CN101194536A - 用于确定扬声器之间距离的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于确定两个扬声器(L1，L2)之间距离(d1，2)的方法，其中该方法包含步骤：提供测试信号(N)；将测试信号(N)与音响信号(S)组合以给出已组合信号(SN)，其中测试信号对于听众(4)不可感知；通过第一扬声器(L1)发出已组合信号(SN)。该已组合信号(SN)由与第二扬声器(L2)相关联的检测装置(M2)来检测，并且被处理以获得声学冲激响应(IR)，该声学冲激响应(IR)用于确定第一扬声器(L1)与第二扬声器(L2)之间的距离。本发明进一步描述一种用于确定两个扬声器(L1，L2)之间距离(d1，2)的系统(1)以及一种声学音响系统，包括大量的扬声器(L1，L2，...，LK)用于再现多声道音响，和系统(1)用于确定扬声器(L1，L2，...，LK)之间的距离(d1，2，d2，3，...，dK－1，K)，以自动配置该声学音响系统的扬声器(L1，L2，...，LK)。

Description

用于确定扬声器之间距离的方法和系统
技术领域
本发明涉及确定两个扬声器之间距离的方法，以及涉及用于确定两个扬声器之间距离的系统。
本发明还涉及确定一组扬声器中扬声器的相对位置的方法，以及涉及一种自动配置一组扬声器的方法。
此外，本发明还涉及声学音响(sound)系统。
背景技术
当前环绕音响系统通常以多个扬声器为特征，其必须按一定的策略围绕听众在房间中放置，从而给予听众来自扬声器的音响是从周围而来的印象，或者诸如话音的特定音响源自虚拟源，例如来自听众左侧的点。这些音响效果依赖于扬声器的正确定位，因为是源自每个扬声器的音响波瓣的交互最终传递想要的听觉体验。
为了帮助用户正确地配置-或者放置扬声器，当前的音响系统有时提供色彩编码的连接器和插座，即源自例如放大器的连接器的颜色匹配扬声器背部的插座颜色。实际上，对于大多数的用户来说正确地执行设置仍然存在困难，因此扬声器可能在房间中相对于电视机放置不正确。例如用户可能错误地将左环绕扬声器连接到应该连接右环绕扬声器的地方，或者可能完全忘记连接扬声器。由于所察觉的音响可能相对于屏幕上所看到的似乎是来自错误的方向，这样的错误显著地降低了组合的音频和视频体验的质量。这样配置错误的结果是一些收听效果可能不能正确地重现，导致音响系统的部分用户不满意。即使扬声器被正确地连接了，它们在房间中的放置可能仍不能满足重现环绕音响效果和“完美地带(在一组扬声器中，音响听起来最完美的区域)”的要求。例如，扬声器可能放置的太开或者彼此太靠近。最终可以看到，正确地连接和放置环绕音响系统的扬声器通常大大超出了大多数这样的系统拥有者的能力。
在一种解决该问题的尝试中，一些系统包括配置特征来配置扬声器，一旦它们已经被连接，则努力地给予听众满意的听觉体验。所述配置系统试图确定扬声器之间的距离，因为当知道了这些距离时，音响系统可以优化到扬声器的线路输入的信号。例如，US2003/0031333公开了用于音频再现优化的系统，通过使用户手持便携式传感器，该便携式传感器检测由扬声器发出的音响信号，并将信号发射至处理器，所述处理器然后优化用户所处位置的扬声器音响。然而，该系统要求用户部分的活动帮助。此外，在每次改变扬声器位置时或者用户选择坐在房间中不同的位置时，用户被迫需要手持便携式(电池运行的)传感器。万一传感器在一些时间点上被误放了，则用户再不能发起扬声器音响的优化。如果发生扬声器错误连接或者忘记连接，则该提出的系统不能提供解决方案。
在其他提出的解决方案中，通过使得扬声器发出的测试信号，并且通过由与该扬声器相关联的麦克风阵列拾取该测试信号来测量扬声器之间的距离。音频工程师协会(第117次会议)的会议论文6211建议了一种方法，其中每个扬声器配备有两个专用麦克风。测试信号由每个扬声器轮流发出，并由剩下的扬声器的麦克风来检测。然而该方法最主要的缺点在于所提出系统的测试信号在单独的设置过程发出，并且用户可以听见。既然必须作为单独的过程而执行配置，则用户必须发起该配置，或许通过调谐器的遥控给出命令的方式。然而，既然用户可能必须查询手册来确定输入命令，则他可能完全不倾向于执行该配置。
对于大多数客户，所述配置系统简直过于复杂，并且意识到令人苦恼，结果用户不能从中获益，或者不能正确地执行所述步骤，最终导致他对于音响系统的不满意。
