[發明專利]通過時變遞歸濾波器結構的虛擬聲學渲染的方法與系統

有效

• 申請號: 202080010322.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN113348681B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: E·梅斯特里-戈麥斯;J·O·史密斯;G·P·斯卡沃內
• 申請（專利權）人: 外部回聲公司
• 主分類號: H04S7/00
• 分類號: H04S7/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本發明揭示基于時變遞歸濾波器結構模擬聲音對象和屬性，每一遞歸濾波器結構包括一或多個狀態變量的向量和可變數量的聲音輸入和/或聲音輸出信號。為了模擬聲音接收，至少一個狀態變量的遞歸更新涉及將通過線性組合接收到的輸入聲音信號而獲得的輸入項相加，其中所述組合涉及響應于與所述輸入聲音信號相關聯的輸入接收坐標而調適的時變系數。為了模擬聲音發射，線性組合狀態變量，其中所述組合涉及響應于與所述輸出聲音信號相關聯的輸出發射坐標而調適的時變系數。在聲音發射和/或接收期間，通過縮放其中涉及的所述時變系數，可并入由聲音傳播和/或與障礙物交互引起的衰減或其它效應?？赏ㄟ^將聲音對象模擬的狀態變量視為傳播波來模擬聲音傳播。

技術領域

本發明的示例性和非限制性實施例大體涉及虛擬聲學渲染和空間聲音，且更具體來說，涉及具有聲音接收和/或發射能力的聲音對象，以及聲音傳播現象。

背景技術

虛擬聲學渲染和空間音頻再現的應用包含遠程呈現、用于沉浸和娛樂的增強或虛擬現實、視頻游戲、空中交通管制、飛行員警報和引導系統、視障者顯示器、遠程學習、康復以及用于電視和電影的專業聲音和圖像編輯等。準確且有效地模擬具有聲音發射和/或接收能力的對象仍然是虛擬聲學渲染和空間音頻的關鍵挑戰之一。一般來說，具有聲音發射能力的對象將在所有方向發射聲音波前，通過空氣傳播，與障礙物交互，及到達具有聲音接收能力的一或多個聲音對象。例如，在音樂廳中，例如小提琴的聲學聲源將在所有方向上輻射聲音，且所得波前將沿著不同路徑傳播，并從墻壁或其它對象反彈，直到到達例如人體耳廓或麥克風的聲學聲音接收器。一些技術采用房間沖激響應測量并使用卷積來將混響添加到聲音信號，或者使用房間沖激響應的模態分解來通過由一千個以上的遞歸模式濾波器并行處理聲音信號而添加混響。這些方法雖然提供高保真度，但不對對象的聲音發射/接收性質(例如，頻率相依指向性)進行建模，并且證明在與若干移動的源和接收器對象的交互上下文中使用是不靈活的。替代地，包含若干移動的源和接收器的用于交互式應用的典型渲染系統使用疊加來分別渲染早期場分量和擴散場分量。早期場分量通常被設計為提供模擬移動對象的靈活性，并且通常將包含精確的表示，其涉及多個個別傳播的聲音波前的時變疊加，每一聲音波前由聲音發射對象發射，并且在到達聲音接收目的地對象之前經歷特定的反射序列和/或與邊界或其它對象的交互。擴散場分量通常將涉及不太精確的表示，其中不處理個別路徑本身。

聲學聲源(例如，前述小提琴)、聲學聲音接收器(例如，音樂會觀眾的一個成員)和其它聲音對象可相對于彼此及其環境連續地改變位置和定向。相應位置和定向的這些連續變化將引致對象中聲音波前發射和/或接收屬性的重要變化，導致例如發射和/ 或接收的聲音的頻譜內容的各種線索的調制。這些變化主要是由模擬聲音對象的物理性質或聲音對象與聲音波前的交互引起的。例如，由小提琴發射的聲音的頻率相依量值響應將在樂器周圍的不同方向上極大地變化。此現象通常被稱為頻率相依指向性，并且其特征可為方向和/或距離相依傳遞函數的離散集。這可等效地針對聲音接收特征化：例如，人類頭部或人類耳廓的頻率相依指向性通常依據被稱為頭部相關傳遞函數(HRTF)的方向和/或距離相依函數的離散集來描述。事實上，在虛擬聲學渲染和再現中面臨的挑戰當中，聲源和接收器的指向性建模和模擬是巔峰挑戰。鑒于HRTF對人類感知空間聲音的重要性，尋求高效的HRTF建模和模擬技術已無可爭議地在所述領域中最熱門。