[发明专利]用于音频重构增强的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种关于如何提高对重构音频信号的源点方向的感知的技术。具体地，本发明提出了一种用于再现所记录的音频信号的设备和方法，使得相对于来自其他方向的音频信号可以对音频源的可选方向进行强化或过加权(over-weighted)。 

背景技术

通常，在多声道再现和收听中，收听者被多个扬声器环绕。存在捕获针对特定设置(set-up)的音频信号的各种方法。通常，再现的目标之一是再现原始记录的声音事件的空间合成，即各个音频源的源点(origin)，如管弦乐队内喇叭的位置。相当常见的多个扬声器设置可以产生不同的空间感。不使用特殊的后生产技术，通常已知的两声道立体声设置可以仅在两个扬声器之间的线上重建听觉事件。这主要通过所谓的“振幅-平移(panning)”来实现，其中取决于音频源相对于扬声器的位置，与一个音频源相关的信号的振幅分布在两个扬声器之间。这通常在记录或后续的混音期间进行。即，来自相对于收听位置较远左侧的音频源将主要通过左扬声器再现，而在收听位置前面的音频源将通过这两个扬声器以相同的振幅(电平)再现。然而，不能再现从其他方向发出的声音。 

因此，通过使用分布在收听者周围的更多扬声器，可以覆盖更多方向，并且可以产生更加自然的空间感。可能最公知的多声道扬声器布局是5.1标准(ITU-R775-1)，其包括5个扬声器，将这些扬声器相对于收听位置的方位角预先确定为0°、±30°和±110°。这表示，在记录或混音期间，将信号调整为特定扬声器配置，而且根据该标准的再现设置的偏差将导致再现质量降低。 

也提出了具有位于不同方向上的不同数目的扬声器的多个其他系统。专业 和专用系统(尤其在影院和声音装置中)也包括不同高度的扬声器。 

根据不同的再现设置，针对先前提及的扬声器系统设计并提出了若干不同的记录方法，以便记录和再现收听情况下如同记录环境中所感知到的空间感。理论上用于记录针对所选多声道扬声器系统的空间声音的的理想方式是使用与扬声器个数相同的麦克风。在这种情况下，麦克风的方向性图案(pattern)也应与扬声器布局相对应，使得只使用少量麦克风(1、2或更多)来记录来自任意的单方向的声音。每个麦克风与特定扬声器相关联。越多的扬声器用于再现，麦克风的方向性图案越窄。然而，窄方向麦克风相当昂贵，并具有典型非平坦的频率响应，以超出预期的方式使所记录的声音的质量发生恶化。此外，由于总是使用以比所需更多的麦克风来再现从单个方向发出的声音，使用具有过宽方向性图案的多个麦克风作为多声道再现的输入导致歪曲(colored)和模糊的听觉感知，好似其是以与不同扬声器相关联的麦克风而记录的。通常，当前可用的麦克风最适于两声道的记录和再现，即，这些麦克风并不是以再现环绕空间感为目标设计的。 

从麦克风设计的观点来看，讨论了各种方式以调整麦克风的方向性图案，以满足空间-音频-再现中的需求。通常，所有麦克风依据声音到达麦克风的方向来有差别地捕获声音。即，麦克风具有不同的灵敏度，这取决于所记录声音的到达方向。在一些麦克风中，该影响是微小的，因为这些麦克风捕获的是与方向几乎无关的声音。这些麦克风通常被称为全向麦克风。在典型的麦克风设计中，将圆形隔膜(circular diaphragm)附在小的气密(airtight)壳上。如果隔膜没有附在壳上，声音等同地从每一侧到达壳，其方向性图案具有两个波瓣。即，这种麦克风以相等的灵敏度从隔膜的前后捕获声音，然而极性相反。这种麦克风并不捕获来自与隔膜平面垂直(即与最大灵敏度方向垂直)的方向的声音。这种方向性图案被称为偶极子或八字。 

使用用于麦克风的非气密壳，也可以将全向麦克风修改为方向性麦克风。 该壳特别构造，使得允许声波通过该壳传播并到达隔膜，其中一些传播方向是优选的，从而这种麦克风的方向性图案成为全向和偶极子之间的图案。例如，这些图案可以具有两个波瓣。然而，这些波瓣可以具有不同强度。一些通常已知的麦克风具有仅仅单个波瓣的图案。最重要的示例是心形图案，其中可以将方向性函数D表示为D＝1+cos(θ)，θ是声音到达的方向。因而方向性函数依据方向来量化输入声音振幅中被捕获的部分。 

先前讨论的全向图案也被称为零阶图案，先前所提及的其他图案(偶极子和心形)被称为一阶图案。所有先前讨论的麦克风设计不允许方向性图案的任意成形，因为它们的方向性图案完全由其机械构造来确定。