发明目的及概述
由此，本发明的目的是提供容易且经济的方式在音响系统操作期间自动地测量音响系统扬声器之间的距离，其可以在任何时间执行且不会影响正常的操作并且不打扰用户。
为了达到此目的，本发明提供一种确定两个扬声器之间距离的方法，其中该方法包括步骤：提供测试信号；将测试信号与音响信号组合以给出已组合信号，其中测试信号对于听众不可感知；通过第一扬声器发出已组合信号；由与第二扬声器相关联的检测装置来检测已组合信号；处理所检测到的已组合信号以获得声学冲激响应；使用该声学冲激响应以确定第一扬声器与第二扬声器之间的距离。
测试信号与之组合的信号通常是经由到扬声器的线路输入被发送到该扬声器的音频信号。典型的音响系统可以包括若干个线路输入，通常每个扬声器一个。伴随电影一起的音频的元素例如可以包括任何的或者所有的话音、音乐和音响效果。下面当提及“音响信号”或“音频信号”，它所暗指的是线路输入所承载的信号。确定扬声器之间距离的方法优选地当所有的扬声器都是活动而提供有音响信号的时候而执行，诸如当听众正在享受音频-视觉电影体验时。
用于确定两个扬声器之间距离的合适的系统包括：测试信号源，用于提供测试信号；信号组合单元，用于将测试信号与音响信号组合以给出已组合信号，其中测试信号对于听众不可感知；输出装置，用于将已组合的信号输出给第一扬声器；检测装置，用于检测由第一扬声器发出的且入射在第二扬声器的已组合信号；处理单元，用于处理所检测到的已组合信号以获得冲激响应；距离确定单元，用于使用该冲激响应来确定第一扬声器与第二扬声器之间的距离。
根据本发明方法的明显的益处是扬声器之间距离的测量可以完全自动地生效，而无论如何不会被用户注意到，且可以在任何时间定期地或间歇地执行，由此任何故意的或偶然的扬声器重新排列都可以被检测到并且被补偿。
从属权利要求和随后的说明书公开了特别有利的实施方式和本发明的特征。
现有大量的方法用于将测试信号嵌入到“宿主(host)”信号中。根据本发明，优选包含白噪声的测试信号与宿主音频信号相结合，因为在白噪声中所有频率基本上相等地表现。噪声测试信号的获得可以根据要求而生成，或者可以从例如存储器设备中检索。在本发明特别优选的实施方式中，所述噪声测试信号通过应用心理声学(psycho-acoustic)噪声嵌入技术而不被察觉地与音响信号组合。该技术利用心理声学模型，在失真变为听众可察觉之前分析打算用于扬声器的音响信号并由此提供指示信号可以失真(通过将它们与噪声组合)何种程度的信息。为此心理声学模型在频域分析音响信号以确定音响信号频率分量的强度。典型地，所述音频信号在低频和高频区域较之其在中频区域可以有更多的失真，而不被听众所注意到该失真，这是因为人类的听力在低频和高频分量处较不敏感。心理声学模型在音频信号频谱中识别可以与测试信号不被感知地组合的频率区域，并执行音频信号与测试信号的组合。作为结果产生的已组合信号以这样的方式携带测试信号，即它们对于听众完全不被感知。一种已知的方法在下述论文中被详细地描述了：Ted Painter，Andreas Spanias，“PerceptualCoding of Digital Audio(数字音频可察觉的编码)”，IEEE会议论文集(Proceedings)第88卷第4期，2000年4月。
已组合的测试和音响信号从而由第一扬声器发出，并在由于扬声器之间分开而有的小延迟之后由与第二扬声器相关联的检测装置所检测。测试信号用于识别它是从哪一个扬声器所发出的。测试信号和检测到的已组合信号然后可以被一起处理以确定两个扬声器之间的房间声学冲激响应，因为测试信号基本上可以没有任何延地得到，但是检测到的已组合信号经受了其从扬声器发出的时刻到其由第二扬声器的检测装置所检测到的时刻之间的延时。所述声学冲激响应的基本要素按照发生的次序被称为主峰(mainpeak)(音响信号撞击在检测装置上时的第一大峰)，早期反射(earlyreflection)(由房间内的音响信号的反射所引起的)和回响尾部(reverberant tail)(音响信号由于吸收而逐渐消失时所引起)。直到主峰出现而流逝的时间得到了令人最感兴趣的信息，因为其基本上是从音响从第一扬声器发出的时刻到其被第二扬声器的检测装置所检测到的时刻之间所流逝的时间，并且一旦计算出，已知空气中音速则这个持续时间可以用于计算扬声器之间的距离。
