[发明专利]音频空间化及环境模拟

说明书

本申请是申请号为200880014407.2(PCT/US2008/055889)、发明名称为“音频空间化及环境模拟”的母案的分案申请，该母案的申请日为2008年3月3日。

交叉引用至相关申请

本申请主张2007年3月1号提交的No.60/892,508且名称为“自动空间化及环境模拟(Audio Spatialization and Environment Simulation)”的美国临时申请的优先权，其揭示的内容被整体地合并至此文。

技术领域

一般地，本发明涉及声音工程，以及更特别地，涉及数字信号处理方法和用于计算并创建音频波形的装置，当通过耳机、扬声器或其它播放设备播放时，其仿真至少一个源自于四维空间内的至少一个空间坐标的声音。

背景技术

声音发源于四维空间内的不同点。人听到这些声音，可以利用多种听觉线索，来确定发出声音的空间点。例如，人类大脑迅速并有效地处理声音定位线索，比如耳间时间延迟(即，声音冲击每一个耳膜之间的时间延迟)、收听者耳朵之间的声音压力级别差、在对声音冲击左耳与右耳的感知方面的相位移动、等等以准确地识别出声音的发源点。通常，“声音定位线索”涉及收听者耳朵之间的时间和/或级别差，在声波方面的时间和/或级别差，以及用于音频波形的频谱信息。(在这里所使用的“四维空间”，通常涉及随时间变化(across time)的三维空间，或者作为时间函数的三维空间坐标的位移，和/或参数地定义的曲线。典型地，使用4-空间坐标或位置矢量定义四维空间，例如在矩形系统内的{x，y，z，t}，在球形系统内的{r，θ，Φ，t，}等等。)

人类大脑和听力系统对声音起源进行三角测量方面的效力，对音频工程师和其他试图复制并使声音空间化以便通过两个或多个扬声器播放的人而言，呈现了特别地挑战。通常，过去的方法已经采用了复杂的声音预先及后处理，并可能需要专门的硬件比如解码器板或逻辑部分。这些方法的优秀例子包括杜比(Dolby)实验室的杜比数字处理，DTS，索尼的SDDS格式，等等。虽然这些方法已经获得了一定程度的成功，但它们是成本和劳动密集型的。进一步，典型地，所处理的音频的播放需要相对昂贵的音频组件。此外，这些方法可能不适合用于所有类型的音频或所有的音频应用。

据此，需要音频空间化的新方法，该方法将收听者放在静止的虚拟球体(或任何形状或大小的模拟虚拟环境)的中心，并移动声源，以从像两个这么少的扬声器或耳机，提供逼真(true-to-life)的声音体验。

发明内容

通常，本发明的一个实施例表现为用于创建四维空间化声音的方法和装置的形式。在一个广义的方面，用于通过空间化音频波形来创建空间化的声音的示例性的方法包括的操作有，确定在球形或笛卡尔坐标系统内的空间点，以及把对应于该空6间点的冲击响应滤波器应到音频波形的第一段，以产生空间化的波形。空间化的波形仿真来源于该空间点的非空间化波形的音频特征。即，当从一对扬声器播放空间化的波形时，相位，幅度，耳间时间延迟，等等使得声音似乎来源于所选的空间点而非扬声器。

在考虑到不同的边界条件下，头相关传输函数(head-related transfer function)对于给定的空间点是音响特性的模型。在本实施例中，对于给定的空间点，在球形坐标系统内计算头相关传输函数。通过使用球形坐标，更精确的传输函数(以及因此更精确地冲击响应滤波器)可以被创建。这本身又允许更准确的音频空间化。

如能够被理解到的，本实施例可以采用多个头相关传输函数，以及因此多个冲击响应滤波器，以对多个空间点来空间化音频。(如这里所用的，专业术语“空间点”和“空间坐标”是可互换的。)因此，本实施例可以使音频波形去仿真各种各样的音响特征，由此看起来在不同时间来源于不同空间点。为了提供两个空间点之间的平滑传输以及因此的平滑四维音频体验，不同的空间化波形可以与其它的通过插值操作来卷积。

应注意到，没有特别的硬件或另外的软件，比如解码器板或应用，或采用杜比或DTS处理装备的立体声装备，是达成本实施例中音频全空间化所必需的。相反，可以通过任何具有两个或更多扬声器的音频系统、具有或不具有逻辑处理或解码来播放已空间化的音频波形，并可以达成四维空间化的全范围。

一旦阅读了以下描述和权利要求，将清楚本发明的这些或其它优点或特性。

附图说明

图1描述了占有四个扬声器之间“最佳听音位置”的收听者的上下视图(top-down view)，以及示范性的方位角坐标系统；