使用声音信号的距离估计.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102893175 A (43)申请公布日 2013.01.23 C N 1 0 2 8 9 3 1 7 5 A *CN102893175A* (21)申请号 201180024988.X (22)申请日 2011.05.13 10163401.2 2010.05.20 EP G01S 7/534(2006.01) G01S 15/32(2006.01) G01S 15/89(2006.01) H04R 29/00(2006.01) H04S 7/00(2006.01) (71)申请人皇家飞利浦电子股份有限公司 地址荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 W.J.兰布 R.M。

2、.亚尔特斯 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人刘红 汪扬 (54) 发明名称 使用声音信号的距离估计 (57) 摘要 一种设备包括测试信号发生器（401），其通 过将音频带测试信号调制到超声波信号上来生成 超声波测试信号。超声波测试信号从参量扩音器 （403）中辐射，并且在空中利用非线性来解调。反 射的音频信号可以源于诸如墙体之类的对象的反 射。音频带传感器（405）生成音频带捕获信号，其 包括解调的反射音频带信号。距离电路（407）随 后针对从参量扩音器（403）到对象的距离生成距 离估计，以响应音频带捕获信号与音频带测试信 号的比较。特别地，两个信号可以。

3、被相关，以确定 与全路径长度相对应的延迟。基于距离估计，音频 环境可以被估计，并且音响系统可以相应地被适 配。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.11.20 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2011/052105 2011.05.13 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/145030 EN 2011.11.24 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书17页 附图10页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 17 页 附图 10 页 1/2页 2 1.一种用于确定至对象的距离的设备： 测试信。

4、号发生器（401），用于通过将音频带测试信号调制到超声波信号上来生成超声 波测试信号； 参量扩音器（403），用于在第一方向辐射超声波测试信号； 音频带传感器（405），用于生成音频带捕获信号，其包括源于超声波测试信号的解调的 反射音频带信号；和 距离电路（407），用于针对从参量扩音器（403）到对象的距离生成距离估计，以响应音 频带捕获信号以及音频带测试信号的反射音频信号估计。 2.权利要求1的设备，其中距离电路（407）被安排为响应于音频带捕获信号的频率分 布特性来生成在第一方向与对象的反射表面之间的角度估计。 3.权利要求1的设备，其中距离电路（407）被安排为响应于音频带捕获信号的频。

5、率分 布特性来为对象生成大小估计。 4.权利要求1的设备，其中距离电路（407）被安排为确定在时间阈值之后在音频带捕 获信号与反射音频信号估计之间最早的相关峰值以及生成多次反射距离估计，以响应在音 频带捕获信号与反射音频信号估计之间的后续相关峰值的定时。 5.权利要求1的设备，进一步包括音频环境电路（1003），其被安排为： 改变第一方向； 接收针对第一方向的不同值的距离估计；和 响应于距离估计，确定音频环境几何形状。 6.权利要求5的设备，其中参量扩音器（403）包括超声波换能器阵列，以及音频环境电 路（1003）被安排为通过控制超声波换能器的相对延迟、相位和增益中的至少一项来控制第 一方向。

6、的值。 7.权利要求5的设备，其中距离电路（407）被安排来生成多次反射距离估计，以响应音 频带捕获信号与反射音频信号估计的比较，多次反射距离估计指示包括多个反射的从参量 扬声器（403）到音频带传感器的路径的距离；以及其中音频环境电路（1003）进一步被安排 为响应于多次反射距离估计来确定音频环境几何形状。 8.权利要求5的设备，其中音频环境电路（1003）被安排为：针对音频环境确定混响时 间，以及确定音频环境几何形状，以响应混响时间。 9.权利要求5的设备，其中音频环境电路（1003）被安排为：接收包括用户始发的声音 的进一步音频带捕获信号，以及确定收听位置，以响应进一步音频带捕获信号和音。

7、频环境 几何形状。 10.权利要求5的设备，其被安排为迭代地确定针对第一方向的相应值的距离估计，以 及音频环境电路（1003）被安排为响应于针对第一方向的相应值的距离估计的动态变化来 估计音频环境几何形状。 11.权利要求5的设备，其被安排为迭代地确定针对第一方向的相应值的距离估计，以 及音频环境电路（1003）被安排为响应于针对第一方向的相应值的距离估计的动态变化来 估计音频环境中的收听位置。 12.一种空间声音再生系统，包括权利要求5的设备，以及其中音频环境电路（1003）被 安排为响应于音频环境几何形状来适配空间声音再生的特性。 权 利 要 求 书CN 102893175 A 2/2页 。