下面预先设定，如果需要，所描述的任何涉及滤波等的处理步骤之前都有模数转换步骤。在任何阶段是要求模拟还是数字滤波对本领域技术人员都是清楚的。
在本发明的一个优选实施方式中，处理测试信号和所检测的已组合信号以获得声学冲激响应的步骤包括在所接收到的已组合信号和测试信号上执行自适应滤波以得到房间的声学冲激响应。所述用于调整信号以匹配由未知系统(在此情况下是房间)所更改的信号的版本的技术广泛可得，并且是本领域技术人员所熟知的。自适应滤波器的滤波器系数连续地被调整，直到自适应滤波器的输出消除了输入信号，即变为了所检测的已组合信号的逆，从而间接地产生了想要的冲激响应。
在本发明进一步的优选实施方式中，处理所检测到的已组合信号以获得声学冲激响应的步骤包括确定所检测到的已组合信号与测试信号之间的相关性。为此，对测试信号计算快速傅立叶变换(FFT)和相应的共轭。所检测到的已组合信号也将被处理以获得其FFT。其后，对测试信号的共轭与所检测到的已组合信号的FFT执行点乘(point-wise multiplication)，随后进行逆快速傅立叶变换(IFFT)以产生第一扬声器与第二扬声器的检测装置之间的房间冲激响应。
以上面描述的方式获得冲激响应之后，则有可能估计两个扬声器之间的距离，因为直到出现冲激响应的第一大峰所流逝的延时，是由于在第一扬声器与第二扬声器检测装置之间已组合信号所传播的距离而出现的。因此，已知采样中到第一大峰的时延并已知采样速率和音速，则很容易计算距离。
如果测试信号是重复性的，则通常更易于识别已组合信号中的测试信号。因此，在本发明的优选实施方式中在将噪声测试信号与音响信号组合以给出已组合信号的步骤中周期性地重复测试信号，给出重复的序列。重复的周期优选被选择为至少与房间中的回响时间一样长，即音响完全消除所需的时间长度。在系统的处理单元中所识别的下一个图样，可以用于直接识别测试信号是从哪一个扬声器所发出的。
测试信号的噪声成分的幅度相对于与之组合到的宿主音频信号必须非常低。由此在本发明的进一步优选实施方式中，处理所检测到的已组合信号的步骤包括通过采样所检测到的已组合信号并将其存储在具有与测试序列的重复周期相同长度的缓冲器中，累积所接收到的已组合信号。通过这种方式，噪声测试信号被累积，同时宿主音响信号基本上可以达到一个平均数。累积的步骤由此增大了噪声对宿主的比率，这样测试信号的噪声成分可以更容易地识别出。噪声测试信号的水平可以由此容易地保持在很低而绝对不会被听众所察觉。
用于扬声器的检测装置可以是位于紧靠所述扬声器的一个麦克风或者大量的麦克风。例如，所述麦克风可以包括在扬声器的外壳中，由此麦克风与扬声器的隔膜或者振动膜之间的距离保持在最小。在现有的确定扬声器之间距离的方法中，扬声器必须被专门配备有麦克风阵列，这样用户由此被强迫购买这样的扬声器或者将麦克风(和所有必须的线路和引线)连接到他现有的扬声器组中。因此，在本发明的特别优选实施方式中，扬声器的实际隔膜其自身可以用于接收入射在该扬声器上的已组合信号。这样归功于隔膜的机械特性，也就是它能够由在隔膜处所入射的音响信号振荡，有可能实现将扬声器作为麦克风来使用。由于对扬声器自身不需要额外的连线，该实施方式由此提供了特别吸引人的实现方式。
并不是扬声器组中的每个扬声器都需要向其分配检测装置。将扬声器组中的每对扬声器中的一个装配检测装置就足够了，这是因为仅需一个检测装置来确定一对扬声器之间的距离。不言而喻的是，检测装置任何合适的组合都可以被实现。例如扬声器中的一个可以包含单个的检测装置，然而剩下的一些或者所有的扬声器可以配备有多于一个的检测装置。用于一个或更多的扬声器的检测装置可以是扬声器的隔膜或者振动膜，然而麦克风可以分配给剩下的一些或者所有的扬声器。
确定两个扬声器之间距离的方法可以用于确定一组扬声器中所有扬声器之间的成对的(pair-wise)距离，例如环绕音响系统的扬声器，典型地包括两个前部扬声器和两个后部扬声器，具有一个或更多的额外的诸如亚低音扬声器，中央扬声器，电视扬声器等之类的扬声器。在一个实施方式中，单个的测试信号由此与音响信号相组合，并且产生的已组合信号由扬声器组中的每一个一个接一个地相继发出，并且由组中剩下的扬声器所接收。发出已组合信号的扬声器与剩下的扬声器之间成对的距离被确定。接着其它扬声器中的一个被选出发出已组合信号，确定该扬声器和剩下的扬声器之间的成对的距离。通过这种方式，组中每个扬声器的成对的距离都可以相继被确定。
