输出信号。双耳输出信号中的第一双耳滤波器和第二双耳滤波器的相对权值由可变用户输入值确定。
[0008] 实现方式可以在任何组合中包括以下特征中的一个或者多个特征。音频系统可以至少包括定位于在收听者的头部的期望位置向前的车辆的车厢的左拐角附近的第一固定扬声器和定位于在收听者的头部的期望位置向前的车辆的车厢的右拐角附近的第二固定扬声器，而第一权值集合用于针对固定扬声器中的每个固定扬声器应用于分量声道信号从而定义第一声场，以及第二权值集合用于针对固定扬声器中的每个固定扬声器应用于分量声道信号从而定义第二声场。音频系统组合第一权值集合和第二权值集合以确定组合权值集合，组合权值集合中的第一权值集合和第二权值集合的相对贡献由可变用户输入值确定。使用对应固定扬声器来输出根据用于固定扬声器中的每个固定扬声器的组合权值集合与分量声道信号的组合对应的混合信号。第一双耳滤波器和第一权值集合可以使固定扬声器和近场扬声器的与第二双耳滤波器和第二权值集合不同的集合主导声场的空间感知，使得哪个扬声器集合主导空间感知随着用户输入值变化而变化。
[0009] 一般而言，在一个方面中，调整具有位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器的汽车音频系统中的信号，从而在第一模式中，根据使收听者感知宽声场的第一滤波器向近场扬声器分布音频信号，而在第二模式中，根据使收听者感知窄声场的第二滤波器向近场扬声器分布音频信号。接收可变值的用户输入，以及作为响应，将音频信号的分布从第一模式转变成第二模式，转变的程度基于用户输入的值而可变。
[0010] 实现方式可以在任何组合中包括以下特征中的一个或者多个特征。转变音频信号的分布可以包括在加权求和中将第一和第二滤波器二者应用于音频信号，第一和第二滤波器的相对权值基于用户输入的值。
[0011] 一般而言，在一个方面中，一种汽车音频系统包括：位于与收听者的头部的期望位置接近的至少两个近场扬声器；生成可变值的用户输入；以及音频信号处理器，配置为在第一模式中，根据使收听者感知宽声场的第一滤波器向近场扬声器分布音频信号；在第二模式中，根据使收听者感知窄声场的第二滤波器向近场扬声器分布音频信号；以及响应于用户输入的值的改变，将音频信号的分布从第一模式转变成第二模式，转变的程度基于用户输入的值而可变。
[0012] 实现方式可以在任何组合中包括以下特征中的一个或者多个特征。音频信号处理器可以包括存储器，该存储器存储：双耳滤波器的集合，使由近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在收听者的头部的期望位置具有由位于除了近场扬声器的实际位置之外的指定位置的集合中的每个指定位置的声源产生的声音的特性，第一权值集合，用于针对指定位置中的每个指定位置应用于分量声道信号的集合以定义第一声场，以及第二权值集合，用于针对指定位置中的每个指定位置应用于分量声道信号的集合以定义第二声场。音频处理器可以通过以下操作将音频信号的分布从第一模式转变成第二模式：应用向上混合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，组合第一权值集合和第二权值集合以确定组合权值集合，组合权值集合中的第一权值集合和第二权值集合的相对贡献由用户输入的值确定，根据用于指定位置中的每个指定位置的组合权值集合确定与分量声道信号的组合对应的混合信号，使用对应双耳滤波器来对每个混合信号滤波以生成双耳输出信号的集合，对滤波的双耳信号求和，以及向近场扬声器输出求和的双耳信号。