8、3 13.权利要求12的空间声音再生系统，其中音频环境电路（1003）被安排为响应于音频 环境几何形状来控制针对至少一个空间通道的定向声音的方向。 14.权利要求12的空间声音再生系统，其中参量扬声器（403）被安排为针对至少一个 空间通道再生声音。 15.一种用于确定至对象的距离的方法，该方法包括： 通过将音频带测试信号调制到超声波信号上，生成超声波测试信号； 在第一方向从参量扩音器（403）辐射超声波测试信号； 由音频带传感器（405）捕获音频带捕获信号，音频带捕获信号包括源于超声波测试信 号的解调的反射音频带信号；和 响应于音频带捕获信号以及音频带测试信号的反射音频信号估计，针对从参量扩。

9、音器 （403）到对象的距离生成距离估计。 权 利 要 求 书CN 102893175 A 1/17页 4 使用声音信号的距离估计 技术领域 0001 本发明涉及至对象的距离的估计，并且特别地而非排他地涉及基于距离的估计的 音频环境的表征（characterisation）。 背景技术 0002 对于许多应用来说，距离的自动确定是重要的。例如，音频环境极大地影响扩音器 系统的性能，并且例如，房间的音响效果显著地影响利用空间声音再生系统能够提供的空 间体验。为了提供最佳可能的空间再现（render），声音再生系统适当地被校准到特定音频 环境因此是重要的。因为不可能事先说明（account for。

10、）房间大小、音响系统位置和收听 者位置等等的每一种可能的排列，所以在实践中只可能提供有限数量的预设选项。声音再 生系统的适当校准因此必须就地利用设备来完成。为了优化声音再生，房间几何形状、收听 位置以及再现设备的位置应该最好是已知的。虽然有可能人工测量这个数据，但是这对用 户而言将代表不受欢迎的工作量，并且将遭受用户错误。如果能够自动地测量房间几何形 状（geometry），那么优化能够是自动的并且没有用户错误。这样的房间几何形状可以从至 诸如墙体（wall）之类的房间对象的距离测量中进行确定，并因此用于确定这样的至对象的 距离的实用系统是非常有利的。 0003 已提议基于定向声音信号的测量来。

11、确定至墙体的距离。WO2004666731A1公开一种 系统，其中使用常规的扩音器阵列和至少一个麦克风来校准条形音箱（sound bar）系统，其 中多个空间通道使用扩音器阵列以及声音信号的定向辐射、从单个扩音器设备中生成。 0004 所公开的系统使用常规的扩音器阵列来创建指向墙体的定向声音的波束。所反射 的声音利用麦克风来记录，并且在声音的发射和声音的捕获之间的时间差用于确定至反射 对象的距离。此方案与标准的声纳系统非常相似。针对这个系统的常规扩音器阵列的使用 具有若干缺陷。常规扩音器阵列只能在利用阵列的宽度和扩音器的间隔所确定的有限范围 的频率上产生高度定向的声束。有限的带宽导致所公开的系。

12、统将单个频率测试音调用于校 准，这与较宽带宽信号相比可能导致例如降低的信噪比。所公开的系统也可能易于产生能 够引起虚假结果的波瓣伪像（lobbing artefact）。 0005 常规扩音器阵列的使用所面临的另一问题是：高定向性所需要的大孔径也导致大 的音频束斑大小，其降低测量系统的分辨率。为了解决这个问题，WO200466673A1建议使用 聚焦算法来减小束斑大小。然而，为了聚焦波束，至反射对象的距离必须提前知道，即，其 要求将要测量的距离是已经知道的。就此而论，需要迭代优化程序来将波束聚焦到合适的 斑大小并利用合适的精度来识别墙体的位置。这在处理能力和测量/设置时间方面是昂贵 的。 00。

13、06 基于超声的距离检测系统也已被用于确定至墙体的距离。这些系统朝向墙体辐射 超声信号，并且测量在返回接收到超声信号之前所花费的时间。该距离随后可以被确定为 与超声信号的往返延迟的一半相对应。然而，这样的超声波测距系统要求：反射表面垂直于 超声波声束，并且对于其之间的偏差是非常敏感的。实际上，在许多情况下，甚至与垂直角 说 明 书CN 102893175 A 2/17页 5 度的小偏差也导致与具有（例如，更多墙体的）多次反射的路径相对应的测量信号，从而导 致错误的结果，并因而导致例如声音再生系统的错误校准。对于其中测距设备不能实用地 被定位并且不能直接地被指向正测量至其的距离的对象的许多固定校。