在本发明的特别优选的实施方式中，通过每个扬声器发出包含独特的噪声测试成分的已组合信号，可以同时测量扬声器之间的成对距离。此处所使用的术语“独特”是指彼此之间完全不同的测试信号，因此每个扬声器信号可以与独特的测试信号相组合。为此，独特的噪声测试信号优选地按照心理声学地被嵌入到扬声器的每个音响输入中，以给出大量的独特的已组合信号，它们基本上被从组中的每一个扬声器中的一个被同时发出，并基本上同时被组中的其它扬声器所接收。在上述的处理步骤中，对扬声器所检测到的信号与每个测试信号相继地执行相关，由此产生与相应测试信号相关联的扬声器到所有其它扬声器的传输函数。通过这种方式，可以基本同时确定组中每个扬声器之间成对的距离。
使用根据本发明的方法，一组扬声器中扬声器对之间已确定的距离可以用于确定该组的扬声器的完整星座图，即每个扬声器相对于其他扬声器的位置。知道了扬声器之间的成对距离，他们的相对位置可以通过使用例如“强制(brute-force)”方法而推导。在强制方法中，通过试错法，已知的成对距离以各种不同的方式被组合，直到获得满意的解决方案。但是在本发明的优选实施方式中，成对距离被用作称为“多维定标(Multi-Dimensional Scaling)(MDS)”的技术中的参数以产生星座图。该技术将在对附图的描述中详细解释。
使用根据本发明的方法导出的有关一组扬声器中扬声器的相对位置的信息可以用于在音响信号由扬声器所发出之前修正音响信号，以自动配置扬声器。例如，通过“加权”或增大到扬声器的线路输入的幅度，可以补偿例如这个扬声器与听众之间过大的距离。等价地，大量的声道可以被加权并混合在一起以修正错误的扬声器设置。例如，其可以使用根据本发明的方法确定扬声器是否连接了。丢失的扬声器然后可以通过将旨在用于该扬声器的声道与用于一个或多个其它扬声器的声道相混合而“代替”。该信息可以用于以多种合适的方式来通知用户，例如通过在家庭娱乐系统的显示区域显示一条消息。此外，根据本发明的方法可以用于确定扬声器连接或引线的极性是否正确。在不正确的连接情况下，冲激响应的第一峰的符号(正或负)将不同于具有正确连接引线的扬声器的冲激响应的符号。不正确的、相反的极性可以通过例如反转到该扬声器的线路输入的合适的声道而被纠正。本发明由此提供大量的强有力的且实用的方法来提高由扬声器所发出的音响的质量。
根据本发明的声学音响系统包括大量的用于再现多声道音响的扬声器，以及如上所述的用于确定扬声器之间的距离的系统以及用于使用所确定的扬声器之间的距离自动配置该声学音响系统的系统。在这样的声学系统中，信号组合单元优选包含心理声学嵌入单元，用于采用心理声学技术将测试信号嵌入到音响信号中。信号组合单元以及心理声学嵌入单元可以集成到系统中任何合适的位置，例如在放大器的外壳中，因为扬声器的线路输入(其将承载已组合信号)典型地源自放大器单元内，因而被放置以便于在转发至扬声器之前进行修正。在特别优选的实施方式中，通过使用扬声器的隔膜作为用于该扬声器的检测装置，一个或多个扬声器被直接用作检测装置。
这样的音响系统的处理单元还可以直接位于音响系统的放大器外科内，因为处理单元所要求的所有信号通常都源自放大器或者在放大器终止。处理单元可以包括(在需要时)相关单元，用于确定所检测的已组合信号与测试信号之间的相关性；和/或自适应滤波器，用于对所检测的已组合信号执行自适应滤波。此外，所述音响系统可以包含累积器，用于累计所接收到的已组合信号以便增大测试信号成分对宿主信号的比率。根据本发明的声学系统还可以包括优化单元，用于使用有关扬声器相对位置的信息来自动地配置扬声器。
结合附图考虑下述详细描述，本发明的其它目的和特征将变得更为明显。然而需要理解的是，附图仅出于示意性的目的设计而不是设计为对本发明限制的定义。
附图说明
图1示出了根据现有技术的音频系统的示意性表示；
图2a示出了根据本发明的一个实施方式的用于确定一对扬声器之间距离的系统框图；
图2b示出了根据本发明的一个实施方式的用于确定扬声器组中的扬声器之间成对距离的系统框图；
图3a示出了音响信号的示意性表示；
图3b示出了噪声信号的示意性表示；
图3c示出了已组合信号的示意性表示；
图4示出了在第一扬声器和与第二扬声器相关联的检测装置之间的声学冲激响应的示意性表示；