音频信号处理器可以包括存储器，该存储器存储：第一双耳滤波器，使由近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在收听者的头部的期望位置具有由位于除了近场扬声器的实际位置之外的第一指定位置的声源产生的声音的特性，以及第二双耳滤波器，使由近场扬声器中的每个近场扬声器产生的声音在收听者的头部的期望位置具有由位于除了近场扬声器的实际位置之外并且与第一指定位置不同的第二指定位置的声源产生的声音的特性。音频处理器可以通过以下操作将音频信号的分布从第一模式转变成第二模式：应用向上混合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，混合分量声道信号的集合以形成第一混合信号，用第一双耳滤波器和第二双耳滤波器的组合来对混合信号滤波以生成双耳输出信号，以及使用近场扬声器来输出双耳输出信号，双耳输出信号中的第一双耳滤波器和第二双耳滤波器的相对权值由用户输入的值确定。优点包括提供与以比传统衰减器控制更沉浸的方式对可变声场控制做出响应的用户体验以及提供对声场广度的用户控制。
[0013] 可以用任何技术上可能的方式组合以上提到的所有示例和特征。其它特征和优点将从具体实施方式和权利要求中变清楚。
附图说明
[0014] 图1示出了汽车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的系统中的扬声器中的每个扬声器的声音用来到达收听者的耳朵的路径。
[0016] 图3和图4示出了在虚拟扬声器位置与实际扬声器位置之间的关系。
[0017] 图5示意地示出了向上混合和重新混合音频信号的过程。
[0018] 图6A和图6B示出两个可能的声场配置。
[0019] 图7示出了用于在图6A和图6B的声场配置之间转变以及混合这些声场配置的衰减器分布图。
具体实施方式
[0020] 通过引用而结合于此的美国专利申请13/888927描述一种使用位于乘客的头部附近的近场扬声器的音频系统和一种配置该音频系统以控制由每个乘客感知的声场的方法。
[0021] 常规汽车音频系统基于约四个或者更多扬声器的集合，两个在仪表板上或者在前门中而另两个通常位于轿车和单排座汽车中的后封装架上或者旅行车和掀背式车中的后门或者壁中。然而在一些汽车中，如图1中所示，可以在头枕或者其它接近位置中而不是在驾驶者后面的传统位置中提供扬声器。这节省汽车的后部中的空间而未浪费能量向即使存在也不可能用于乘客的后座提供声音。图1中所示音频系统100包括组合的源/处理/放大单元102。在一些示例中，可以在多个部件之间划分不同功能。具体而言，源经常从放大器被分离，并且处理由源或者放大器提供，但是处理也可以由分离部件提供。处理也可以由向通用计算机上加载的提供源和/或放大器的功能的软件提供。一般地指代由“系统”提供的信号处理和放大而未指定任何特定系统架构或者技术。
[0022] 图1中所示音频系统具有持久地附着到汽车结构的两个扬声器集合104、106。将这些称为“固定”扬声器。在图1的示例中，每个固定扬声器集合包括普遍为高音扩音器108、110的两个扬声器元件和低到中范围扬声器元件112、114。在另一普遍布置中，更小扬声器是中到高频扬声器元件而更大扬声器是低音扩音器或者低频扬声器元件。两个或者更多元件可以被组合到单个罩中或者可以被分离地安装。每个集合中的扬声器元件可以由来自放大器的单个放大的信号驱动而无源跨接网络(可以被嵌入在一个或者两个扬声器中)向适当扬声器元件分布不同频率范围中的信号。备选地，放大器可以向每个扬声器元件直接地提供带限信号。在其它示例中，使用全频扬声器，而在更多其它示例中，每集合使用多于两个扬声器。所示每个个别扬声器也可以被实施为扬声器阵列，这可以允许对声音的更复杂成型或者简单地更经济使用空间和材料以递送给定的声压水平。