14、准系统来说，这样的 超声波测距系统因此往往是不切实际的。特别地，这些系统往往需要人工操作并且不适合 用于其中从测距设备到对象的确切位置和方向不是已知的许多自动化系统。 0007 因此，用于确定距离的改善系统将是有利的，并且特别地，虑及增加的灵活性、便 利的实现方式、便利的操作、改善的精度、增加的在系统与对象之间的几何关系的灵活性、 改善的针对自动测距和校准的适用性、改善的方向性、增加的聚焦和/或改善的性能的系 统将是有利的。 发明内容 0008 相应地，本发明寻求优选地单独或以任何组合来缓解、减轻或消除上述缺陷之中 的一个或多个缺陷。 0009 根据本发明的一个方面，提供一种用于确定至对象的距。

15、离的设备：测试信号发生 器，用于通过将音频带测试信号调制到超声波信号上来生成超声波测试信号；参量扩音器， 用于在第一方向辐射超声波测试信号；音频带传感器，用于生成音频带捕获信号，其中音频 带捕获信号包括源于超声波测试信号的解调的反射音频带信号；和距离电路，用于针对从 参量扩音器到对象的距离生成距离估计，以响应音频带捕获信号和音频带测试信号的反射 音频信号估计。 0010 本发明可以提供改善的和/或便利的距离估计。距离测量在许多实施例中可能更 适合于自动距离估计和/或可能对测量情景的几何特性的变化更不敏感。特别地，本发明 可以为其中来自传感器/参量扩音器的方向不与对象的表面垂直的情景提供改善的距。

16、离 估计。在许多情景中，可以实现更精确的定向距离测量，并且特别地，在保持低复杂度的同 时，可以实现较小的束斑大小。 0011 距离电路可以生成距离估计，以响应音频带捕获信号与音频带测试信号的相对定 时。 0012 音频带可以低于20kHz，而超声波信号具有高于20kHz的频率。音频带捕获信号可 以对应于在从0Hz到15kHz的频带内的频率间隔中的捕获声音，并且通常可以包括来自包 括低于10kHz或5kHz的频率的频率间隔的声音。 0013 在许多实施例中，音频带测试信号可以有利地具有不小于500Hz的频率带宽，并 且在一些实施例中可以更有利地具有不小于1kHz、2kHz乃至5kHz的频率带宽。。

17、这在许多 情景中允许更精确的估计，并且时常可以允许改善的相关特性诸如反射表面的角度或反射 对象的大小的估计。 0014 例如，音频带测试信号可以是（例如，对数）频率扫描信号、最大长度序列或随机带 有限噪声信号。在一些实施例中，例如，音频带测试信号可以是单音信号。 0015 参量扩音器和音频带传感器通常可以实质上共同定位（co-locate）。例如，这样的 共同定位可以对应于低于要估计的距离的十分之一，并且在许多实施例中可以小于50厘 米（cm）、25厘米乃至10厘米。 0016 超声波测试信号可以定向进行辐射，例如，诸如利用对于从3kHz到10kHz的频率 说 明 书CN 102893175 。

18、A 3/17页 6 间隔乃至对于从1500Hz上至15kHz的频率间隔在小于10或20的角度上具有6dB衰减 的定向波束进行辐射。主波瓣角度在较低频率上可能是较大的，并且例如在500Hz上可能 小于40。 0017 距离电路可以被安排来确定距离估计，以响应在时间阈值之后在音频带捕获信号 与音频带测试信号之间最早的相关峰值的定时。 0018 这可以允许实用且精确的距离确定。时间阈值可以是预定的时间延迟并且一般可 以对应于比从参量扩音器到音频带传感器的距离更长的路径长度。 0019 反射的音频信号估计在一些实施例中可以与音频带测试信号相同，或者例如，反 射的音频信号估计可以是经修改或经处理版本的例。