图5a示出了根据本发明的一个实施方式的处理单元的框图；
图5b示出了根据本发明的进一步实施方式的处理单元的框图；
图6示出了被额外用作麦克风的扬声器的框图；
具体实施方式
在图中相同的附图标记始终指相同的物体。
图1示出了用于音频或家庭娱乐系统典型的扬声器设置，在这个例子中该系统包括电视机16和大量分布在房间中的扬声器，诸如左扬声器11和右扬声器10和一对环绕扬声器13，14。中央扬声器12被示出(出于图示的目的)远离电视机16一定距离，即使这样的中央扬声器12通常位于电视机16的下方。电视机16其自身也可以配备一个或多个扬声器，在图中未示出。听众4被示出坐在扬声器10，11，12，13，14或多或少中间的位置。显然，扬声器10，11，12，13，14可以被放置在房间中的任何位置，通常由装饰或物理限制所确定。此外，听众4无需坐在中央的位置。所述家庭娱乐系统通常还包括其它设备，诸如调谐器，CD播放器，DVD播放器等，以及放大器用于通过输出装置向扬声器提供多种声道输出，该输出装置在当前的情况下由连接器来实现，到家庭娱乐系统的扬声器的线路输入连接到所述连接器。这种到扬声器的线路输入通常是一对电线或引线，它们应考虑正确的极性而被连接到扬声器上合适的连接器上。然而输出装置还可以由无线传输或通信装置而实现。扬声器可以适当地配备与输出装置的非接触协作。
图2a示出用于确定一对扬声器L1和L2之间的距离d1，2的系统1，以便以简单的方式图示说明涉及在扬声器组中确定所有的扬声器之间的成对距离的步骤，这将在下面的图2b中解释。
到系统1的输入是声道Sin，所述声道Sin是用于第一扬声器L1的。该声道在呈现单元10中被处理，并被作为声道S被转发至信号组合单元3。测试信号源2向信号组合单元3提供合适的噪声测试信号N。例如由噪声生成器2生成的测试信号N可以是在某个长度后重复的噪声图样或序列。在信号组合单元3中，心理声学模型5分析输入的音响信号S以确定其频谱，识别在输入的音响信号S中任何合适的频率分量，所述频率分量在添加额外的白噪声下的失真将不被察觉，并由此修正测试信号N的频率分量以给出已修正的噪声测试序列N’，其在添加单元9中与音响信号S相组合以给出已组合信号SN。
图3a-3c中所示出的信号分别示意性地图示了音响信号S，测试信号N和已组合信号SN。图3c中示出的作为结果产生的已组合信号带有大大夸张的失真，仅仅旨在示出已组合信号SN遵循原始音响信号S的形状。
已组合信号SN从扬声器L1发出，并且由与第二扬声器L2相关联的检测装置M2检测。出于图示的目的，检测装置M2被示出为包括在扬声器L2外壳中的麦克风，但是如稍后将解释的，扬声器L2的隔膜其自身可以用作检测装置M2。
所检测到的已组合信号Z被转发至处理单元6。测试信号N也被输入至该处理单元6，其中各种不同的信号过滤步骤被执行以获得第一扬声器L1与第二扬声器L2的检测装置M2之间的声学冲激响应IR。处理单元6中所执行的处理步骤在图5a的框图中示出。这里，所检测的已组合信号Z首先在缓冲单元51中被缓冲并累积，其目的是增大组合信号SN中测试成分N对宿主信号S的比率。然后在快速傅立叶变换块52中对所缓冲的信号执行快速傅立叶变换(FFT)。在FFT单元53中还为测试序列N计算FFT，该FFT单元53还计算FFT的共轭。由于测试序列N不会改变，所以这些计算仅需执行一次。FFT单元52，53的输出在乘法块54中相互进行点乘，并且对乘法单元块54的输出计算逆FFT以给出冲激响应IR。
在图5b中示出了在不同类型的处理单元中冲激响应IR可以以可替换的方式而得到。这里，处理单元包括自适应滤波器57来连续地修正所检测的已组合信号Z直到其逼近已组合信号SN。为此，已修正的噪声信号N’被转发至处理单元6。在被转发至自适应滤波器57之前，所检测的已组合信号Z可以在合适的滤波单元56中被滤波，所述自适应滤波器的系数可以连续地调节直至其使得输入的检测到的已组合信号被消除。通过这种方式，滤波器系数可以产生冲激响应。据此，本领域技术人员则容易地获得第一扬声器L1与第二扬声器L2关联的检测装置M2之间的延时。
出于图示的目的，图4示出了扬声器与麦克风或者检测装置之间的声学冲激响应的基本特征。第一峰对应于音响信号从源(第一扬声器)传播到目标(第二扬声器的检测装置或麦克风)所采用的直接路径。在直接路径之后是早期反射，是由声波在到达检测装置之前被房间中的墙壁或者房间中的物体反射所引起的。最终部分是回响尾部，对应于音响信号和其反射在它们的路径上被物体吸收而逐渐消失。