[0023] 图1中的驾驶者的头枕120包括两个扬声器122、124，这些扬声器同样被抽象地示出并且可以实施各自是扬声器元件阵列。两个扬声器122、124(无论是个别扬声器或者阵列)可以本身被配合地操作为阵列以控制声音向收听者的耳朵的分布。扬声器位于接近收听者的耳朵并且称为近场扬声器。在一些示例中，它们物理地位于头枕以内。两个扬声器可以位于头枕的任一端从而粗略地对应于驾驶者的耳朵的预计间距、在它们之间留下用于为头枕加衬垫的空间，这当然是它的主要功能。在一些示例中，扬声器位于在头枕的后部在一起更近而通过包围衬垫的罩向头枕的前部递送声音。扬声器可以根据头枕的机械需求和系统的声目标而用多种方式相对于彼此和头枕部件被定向。通过引用而结合于此的共同未决申请13/799,703描述用于在头枕中封装扬声器的若干设计而未损害头枕的安全特征。在图1中示出近场扬声器为通过穿过座位的线缆敷设130连接到源102，但是它们也可以与源102无线电连通而线缆辐射仅提供功率。在另一布置中，单对接线提供用于在座位或者头枕中嵌入的放大器的数字数据和功率二者。
[0024] 双耳响应和校正
[0025] 图2示出两个收听者在预计他们位于相对于来自图1的扬声器时的头部。驾驶者202具有左耳204和右耳206，并且乘客208的耳朵被标记210和212。虚线箭头示出声音如以下描述的那样从扬声器到收听者的耳朵取道的各种路径。将这些箭头称为“信号”或者“路径”，但是在实际实践中，未假设扬声器可以控制它们辐射的声音的方向，但是那可以是可能的。向每个扬声器指派的多个信号被叠加以创建最终输出信号，而来自每个扬声器的能量中的一些能量可以根据频率和扬声器的声设计而全向地行进。箭头为了便于引用而仅在概念上示出扬声器和耳朵的不同组合。如果使用阵列或者其它有向扬声器，则可以向不同扬声器组合提供信号以提供一些有向控制。这些阵列可以是如图所示在头枕中或者在相对地接近收听者的其它位置、包括在收听者前面的位置中。
[0026] 可以与适当信号处理使用近场扬声器以扩展由收听者感知的声音的广度并且更精确地控制前声场。对于音频信号的不同分量，不同效果可以是希望的——例如中心信号可以被紧密地聚焦，而环绕信号可以有意地扩散。控制广度的一种方式是通过调整向近场扬声器发送的信号以在收听者的耳朵实现目标双耳响应。如图2中所示和图3中更清楚地所示，驾驶者的耳朵204、206中的每个耳朵听见由每个局部近场扬声器122和124生成的声音。乘客相似地在乘客的头部附近听见扬声器。除了由于在每个扬声器与每个耳朵之间的距离所致的差异，每个耳朵从每个扬声器听见的声音将由于信号到达的角度和收听者的外耳结构的解剖结构(对于他们的左和右耳可能不相同)而变化。对声源的方向和距离的人类感知基于在耳朵之间的到达时间差、在耳朵之间的信号电平差和收听者的解剖结构对从不同方向进入耳朵的声波具有的特定影响——所有这些也依赖于频率——的组合。将这些在两耳的双耳组合对于在给定的位置的源称为用于该位置的双耳响应。双耳信号滤波器用来对将在一个位置的扬声器再现的声音成形以听起来好像它源于另一位置。