19、如被确定来补偿非线性解调的效果的 音频带测试信号。 0020 根据本发明的可选特征，距离电路被安排来生成在第一方向与对象的反射表面之 间的角度估计，以响应音频带捕获信号的频率分布特性。 0021 这可以提供可允许改善和/或扩展功能的附加信息。例如，当被用于确定或估计 音频环境几何形状时，它可以允许更精确的几何形状的确定并因而可以允许在此基础上改 善的声音再生。 0022 特别地，距离电路可以被安排来生成角度估计，以致于较高的相对高频能量集中 指示更接近垂直的角度。距离电路可以被安排来使角度估计偏向90，以便朝向较高频率 来增加能量集中。这在许多实施例中可以允许角度的合适估计。 0023 根据本。

20、发明的可选特征，距离电路被安排来生成对象的大小估计，以响应音频带 捕获信号的频率分布特性。 0024 这可以提供可允许改善和/或扩展功能的附加信息。例如，当被用于确定或估计 音频环境几何形状时，它可以允许更精确的几何形状的确定，并因而可以允许在此基础上 改善的声音再生。附加地或替代地，它在音频环境中可以允许或辅助对象识别。 0025 特别地，距离电路可以被安排来生成大小估计，以致于较高的相对低频能量集中 指示较大尺寸。距离电路可以被安排来将大小估计偏向于较大尺寸，以便朝向较低频率增 加能量集中。这在许多实施例中可以允许反射对象的大小的合适估计。 0026 根据本发明的可选特征，距离电路被安排为。

21、确定在时间阈值之后在音频带捕获信 号与反射音频信号估计之间最早的相关峰值，以及生成多次反射距离估计，以响应在音频 带捕获信号与反射音频信号估计之间后续相关峰值的定时。 0027 这可以提供可允许改善和/或扩展功能的附加信息。例如，当被用于确定或估计 音频环境几何形状时，它可以允许更精确的几何形状的确定，并因而可以允许在此基础上 改善的声音再生。 0028 根据本发明的可选特征，该设备进一步包括音频环境电路，其被安排为：改变第一 方向；接收对于第一方向的不同值的距离估计；以及响应于距离估计来确定音频环境几何 形状。 0029 该方案对于确定音频环境几何形状诸如房间几何形状可能是特别有利的。在许多。

22、 实施例中可以获得改善的精度，从而允许改善的声音再生系统的适配性并因而允许利用声 音再生系统改善的声音再生。特别地，对于空间音响系统，能够实现改善的空间声音再生。 0030 根据本发明的可选特征，参量扩音器包括超声波换能器的阵列，并且音频环境电 说 明 书CN 102893175 A 4/17页 7 路被安排为通过控制超声波换能器的相对延迟、相位和增益中的至少一个来控制第一方向 的值。 0031 这可以允许特别有利的方案，并且可以例如降低复杂度、便于操作和/或提 供第一方向的更精确控制。音频环境处理器可以为超声波换能器阵列实现波束形成 （beamforming）算法。 0032 根据本发明的可。

23、选特征，距离电路被安排来生成多次反射距离估计以响应音频带 捕获信号与反射音频信号估计的比较，多次反射距离估计指示从参量扩音器到音频带传感 器、包括多个反射的路径的距离；以及其中音频环境电路进一步被安排来确定音频环境几 何形状，以响应多次反射距离估计。 0033 这可以允许更精确的几何形状的确定，并因而可以允许在此基础上改善的声音再 生。 0034 根据本发明的可选特征，音频环境电路被安排来确定音频环境的混响时间以及响 应于混响时间来确定音频环境几何形状。 0035 这可以允许更精确的几何形状的确定，并因而可以允许在此基础上改善的声音再 生。 0036 根据本发明的可选特征，音频环境电路被安排为。

24、：接收包括用户始发的声音的进 一步音频带捕获信号，并且响应于进一步音频带捕获信号和音频环境几何形状来确定收听 位置。 0037 这可以提供能够允许改善的声音再生系统的适配性的附加信息，并且尤其可以允 许对于收听位置的最优化。用户始发的声音可以是假设的用户始发的声音，并且该方案可 以基于进一步音频带捕获信号包括用户始发的声音以及估计的音频环境几何形状的假设 来确定收听位置。 0038 进一步音频带捕获信号可以由音频带传感器来生成，并且可以与音频带捕获信号 相同或者例如可以是由另一传感器提供的另一信号。 0039 根据本发明的可选特征，该设备被安排为迭代地确定对于第一方向的相应值的距 离估计，并且。