在第一扬声器L1发出已组合信号与在第二扬声器L2的检测装置M2检测到它之间所流逝的时间直接对应于第一主峰在处理单元6中登记的时间。典型地，该时间在采样中被测量。已知采样频率(“频率”)和直到第一主峰(“峰采样”)被登记所流逝的采样数量，并已知在空气中的音速(“速度”)，则计算第一扬声器L1与第二扬声器L2之间所穿越的距离d1，2是轻而易举的，通过下式给出：
d1，2＝速度*(峰采样/频率)
该计算在距离确定单元7中执行。被编码为合适信号11的距离d1，2然后被转发到呈现单元10，其可以据此修正进入的音响信号Sin以改善到扬声器L1的信号SN的整个声像。
为了能够清楚地解释系统的个别的元件，图2a仅处理了两个扬声器。自然地，系统旨在用于如图2b所示的更大的扬声器组。此处系统的组件基本上如上面图2a所描述的，但是具有大量的扬声器L1，L2，...，LK和大量的与扬声器所关联的检测装置M1，M2，...，MK。此处，每个扬声器L1，L2，...，LK具有相关联的检测装置M1，M2，...，MK，但是在实际中并不要求每个扬声器具有自己的检测装置，例如对于k个扬声器，K-1个扬声器配备有检测装置就足够了。
到系统的音响输入信号Sin包括大量的声道信号，例如对于每个扬声器L1，L2，...，LK一个。类似地，已组合信号SN集体地表示大量的已组合声道信号SN1，SN2，...，SN3，对于每个扬声器L1，L2，...，LK一个。由噪声生成器2所提供的测试信号N可以是单个信号或者大量的信号，输入音响信号Sin的每个声道一个。在测试信号N是单个信号的情况下，其相继与集体的信号SN的每个声道信号相组合，这样一次只有一个已组合的声道信号SN1，SN2，...，SNk从对应的扬声器L1，L2，...，LK所发出，同时其它的扬声器发出普通的音响信号(在图中未示出)。知道了当前的已组合的声道信号SN1，SN2，...，SNk是从哪个扬声器L1，L2，...，LK所发出的，在扬声器L1，L2，...，LK的检测装置M1，M2，...，MK与已知的扬声器L1，L2，...，LK之间的成对距离d1，2，d2，3，...，dK-1，K可以如上所描述的在处理单元6和距离确定单元7中被计算。
使用所计算的距离，距离确定单元7还可以确定每个扬声器到其他扬声器的相对位置，也被称作扬声器星座图。下面将详细描述一种用于确定扬声器星座图的数字表示方法。可以包含成对距离d1，2，d2，3，...，dK-1，K和/或描述扬声器L1，L2，...，LK之间相对位置的信息的信息信号11被转发至呈现单元10，其可以由此修正输入声道Sin以配置扬声器系统。例如丢失的或未连接的扬声器可以被识别，且其声道可以与用于其它扬声器的声道相组合，这样打算用于丢失的扬声器的音响实际上被发出了。在另一个配置的例子中，可以识别出一对彼此过于靠近或者离得太远的左和右扬声器，并由此修正它们的输入声道，例如通过如所要求的增大或减小呈现单元10的幅度。
如上所解释的，扬声器某种程度上还可以充当麦克风。冲击在扬声器隔膜上的音响被转换为电压(虽然非常小)，其有效地颠倒了扬声器“通常”的功能，即将电压转换为可听见的音响。这在图6中示出了。此处，扬声器L1以通常的方式经由输出电阻RO连接到电压放大器66，并经由分流电阻RS接地。在扬声器L1作为全部发出诸如音乐或电影声道的可听音响信号的扬声器组中的一个而操作期间，由L1所发出的可听音响和从其它扬声器(图中未示出)发出的音响同样地冲击在L1的隔膜上。由此跨扬声器L1的电压不仅包括输入的音响信号，还包括扬声器L1它自己充当麦克风的成分。扬声器输入信号60和扬声器输出信号61可以通过模/数转换器的62，63被转换，并且作为输入被馈送并输出至自适应滤波器64。该自适应滤波器64的系数连续可调，直到滤波器64的输出基本上消除了来自于扬声器的信号输出61。自适应滤波器64的系数然后产生扬声器到麦克风的冲激响应IR，其可以用于确定扬声器L1(充当麦克风)与发出所接收到的信号的扬声器之间的距离。
扬声器组的扬声器之间的成对距离集合然后可以被用于确定扬声器所安排的实际星座图，即前部扬声器相对于环绕扬声器如何定位，或者前部和环绕扬声器应离开多远而放置等。在这种理解下，则可能优化到扬声器的音响输入，以便为坐在例如所有扬声器中央的听众实现更好的听觉体验。