[0027] 虽然不能预先设计系统以考虑未知将来用户的独特解剖结构，但是可以测量和操控双耳响应的其它方面。图3示出与环绕扬声器可能在具有它们的汽车中理想地位于的位置对应的两个“虚拟”声源222和226。然而在实际汽车中，这样的扬声器将必须位于车辆结构，这不可能允许它们在所示位置中。在这些虚拟源的位置给定时，箭头示出从那些扬声器的声音路径在与从近场扬声器122和124的声音路径略微地不同的角度到达用户的耳朵。双耳信号滤波器修改在近场扬声器回放的声音，从而收听者感知滤波的声音如同它来自虚拟源而不是来自实际近场扬声器。在一些示例中，希望驾驶者感知的声音看起来如同它来自扩散空间区域而不是来自离散虚拟扬声器位置。对双耳滤波器的适当修改可以如以下讨论的那样提供这一效果。
[0028] 修改打算从虚拟源局部化的信号以达到与虚拟源的目标双耳响应的接近近似而包括从近场扬声器到耳朵的响应。在数学上，可以将对虚拟源的频域双耳响应称为V(s)而从实际扬声器直接地到收听者的耳朵的响应称为R(s)。如果在虚拟源的位置播放声音S(s)，则用户将听见S(s)×V(s)。对于在近场扬声器播放的相同声音，未经校正，用户将听见S(s)×R(s)。理想地，通过首先用具有与V(s)/R(s)等效的转移函数的滤波器对信号滤波，将在近场扬声器之上回放声音S(s)×V(s)/R(s)，并且用户将听见S(s)×V(s)×R(s)/R(s)＝S(s)×V(s)。有对这可以被取多远的限制——例如如果虚拟源位距离实际近场扬声器位置太远，则可以不可能以产生稳定滤波器的方式组合响应或者它可能很易受头部移动影响。一个限制因素是防止用于一个耳朵的信号到达另一信号的串扰消除滤波器。
[0029] 分量信号分布
[0030] 通过调节汽车而控制的音频体验的一个方面是声场。“声场”是指收听者对声音来自何处的感知。具体而言，一般地希望声场宽(声音来自收听者的两侧)、深(声音来自近处和远处二者)和精确(收听者可以标识特定声音表现为来自何处)。在理想系统中，收听记录的音乐的某人可以闭上他们的眼睛、想象他们在现场表演并且指出每个音乐家位于何处。有关概念是“包络”，该概念是指声音来自所有方向、包括来自收听者后面、无论声音是否精确地可局部化这样的感知。对声场和包络(以及一般地为声音位置)的感知基于在到达收听者的两耳的声音之间的电平和到达时间(相位)差异，并且可以通过操控由扬声器产生的音频信号以控制这些耳间电平和时间差异来控制声场。如在通过引用而结合于此的美国专利
8,325,936中描述的那样，不仅近场扬声器而且固定扬声器可以配合地用来控制空间感知。
[0031] 如果单独使用基于近场扬声器的系统，则将声音感知为来自收听者后面，因为那确实是扬声器所在处。双耳滤波可以将声音带到向前一些，但是它不足以再现真实地来自收听者前面的声音的双耳响应。然而，在与在驾驶者前面、比如在仪表板上或者门中的传统固定位置中的扬声器恰当地组合时，近场扬声器可以用来提高来自前扬声器的声音的层次。也就是说，除了替换后座位扬声器以提供“后”扬声器之外，近场扬声器用来聚焦来自汽车的前侧的声音并且控制收听者对该声音的感知。这可以提供比前扬声器单独可以提供的声场更宽或者更深和更受控的声场。近场扬声器也可以用来提供用于源音频的不同部分的不同效果。例如近场扬声器可以用来加强中心图像从而提供比固定的左和右扬声器单独可以提供的中心图像更精确的中心图像，而同时提供比常规后扬声器更扩散和包络的环绕信号。
[0032] 在一些示例中，音频源提供仅两个声道、即左和右立体音频。两个其它普遍选项是四个声道、即用于前和后二者的左和右以及用于环绕声源的五个声道(通常地有用于低频效果的第六点一“point one”声道)。在使用标准汽车头单元时通常发现四个声道，在该情况下，两个前和两个后声道将通常地具有相同内容、但是可能由于头单元中的“衰减器”设置而在不同电平。为了如这里描述恰当地混合用于系统的声音，两个或者更多输入音频声道如参照图4和图5描述的那样被向上混合成与声音可以表现为来自的不同方向对应的中间数目的分量、然后被重新混合成用于系统中的每个具体扬声器的输出声道。在通过引用而结合于此的美国专利7,630,500中描述这样的向上混合和重新混合的一个示例。