25、音频环境电路被安排来估计音频环境几何形状，以响应对于第一方向的相应 值的距离估计的动态变化。 0040 在一些实施例中，该设备可以被安排来迭代地确定对于音频环境的距离估计，并 且音频环境处理器被安排为响应于距离估计的动态变化来估计音频环境几何形状。 0041 动态变化的考虑可以允许改善的音频环境的估计。相应的方向可以是实质上相同 的方向。 0042 根据本发明的可选特征，该设备被安排为迭代地确定对于第一方向的相应值的距 离估计，并且音频环境电路被安排为响应于对于第一方向的相应值的距离估计的动态变化 来估计音频环境中的收听位置。 0043 在一些实施例中，该设备可以被安排为迭代地确定对于音频环境。

26、的距离估计，并 且音频环境处理器被安排为响应于距离估计的动态变化来估计收听位置。 0044 动态变化的考虑可以允许收听位置的特别有效的估计。相应的方向可以是实质上 相同的方向。 0045 根据本发明的可选特征，提供包括前述的设备的空间声音再生系统，并且其中音 说 明 书CN 102893175 A 5/17页 8 频环境电路被安排为响应于音频环境几何形状来适配空间声音再生的特性。 0046 本发明可以允许具有改善的针对特定使用环境的适配性的特别有利的空间声音 再生系统。 0047 根据本发明的可选特征，音频环境电路被安排为响应于音频环境几何形状来控制 针对至少一个空间通道的定向声音的方向。 0。

27、048 本发明可以允许用于针对空间通道来控制定向声音辐射的特别有利的方案。空间 通道可以具体地是环绕（侧或后）通道。该方案对于定向打算经由一次或多次反射到达收听 位置的空间通道是特别有利的，以致于空间通道被感知为从与辐射该信号的扩音器的位置 不同的另一位置中始发。 0049 根据本发明的可选特征，参量扬声器被安排来针对至少一个空间通道再生声音。 0050 该方案可以允许参量扩音器提供空间通道，从而允许这利用小波束来精确地定 向，以提供精确的空间感知。这样的信号的关键且精确的定向辐射可以自动地适应于特定 音频环境而不需要附加扩音器。相同的参量扩音器因而可以用于不同的但互连的功能，以 便在保持低成。

28、本的同时提供改善的空间感知。 0051 根据本发明的方面，提供确定至对象的距离的方法，该方法包括：通过将音频带测 试信号调制到超声波信号上，生成超声波测试信号；在第一方向从参量扩音器辐射超声波 测试信号；由音频带传感器捕获音频带捕获信号，音频带捕获信号包括源于超声波测试信 号的解调的反射音频带信号；以及响应于音频带捕获信号以及音频带测试信号的反射音频 信号估计，对于从参量扩音器到对象的距离生成距离估计。 0052 本发明的这些和其他方面、特征和优点从下文描述的（一个或多个）实施例中将是 显然的并将参考这（一个或多个）实施例来阐述。 附图说明 0053 本发明的实施例将仅利用示例、参考附图来描述。

29、，其中： 图1是用于环绕音响系统的扬声器系统设置的图示； 图2是用于环绕音响系统的扬声器系统设置的示例的图示； 图3是用于环绕音响系统的扬声器系统设置的示例的图示； 图4示出根据本发明的一些实施例的用于确定至对象的距离的设备的元素的示例； 图5示出根据本发明的一些实施例的用于确定至对象的距离的设备的测量情景的示 例； 图6示出根据本发明的一些实施例的用于确定至对象的距离的设备的测量情景的相 关响应的示例； 图7和8示出根据现有技术的用于超声波测距系统的超声波距离测量情景的示例； 图9示出根据本发明的一些实施例的用于确定至对象的距离的设备的测量情景的示 例； 图10示出根据本发明的一些实施例的空。

30、间声音再生系统的元素的示例；和 图11示出根据本发明的一些实施例的由空间声音再生系统进行的房间几何形状确定 的示例。 说 明 书CN 102893175 A 6/17页 9 具体实施方式 0054 以下描述集中于可应用于基于从距离测量中确定的音频环境几何形状来校准空 间声音再生系统的本发明的实施例。然而，将意识到：本发明并不限于这种应用，而可以应 用于许多其他的情景以及应用于许多其他的应用。 0055 图1示出用于诸如家庭影院系统之类的常规的五通道环绕声空间声音再生系统 的扬声器系统设置。该系统包括提供中央前通道的中央扬声器101、提供左前通道的左前扬 声器103、提供右前通道的右前扬声器10。