为了获得扬声器的星座图，必须为扬声器组确定坐标系统中的用于扬声器的一系列坐标C。所测量的成对距离在合适的技术中可以用作参数，诸如多维定标(MDS)，在下面简要概述。在MDS技术中，任一个扬声器可以选择位于原点，所有的其它的扬声器可以相对于该在原点的扬声器而观看。然后可以构建标量值的距离矩阵D，其中对角项dii为全0，这是因为扬声器与其自身之间的距离为0，剩下的每个项dij对应于扬声器Li与扬声器Lj之间的距离，它们以上述的方法测量。其遵循对角相反的项dij和dji是相等的。
假设对于扬声器全部的C，扬声器的坐标集合C在三维空间上已知，对应的Gram矩阵G(或点乘积矩阵)可以被写为
G＝CCT                                  (1)
其中矩阵C的行包含三维空间中扬声器的坐标ci，T表示转置。从而Gram矩阵G的每个元素gij对应于内积：
gij＝<ci，cj>                           (2)
由于其特性，Gram矩阵G还可以被写为
G＝VEVT                                 (3)
其中矩阵V的列包含正交的特征向量，矩阵E的对角包含关联的正特征值。由于要计算的坐标必然属于三维笛卡尔空间，Gram矩阵G最多为3秩，因此最少C-3个特征值为0。一旦Gram矩阵G可以被构建，其特征向量和对应的特征值可以被计算，产生扬声器的坐标。
为了构建所要求的Gram矩阵G，余弦准则可以用于将距离矩阵D变换为Gram矩阵G。例如，对于三个扬声器Li，Lj和Lk，它们之间的成对距离为dij，dki和dkj。根据余弦准则，每个成对的距离可以根据其余两个来表示，所以例如，
d2 ij＝d2 ki+d2 kj-2dkjdkicosα                   (4)
将扬声器Lk作为原点，其遵循对应的Gram矩阵项gij为
gij＝-(d2 ij-d2 ki-d2 kj)/2                       (5)
该元素可以在上面的等式(1)中被替代以构建Gram矩阵G，随后计算等式(3)的特征值和特征向量，最终得到扬声器的坐标。该方法在由Psychometrika发行的出版物“Multidimensional Scaling：I.Theory andMethod(多维定标：I.理论与方法)”(W.S.Torgerson)，17：401-419，1952中有更为详细的描述。
尽管本发明以优选实施方式及其变形的方式所公开，可以理解的是仍然可以对此作出大量的附加修改和变形而不脱离本发明的范围。例如，在上述描述的信号处理步骤中可以如所希望地执行合适的附加滤波以获得更好的结果。滤波技术的选择对于本领域技术人员是清楚的。此外，根据本发明的系统可以与一个或多个用于优化用户在其位置所听到的音响的技术相结合。用户还可以通过使用大量可用方法中的任意一个而让系统知道其位置。知道了扬声器相对彼此的星座图，然后还知道扬声器的位置，根据本发明的系统可以容易地来用来优化听众的听觉体验。
出于清楚的目的，还可以理解的是在本申请的全文中所使用的“一”或者“一个”并不排除多个，并且“包含”并不排除其它的步骤或元件。“单元”可以包含多个块或装置，除非明确地作为单个实体而描述。

Claims (14)

1.一种用于确定两个扬声器(L1，L2)之间距离(d1，2)的方法，其中该方法包含步骤：
提供测试信号(N)；
将测试信号(N)与音响信号(S)组合以给出已组合信号(SN)，其中测试信号对于听众(4)不可感知；
通过第一扬声器(L1)发出已组合信号(SN)；
由与第二扬声器(L2)相关联的检测装置(M2)来检测已组合信号(SN)；
处理所检测到的已组合信号(Z)以获得声学冲激响应(IR)；