[0033] 本系统的一个优点是从源材料向上混合的分量信号可以各自被分布到不同虚拟扬声器用于由音频系统渲染。如关于图3说明的那样，近场扬声器可以用来使声音看起来来自在不同位置的虚拟扬声器。如图4中所示，可以创建虚拟扬声器224i的阵列从而包围收听者的后半球。仅为了方便而标注五个扬声器224-l、224-d、224-m、224-n和224-p。虚拟扬声器的实际数目可以依赖于用来生成它们的系统的处理能力或者系统的声需要。虽然示出虚拟扬声器为左(例如224-l和224-d)和右侧(例如224-n和224-p)上的多个虚拟扬声器以及中心的一个(224-m)，但是也可以有多个虚拟中心扬声器，并且可以在高度上以及左、右、前和后分布虚拟扬声器。
[0034] 给定的向上混合的分量信号可以被分布到虚拟扬声器中的任何一个或者多个虚拟扬声器，这不仅允许对分量信号的感知位置的重新定位而且提供用于渲染给定的分量为紧密地聚焦的声音、来自虚拟扬声器之一或者为同时来自虚拟扬声器中的若干虚拟扬声器的扩散声音的能力。为了实现这些效果，每个分量的部分被混合到每个输出声道中(但是该部分可以对于一些分量输出声道组合为零)。例如用于右分量的音频信号将被多数地分布到右固定扬声器FR 106，但是为了将每个虚拟图像224-i定位在头枕的右侧上、比如224-n和224-p，右分量信号的部分也由于虚拟图像的目标双耳响应和为了串扰消除而被分布到右近场扬声器和左近场扬声器。用于中心分量的音频信号将被分布到对应右和左侧固定扬声器104和106而某个部分也被分布到右和左近场扬声器122和124从而控制收听者感知虚拟中心分量源于的位置、例如224-m。注意如果系统被恰当地调节则收听者不会实际地感知中心分量为来自后面——来自前固定扬声器的中心分量内容将向前拉动感知的位置，虚拟中心简单地有助于控制中心分量图像被感知多么紧密或者扩散和向前多么远。分量内容向输出声道的特定分布将基于安装多少和哪些近场扬声器而变化。混合用于近场扬声器的分量信号包括如以上参照图3描述的那样更改信号以考虑如果它们来自实际扬声器的在对分量的双耳响应之间的差异以及近场扬声器的双耳响应。
[0035] 图4也示出来自图1的实际扬声器的布局。实际扬声器是利用用于它们再现的信号的符号表示来标注的、即前左(LF)、前右(FR)、左驾驶者头枕(H0L)和右驾驶者头枕(H0R)。尽管将最终地为驾驶者和乘客座位二者平衡输出信号FL和FR，但是近场扬声器允许驾驶者和乘客感知左和右外围分量以及中心分量更接近理想位置。如果近场扬声器不能自行生成向前层次的分量，则它们可以与前固定扬声器组合用来外侧移动左和右分量并且控制用户感知中心分量在何处。与收听者的头部接近、但是不在前面的附加扬声器阵列将允许创建在收听者前面的虚拟位置的第二半球。