31、5、提供左后通道的左后扬声器107以及提供右后 通道的右后扬声器109。五个扬声器101-109在收听位置111上一起提供空间声音体验， 并且允许在这个位置上的收听者感受环绕的且身临其境的声音体验。在许多家庭影院系统 中，该系统可以进一步包括用于低频音效（Low Frequency Effect）（LFE）通道的低音炮。 0056 对于扩音器被定位在收听位置的侧面或后面的要求一般被认为是不利的，这是因 为其不仅需要将附加扩音器定位在不方便的位置上，而且还需要将这些扩音器连接到驱动 源，诸如一般家庭影院功率放大器。在典型的系统设置中，需要将电线从环绕扩音器位置 107、109延伸至通常在前置扬声。

32、器101、103、105的附近定位的放大器单元。这对于如同打 算在没有针对声音体验进行优化或不是专用于声音体验的环境中具有广泛吸引力和应用 的家庭影院系统之类的产品而言是特别不利的。 0057 图2示出修改的扬声器系统设置的示例。在这个示例中，前置扩音器即左前扩 音器103、中央扩音器101以及右前扩音器105向收听位置111的前面提供声像（sound image）。然而，在图2的系统中，环绕声信号不是由定位于用户的后面的单独扩音器来提供 的，而是由定位于收听位置111的前面的扩音器201、203来提供的。在该具体示例中，左环 绕扬声器201与左前扬声器103相邻定位，而右环绕扬声器203与右。

33、前扬声器105相邻定 位。 0058 在该示例中，环绕扬声器201、203被安排为辐射被侧墙体209、211以及后墙体213 反射的声音信号205、207，以便从至收听者的后面的方向到达收听位置111。因而，后环绕 扬声器201、203提供对收听者而言似乎自背部始发的环绕信号205、207。这种效果通过辐 射后向声音信号205、207以致于这些信号被墙体209、211、213反射来实现。在具体示例中， 环绕声音信号205、207主要经由两个墙体反射即侧墙体209、211的反射以及后墙体213的 反射到达收听位置。然而，将意识到：其他的实施例和情景可以包括更少或更多的反射。例 如，环绕信号205。

34、、207可以被辐射，以便通过侧墙体209、211的单次反射到达收听位置111， 从而对于用户的侧边提供感知的虚拟声源。 0059 在图2的示例中，每一个空间通道利用其自己的个别扬声器来辐射。所描述的方 案虑及有效的环绕体验，同时允许环绕扬声器201、203被定位在用户的前面并且特别地与 前置扬声器101、103、105之一共同定位或与之相邻。然而，这进一步允许相同的扬声器被 用于再现一个以上的空间通道。因而，在许多实施例中，环绕扬声器201、203也可以被用于 再现前置通道之一。 0060 在具体示例中，左环绕扬声器201也可以再现左前通道，并且右环绕扬声器203也 可以再现右前通道。然而，由。

35、于左右前通道应该直接被提供给收听位置（经由直接路径）以 致于这些通道似乎来自前面，即直接来自扬声器位置，所以前通道在与环绕通道不同的方 向上被再现。 说 明 书CN 102893175 A 7/17页 10 0061 因而，相应地，左前扬声器103和右前扬声器105能够被移除，并且反而能够使用 左环绕扬声器201和右环绕扬声器203，从而导致图3的系统。图2和3的空间系统因而以 至少由左环绕扬声器201和右环绕扬声器203进行的定向声音辐射为基础。例如，这可以 通过使用在期望方向固定角度（angle）的定向驱动器单元来实现，但是可以更频繁地通过 使用能够是波束偏转的换能器阵列来实现。因而，左环。

36、绕扬声器201和右环绕扬声器203 中的每一个可以包括多个换能器单元，其中这些单元被馈送不同加权（相位和/或振幅）和 /或延迟版本的驱动信号，以提供期望的波束形成并因而提供方向性。 0062 此外，所有的系统将在收听位置111上提供严重依赖于音频环境的几何形状的空 间声音体验。特别地，房间几何形状影响所感知的空间声音。特别地，图2和3的环绕通道 的空间感知通过墙体的反射来实现，并因而非常严重地依赖于具体的房间几何形状。 0063 相应地，重要的是针对特定的音频环境并且尤其针对房间几何形状来校准和适配 声音再生系统。这时常可以人工或半自动来实现，而这需要用户将麦克风定位在收听位置 上并执行专用校。

