[发明专利]用于双耳音频系统中的用于创建多维通信空间的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的布置涉及音频处理和呈现的领域，且特定来说涉及组合并定制多个音频环境以向用户给出位于环绕收听者的三维空间中的声音的优选错觉。

背景技术

立体声是经处理以向收听者提供三维虚拟音频环境的声音。此类型的音频允许收听者虚拟地沉浸于任一环境中以模拟较为逼真的体验。使双耳声来自收听者的头部外的不同空间位置不同于立体声且其不同于单声道音频。

可通过固定于房间中的扬声器或通过固定到收听者的每只耳朵的扬声器来将双耳声提供给收听者。使用一组室内扬声器将特定双耳声提供到每一只耳朵由于声学串音且因为收听者必须相对于扬声器保持固定而较为困难。另外，双耳声将不视收听者的头部的位置或旋转而定。头戴式耳机的使用利用最小化声学串音和收听者的耳朵与头戴式耳机中的相应扬声器之间的固定距离。

在普通情形下，到达人的每一鼓膜的声音经历多重改变，所述改变向收听者的大脑提供关于声源的位置的信息。一些改变是由人体躯干、头部、耳廓和耳道所引起。共同地，将这些改变称作头部相关转移函数(Head Related Transfer Function，HRTF)。HRTF通常是频率以及头部与声源之间的相对定向的函数。距离的影响通常导致与声源与收听者之间的距离成比例的振幅衰减。分别称作耳间强度差(interaural intensitydifference，IID)和耳间时间差(interaural time difference，ITD)的左耳与右耳处的振幅和声波到达时间的差异为以可听方式定位声源提供重要提示。频谱成形和声波的衰减也提供由收听者使用以识别声源是在收听者的前方还是后方的重要提示。

有时用于双耳系统中的另一滤波器为双耳房间脉冲响应(Binaural Room ImpulseResponse，BRIR)。BRIR包括关于房间的所有声学性质的信息，包括声源、收听者的位置和定向、房间尺寸、墙壁的反射性质等等。因此，视房间的大小、形状和墙壁材料而定，位于房间的一端的声源在由处于房间的另一端的收听者听到时具有不同声音性质。将此技术的一实例提供于现今所购买的大多数声音系统中。这些系统具有若干不同声音效应以给予收听者坐在音乐厅、运动场、室内剧场、室外剧场等等中的感受。已进行研究来论证从BRIR导出的用以给予收听者声音从不同形状的房间的墙壁弹回的所感知效应的能力。

已提出常规双耳系统，其模拟在声音从远程声源到达人耳时声音所发生的这些改变中的一些改变。这些系统中的一些系统针对改进HRTF的滤波性能。术语“滤波器”在本文中用于指代执行等效于以脉冲响应卷积时域信号的操作的装置。类似地，如此处使用的术语“滤波”和类似术语指代将此类滤波器应用于时域信号的过程。需要大量计算资源以实施准确的HRTF，因为其为方向与频率的非常复杂的函数。双耳音频系统的整体设计对于减少实施成本、改进声音反馈速率和实施可包括许多声源的实际双耳声场是非常重要的。

在最高级别，双耳系统通常由三个部分组成。第一部分是接收器。接收器通常经设计以接收含有音频信息连同所述音频信息的元数据的单声道射频(radio frequency，RF)信号。举例来说，元数据通常包括特定音频信息的声源的空间位置信息。接着可使用此空间位置信息来产生模拟声源的所需空间位置的双耳音频信号。处理器从接收器接收此元数据且从收听者的头部跟踪设备接收数据。处理器使用此信息来产生将由每一只耳朵听到的音频。最终，将左侧和右侧音频发送到可由定位于收听者周围的地面扬声器实施或可由将扬声器放置为接近于收听者的每一只耳朵的头戴式耳机实施的声音产生器。地面扬声器具有使收听者固定于适当位置以听到三维(3-D)双耳声的缺点。然而，头戴式耳机允许收听者在处理器监视其移动和头部位置的同时自由移动。

已将改进双耳系统的大部分努力集中于改进双耳声的保真度、提高双耳声处理器的速度或增加可能收听者的数目。然而，这些努力已趋于集中于用以模拟虚拟音频环境的过程。相比之下，极少努力已针对用于实际地将此类双耳音频信息付诸实践使用的创新应用。

发明内容