[0036] 使用“分量”是指原有源材料被向上混合成的中间有向指派中的每个中间有向指派。如图5中所示，立体信号被向上混合成任意数目N的分量信号。对于一个示例，可以有共计五个：用于左和右中的每一个的前和环绕加上中心分量。在这样的示例中，可以从仅在对应原有左或者右立体信号中发现的信号推导主要左和右分量。中心分量可以由在左和右立体信号二者中相关并且相互同相的信号组成。环绕分量可以被相关、但是在左和右立体信号之间异相。任何数目的向上混合的分量根据使用的处理能力和源材料的内容而可以是可能的。各种算法可以用来将两个或者更多信号向上混合成任何数目的分量信号。在通过引用而结合于此的美国专利7,630,500中描述这样的向上混合的一个示例。另一示例是来自的Pro Logic IIz算法，该算法将输入音频流分离成包括高度声道的多达九个分量。一般而言，将分量视为与左、右或者中心关联。左分量优选地与车辆的左侧关联、但是可以位于前、后、高或者低。相似地，右分量优选地与车辆的右侧关联并且可以位于前、后、高或者低。中心分量优选地与车辆的中心线关联、但是也可以位于前、后、高或者低。图5示出任意数目N的向上混合的分量。
[0037] 在图5中示出在分量信号、一般地为C1至CN、虚拟图像信号、V1至VP以及输出信号FL、FR、H0L和H0R之间的关系。源402提供示出为L和R的两个或者更多原有声道。向上混合模块404将输入信号L和R转换成数目为N的分量信号C1至CN。可以无离散中心分量，但是可以提供中心为一个或者多个左和右分量的组合。双耳滤波器406-1至406-P然后将向上混合的分量信号的加权求和转换成与来自与图4中所示虚拟扬声器224-i对应的虚拟图像位置V1至VP的声音对应的双耳信号。尽管图5示出双耳滤波器中的每个双耳滤波器接收所有分量信号，但是在实践中，每个虚拟扬声器位置将可能从分量信号的仅子集、比如与车辆的对应侧关联的那些信号再现声音。与分量信号一样，虚拟中心信号可以实际上是左和右虚拟图像的组合。重新混合级418(仅示出一个)重新组合向上混合的分量信号以生成用于向前固定扬声器递送的FL和FR输出信号，而双耳混合级420组合双耳虚拟图像信号以生成两个头枕输出声道H0L和H0R。相同过程用来生成用于乘客头枕和任何附加头枕或者其它近场双耳扬声器阵列的输出信号，并且附加重新混合级用来生成用于任何附加固定扬声器的输出信号。何时组合分量信号和何时将它们转换成双耳信号的各种拓扑是可能的并且可以例如基于用来实施滤波器的系统的处理能力或者用来定义对车辆的调节的过程来选择。以上提到的专利申请13/888927描述在近场混合级420和外围扬声器重新混合级418内的信号流。
[0038] 衰减器和声场控制
[0039] 可以用以上描述的系统提供的另一特定特征是对于传统“衰减器”控制的替换。在典型汽车音频系统中，在前侧的立体扬声器集合和后侧的另一立体扬声器集合播放相同信号的缩放版本时，衰减器控制调整声音能量在前与后扬声器之间的平衡。对于全前侧设置，仅前扬声器接收信号，而对于全后侧设置，仅后扬声器接收信号。在以上描述的系统中，这将不是希望的，其中假设头枕扬声器将被后扬声器替换，因为去往前侧和头枕扬声器的信号未包含相同内容并且未在相同带宽中播放声音。取而代之，提供对衰减器的新解释，这冲孔将分量内容混合成虚拟图像位置和固定扬声器信号。如以上讨论的那样，设计如下双耳滤波器，该双耳滤波器调整每个虚拟信号以考虑在来自虚拟位置和实际扬声器位置的信号之间的双耳感知差异。每个虚拟信号接收加权的分量信号的混合，该混合确定收听者感知每个分量信号源于的位置。取代简单地在前与后之间移位声音能量，可以对于每个虚拟图像位置变化这一混合以改变每个分量的精确性和位置以及由虚拟图像图像提供的包络数量。