37、准处理。然而，这对于许多典型用户来说往往是复杂、耗时、令人困惑且不 切实际的。 0064 在下文，将描述能够生成房间/音频环境几何形状的自动估计的系统，其允许声 音再生系统针对具体环境来校准。该系统基于距离测量，其使用超声与音频带信号和测量 的组合。 0065 所描述的方案使用参量扩音器在给定的方向辐射调制的超声波信号。因而，超声 波发射机（采用超声波扩音器的形式）投射利用音频带测试信号调制的高强度超声波的高 定向束。在超声波通过空气传播时，音频带测试信号被解调，以形成高度定向的声束。当这 个声束遇到诸如墙体、天花板或大型对象之类的障碍物时，音频声音在广泛角度上被反射 并且随后利用放置在发射机。

38、附近的音频带传感器（诸如标准的音频麦克风）来记录。在反射 信号的发送与接收之间的时间差随后被用于识别至反射/散射对象的距离。 0066 该方案可以用于在一组角度上执行扫描，从而允许计算例如从设备到房间的墙体 和/或天花板的距离以及允许构建房间的几何模型。使用这个信息，声音再生系统随后能 够被调节来针对任何给定的房间和收听位置优化声音再现。下面的描述将集中于通过确定 房间的墙体的距离和位置来确定二维房间几何形状，但是将意识到：该方案同样可以应用 于三维房间几何形状的确定。特别地，将意识到：所描述的方案同样适合于例如确定至房间 的天花板的距离。 0067 图4更详细地示出测量系统的示例。该系统包括。

39、测试信号发生器401，其通过将音 频带测试信号调制到超声波信号上来生成超声波测试信号。测试信号发生器401耦合到辐 射调制的超声波测试信号的参量扩音器403。 0068 参量扩音器是使用空气的非线性属性来从高强度超声波载波信号中解调音频的 音频设备。超声波载波信号一般是具有非常短的波长的超声波载波。当从具有的尺寸远大 于声音的波长的换能器投射超声波声波时，产生非常窄的超声波束。在超声波通过空气传 播时，从超声波载波信号中解调音频信号。特别地，音频路径中的任何非线性能够充当解调 器，从而重建用于调制超声波载波信号的原始音频测试信号。这样的非线性可以自动出现 在传输路径中。特别地，空气作为传输介质。

40、固有地展现出非线性特性，其导致超声波变成可 闻的。因而，在该示例中，空气本身的非线性特性引起高强度超声信号中的音频解调。 说 明 书CN 102893175 A 10 8/17页 11 0069 解调的音频信号也由于主要超声波载波的紧密捆绑而形成高定向波束。声源的高 定向性允许可闻声音被定向至非常具体的位置，这对于精确估计距离的目的而言是非常有 利的。此外，参量扩音器是紧凑的且具有固有小的斑大小而不需要附加聚焦。 0070 虽然参量扩音器能够利用非常高的精度朝向房间的任何点定向声束，但是一旦波 束撞击到对象，音频分量遍及整个房间被散射。如果麦克风碰巧与参量换能器放置在一起， 那么它将检测反射的。

41、音频信号。这个系统似乎类似于基于超声波发射机和接收机的常规的 超声波距离检测声纳系统。关键区别在于：超声波声纳系统发射和接收超声波，而图4的系 统发送超声波和接收音频范围信号。以高度镜面方式从墙体反射超声波。如果墙体与发射 机垂直，那么将朝向接收机反射回强信号。由于发射机和墙体之间的角度变得越来越平行， 所以远离接收机反射该信号。信噪比因而被降低，并且也具有超声波束的后续反射可能在 接收机上导致强信号的潜在风险，从而引起异常读数。 0071 新方法发送超声波束，但是接收音频信号。高频分量往往比低频分量更像镜面被 散射，实际上低频分量以几乎全向的分散模式被散射。由于大部分的反射音频信号近似全 向。

42、地被反射，所以无论换能器与墙体形成的角度如何，声音始终朝向接收机被反射回。新方 法因此总是能够精确地确定在给定波束角度上至墙体或反射对象的最近距离。 0072 在图4的系统中，参量扩音器403的输出是利用音频测试信号调制的超声波载波。 在从扩音器到墙体的传输期间，利用非线性交互从超声波载波信号中解调音频，以形成可 闻声束。因而，高度定向且窄的声音信号被生成并朝向墙体被辐射。 0073 在声束遇到的第一障碍物上，音频带信号相对均匀地被散射到房间中，并因而也 朝向参量扩音器403被反射回。 0074 图4的系统进一步包括生成音频带捕获信号的音频带传感器405。在具体示例中， 音频带传感器405是标。

