[发明专利]用于混响时间延长的装置、方法和电声系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于混响时间延长的装置、方法和电声系统。

背景技术

从音响(acoustic)角度来看，房间(room，空间)对于不同的应用可能并不是最适合的。因此，音乐演出通常需要某些混响以听起来很好。另一方面，当房间太混响时，扬声器可能部分地未得到理解。因此，借助混响系统的混响时间的自适应是有用的。

例如，在剧院、会议中心、天文馆、研究室、多功能厅中，对于不同的情况，可能需要不同的音响条件，特别是，关于混响时间的不同要求成为必要的。为了影响混响时间，可使用用于混响时间延长的电声系统。该系统可结合入到现有的音乐厅中，然而，当构建相应大楼和大厅时(例如，在展馆构建中)设置用于混响时间延长的电声系统也可有用。出于娱乐目的，也可期望用于音频再现的混响时间延长。

在下面，将更加详细地讨论波场合成技术。波场合成(WFS)已经在代尔夫特理工大学进行了研究并且在80年代后期首次提出(Berkhout,A.J.；de Vries,D.；Vogel,P.:Acoustic control by Wave-field Synthesis.JASA93,1993)。

由于该方法中关于计算能力和传输速率的巨大要求，波场合成迄今难以在实践中应用。只有如今在微处理器技术和音频编码领域中的发展允许在特定应用中使用本技术。在专业领域中的首批产品有望在明年出现。WFS的基本思想基于波动理论的惠更斯原理的应用。

通过波捕获的每个点为以球形或圆形传播的元波的起点。应用于音响，任何形式的入射波阵面可通过彼此相邻(以所谓的扬声器阵列)排布的大量扬声器来再现。在再现单独的点源并且扬声器为线性阵列的最简单的情况下，必须利用时间延迟和振幅缩放来馈送每个扬声器的音频信号，从而使单独的扬声器的辐射声场被正确地叠加。对于几个声源，分别计算每个源对每个扬声器的贡献，并且将所产生的信号相加。在具有反射墙的房间中，反射也可经由扬声器阵列再现为另外的源。因此，计算工作量在很大程度上取决于声源的数量、录音室反射特性和扬声器的数量。

该技术的优点尤其在于跨越再现房间的大范围的自然空间声音印象是可以的。与已知技术相比，声源的方向和距离非常精确地再现。在一定程度上，虚拟声源甚至可位于实际扬声器阵列与收听者之间。

因此，通过波场合成(WFS)技术，可为大范围的收听者获得良好的空间声音。正如上文所述，波场合成基于惠更斯原理，根据惠更斯原理，波阵面可通过叠加元波来形成并构建。根据数学上精确的理论描述，将必须使用在无限小距离处的无限数量的源来产生元波。然而，实际上，使用在彼此相距有限小距离处的有限数量的扬声器。根据WFS原理来控制具有来自虚拟源的音频信号(具有特定延迟和特定电平)的这些扬声器的每一个。电平和延迟对于所有扬声器通常是不同的。

正如上文所述，波场合成系统基于惠更斯原理来操作且通过多个单独的波重构例如排布在相距收听者特定距离处的虚拟源的给定波形。因此，波场合成算法从扬声器阵列接收关于单独的扬声器的实际位置的信息以随后计算该单独的扬声器的分量信号，随后该扬声器最终必须辐射该分量信号，从而对于收听者，来自单独的扬声器的扬声器信号与其它活跃的(active，激活的)扬声器的扬声器信号的叠加执行重构，从而收听者具有以下印象：他没有接触到(exposed to，暴露于)来自许多单独的扬声器的声音而只是接触到来自在虚拟源的位置处的单个扬声器的声音。

对于在波场合成设置中的几个虚拟源，计算每个虚拟源对每个扬声器的贡献(即，第一扬声器的第一虚拟源、第一扬声器的第二虚拟源的分量信号等)以随后将分量信号相加，以最终获得实际的扬声器信号。在例如三个虚拟源的情况下，所有活跃的扬声器的扬声器信号的叠加对于收听者将具有以下效果：收听者不会具有他接触到来自大的扬声器阵列的声音而是他听见的声音只源于位于特定位置处的三个声源(等同于虚拟源)的印象。

实际上，执行分量信号的计算的主要原因在于，根据虚拟源的位置和扬声器的位置，在特定时间处提供具有延迟和缩放因子的分配给虚拟源的音频信号，以获得虚拟源的延迟的和/或缩放的音频信号，当只存在一个虚拟源时，该延迟的和/或缩放的音频信号直接表示扬声器信号，或者，在与所考虑的扬声器的来自其它虚拟源的更多分量信号相加之后，该延迟的和/或缩放的音频信号对所考虑的扬声器的扬声器信号有贡献。