使用声学冲激响应(IR)以确定第一扬声器(L1)与第二扬声器(L2)之间的距离(D1，2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测试信号(N)通过应用心理声学测试信号嵌入技术而不被察觉地与音响信号(S1)组合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，处理所检测到的已组合信号(Z)以获得声学冲激响应的步骤包括确定所检测的已组合信号(Z)与测试信号(N)之间的相关性。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，处理所检测到的已组合信号(Z)以获得声学冲激响应的步骤包括对所检测的已组合信号(Z)执行自适应滤波。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在将测试信号(N)与音响信号(S)组合以给出已组合信号(SN)的步骤中周期性地重复测试信号(N)。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，处理所检测到的已组合信号(Z)的步骤包括累积所接收的已组合信号(Z)。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，用于扬声器(L2)的检测装置(M2)使用该扬声器(L2)的隔膜来接收入射至该扬声器(L2)的已组合信号。
8.根据权利要求1至7中任何一个的方法，其中，扬声器(L1，L2，...，LK)组中的扬声器(L1，L2，...，LK)之间的成对距离(d1，2，d2，3，...，dK-1，K)被确定，其中独特的测试信号与音响信号相组合，以给出大量的独特组合信号，其每个被从组中的每一个扬声器(L1，L2，...，LK)基本上同时发出，并基本上同时被组中的其它扬声器(L1，L2，...，LK)所接收。
9.根据权利要求1至7中任何一个的方法，其中，扬声器(L1，L2，...，LK)组中的扬声器(L1，L2，...，LK)之间的成对距离(d1，2，d2，3，...，dK-1，K)被确定，其中单个测试信号(N)与音响信号(S)相组合，以给出大量的已组合信号，并且作为结果产生的已组合信号由组中的扬声器(L1，L2，...，LK)中的每一个一个接一个地相继发出，并且由组中的扬声器(L1，L2，...，LK)接收，以相继地确定每个扬声器(L1，L2，...，LK)和组中其它扬声器(L1，L2，...，LK)之间的成对距离(d1，2，d2，3，...，dK-1，K)。
10.一种确定扬声器(L1，L2，..，LK)组中的扬声器(L1，L2，...，LK)的相对位置的方法，其中扬声器(L1，L2，...，LK)之间的成对距离(d1，2，d2，3，...，dK-1，K)根据权利要求8或9来确定，其中该成对距离(d1，2，d2，3，...，dK-1，K)用于确定组中扬声器(L1，L2，...，LK)的相对位置。
11.一种自动配置扬声器(L1，L2，...，LK)组的方法，其中扬声器(L1，L2，...，LK)的相对位置根据权利要求10来确定，其中有关扬声器(L1，L2，...，LK)组中的扬声器(L1，L2，...，LK)的相对位置的信息被用于自动地配置扬声器(L1，L2，...，LK)。
12.一种用于确定两个扬声器(L1，L2)之间距离(d1，2)的系统(1)，包括：
测试信号源(2)，用于提供测试信号(N)；
信号组合单元(3)，用于将音响信号(S)与测试信号(N)组合以给出已组合信号(SN)，其中测试信号对于听众(4)不可感知；
输出装置，用于将已组合的信号(SN)输出给第一扬声器(L1)；
检测装置(M2)，用于检测由第一扬声器(L1)发出的且入射在第二扬声器(L2)的已组合信号(SN)；
处理单元(6)，用于处理所检测到的已组合信号(Z)以获得冲激响应(IR)；
距离确定单元(7)，用于使用冲激响应(IR)以确定第一扬声器(L1)与第二扬声器(L2)之间的距离(d1，2)。
13.根据权利要求12的系统，其中，信号组合单元(3)包含心理声学嵌入单元(5)，用于应用心理声学技术将测试信号(N)嵌入到音响信号(S)中。
14.一种声学音响系统，包括大量的扬声器(L1，L2，...，LK)用于再现多声道音响，根据权利要求12或13的系统(1)用于确定扬声器(L1，L2，...，LK)之间的距离(d1，2，d2，3，...，dK-1，K)，以及用于自动配置该声学音响系统的扬声器(L1，L2，...，LK)的系统。
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