[0040] 为了提供声场控制而不是传统衰减器功能，基于两个不同声场呈现来设计两个不同分量混合权值集合。在一些示例中，如图6A和6B中所示，对不同分量进行不同类型的改变。对于第一混合权值集合，与声场控制在它的范围的第一限制并且在图6A中有图示关联，虚拟中心图像被紧密地聚焦于在驾驶者前侧的点502，而虚拟环绕图像504-1至504-n也被紧密地聚焦、但是接近驾驶者，并且左和右图像506和508接近中心，因此声场窄。为每个虚拟图像集合创建适当混合权值。对于第二混合权值集合，与声场在它的范围的另一限制关联，仍然居中、但是在宽度上和可能地在高度或者深度上更大的中心图像522与更包络并且从驾驶者更远的环绕图像524-1至524-n组合。左和右图像526和528由于缺乏在汽车中可用的实际宽度而从中心更远并且也向后移动以提供更宽声场。在将声场映射到控制定位时的其它选择根据系统设计者的愿望和使用的扬声器的实际数目而有可能。除了向创建双耳虚拟图像信号的双耳滤波器输入的分量之外，也修改用于前固定扬声器的重新混合级418中的分量的权值从而改变进入前扬声器的分量的混合。
[0041] 为了在用调整控制时实现在两个声场配置之间的转变，如图7中所示同时应用两个权值集合而每个权值集合的相对贡献基于声场控制的定位来设置。图7示出将两个权值集合的贡献表示为声场控制定位的函数的两个曲线602和604。水平轴606是范围从开始定位608到结束定位610的控制定位。控制的开始和结束定位可以是在给定的应用中的标注的各种事物、比如聊举数例的窄到宽、前到后(例如如果重新打算传统“衰减器”控制)或者独奏到合奏。竖轴612是每个权值集合的范围从零到一的贡献。注意这一图形完全地是抽象的——实际值可以例如根据用来实际地实施这一控制方案的滤波器的类型而除了零和一之外。
[0042] 如果声场控制一直都在开始定位608，则第一权值集合的贡献(曲线602)被设置成一而第二权值集合的贡献(曲线604)被设置成零。在衰减器移向中间、然后一直移至结束定位610时，减少第一集合的贡献而增加第二集合的贡献直至在全结束定位，第一集合具有贡献零而第二集合具有贡献一。曲线被标注为“窄”和“宽”，但是这仅是为了便利的符号表示，因为对权值的影响的实际描述将在给定的应用中变化，这很像以上提到的控制定位标注。因此，用户可以将声场的大小从窄和向前调整成宽和包络或者在给定的系统赋予的无论任何备选之间调整。也可以基于源音频信号的内容自动地应用这些设置，例如可以与窄、向前声场使用第一权值集合来播放交谈无线电，而可以与更宽、更包络总声场使用第二权值集合来播放音乐。所示曲线的形状仅用于示例目的——可以根据系统设计者的愿望和音频系统的能力而使用包括直线的其它曲线。
[0043] 在另一实施例中，取代改变分量信号的混合权值或者除了改变分量信号的混合权值之外，还可以改变双耳滤波器以移动虚拟图像位置。可以基于从衰减器输入控制推导的权值组合两个双耳滤波器集合，从而衰减器控制确定哪些双耳滤波器为主、因此确定虚拟图像被定位于何处。仍然可以通过改变被混合为形成输出信号的分量信号的权值来变化固定扬声器。
[0044] 以上描述的系统和方法的实施例可以包括本领域技术人员将清楚的计算机部件和由计算机实施的步骤。例如本领域技术人员应当理解可以存储由计算机实施的步骤为计算机可读介质、如例如软盘、硬盘、光盘、快闪ROM、非易失性ROM和RAM上的计算机可执行指令。另外，本领域技术人员应当理解可以在多种处理器、如比如微处理器、数字信号处理器、门阵列等上执行计算机可执行指令。为了易于解释，这里未描述以上描述的系统和方法的每个步骤或者单元为计算机系统的部分，但是本领域技术人员将认识每个步骤或者单元可以具有对应计算机系统或者软件部件。这样的计算机系统和/或软件部件因此通过描述它们的对应步骤或者单元(也就是它们的功能)来实现并且在公开内容的范围内。
[0045] 已经描述许多实现方式。然而将理解可以做出附加修改而未脱离这里描述的发明概念的范围，因而其它实施例在所附权利要求的范围内。