43、准的音频带麦克风，其具有从例如低于1kHz到高于例如8kHz的带 宽。因而，麦克风405捕获音频带（的至少一部分）并生成相应的电信号。对象（墙体）的反 射/散射导致解调的音频测试信号朝向麦克风405被反射，并因而捕获的音频带信号包括 由于调制的超声波测试信号的空中解调而产生的解调的反射音频带信号。 0075 麦克风405耦合到接收捕获音频带信号的距离电路或处理器407。它进一步耦合 到测试信号发生器401，其中它从测试信号发生器接收对于音频带测试信号的反射音频信 号估计。特别地，反射音频信号估计可以被确定为对应于由于音频带测试信号在空中的非 线性解调而产生的音频信号。因而，反射音频信号估计与音。

44、频带测试信号之间的差异可以 反映音频路径（并且特别地，解调）的非线性。 0076 距离电路407随后着手响应于音频带捕获信号与反射音频信号估计之间的比较 并且特别地通过比较这二者的相对定时来针对从参量扩音器403到对象的距离生成距离 估计。 0077 为了简洁清晰起见，初始地将针对其中这些非线性效应不是显著的即其中反射音 频信号估计与音频带测试信号是相同的情景来描述以下方案。因而，在这样的实施例中，距 离电路或处理器407被直接馈送音频测试带。 0078 该系统可以基于与从参量扩音器403到麦克风405的路径长度相对应的测量的延 迟时间来确定距离。特别地，通过测量在发送的信号与反射的信号之间的。

45、时间差，能够使用 声速来计算在那个方向上在该系统与反射对象/墙体之间的距离。 说 明 书CN 102893175 A 11 9/17页 12 0079 特别地，参量扩音器403和麦克风405可以被共同定位，在这种情况下，所测量的 路径长度将对应于该距离的两倍。将意识到：当参量扩音器403与麦克风405之间的距离 增加时，在参量扩音器403与麦克风405之间的这个距离以及路径将形成三角形，这允许使 用简单的几何关系来计算该距离（例如，参见图5）。在许多实施例中，参量扩音器403与麦 克风405之间的距离是如此之小，以致于对所估计距离的影响能够被忽略，并且该距离被 简单地计算为路径长度除以2。如果。

46、参量扩音器403与麦克风405之间的距离小于将要测 量的最小距离的5-10%，那么这一般可以实现。 0080 为了简洁清晰起见，以下描述将假设参量扩音器403与麦克风405被完全共同定 位。 0081 为了确定距离，距离处理器407可以特别地使用基于相关的技术，因为这样的技 术对于从嘈杂的测量数据中提取距离信息而言往往是特别稳健的。 0082 特别地，将生成的音频测试信号与从麦克风405捕获的音频测试信号互相关将导 致与时间采样Tr相对应的互相关的峰值，其中在时间采样Tr在麦克风405上返回接收到 每一个回声，即，包括一次或多次反射的路径将导致音频测试信号以相应延迟到达麦克风。 因而，这些峰值。

47、可以被检测并被用于确定路径长度估计。例如，如在图6的示例中所示的， 一般在指示多次反射的脉冲响应中将具有若干峰值。第一峰值T 1 对应于第一反射。这能 够用于提供有关至与墙体的距离的信息。进一步峰值可以对应于多次反射，并且能够用于 确定这样的多条反射路径。例如，这可以用于房间的更高阶建模。 0083 通过将采样数的第一峰值即T 1 转换成时间索引（通过除以采样频率fs）并且随后 乘以声速（大约340ms -1 ），能够导出总路径长度的估计： 。 0084 图6示出在典型的房间中使用对数扫描测试信号和参量扬声器获得的测量脉冲 响应。前4000个采样由于参量扬声器403与麦克风403之间的耦合而显。

48、示“假脉冲”。这 由于在驱动电子设备的参量阵列中包括的预处理而被延迟大约2600个采样。从后续峰值 中减去第一“伪峰值”的索引给出音频路径的实际传播时间/路径延迟。在大约6000个采 样上的第一大峰值归因于第一反射。更高阶反射产生随后的较小峰值。 0085 在该示例中，距离处理器407响应于相关峰值的定时来确定距离估计。例如，相关 峰值可以被选择为所测量的相关响应中的第N个相关峰值，其中N可以是1、2、。在许 多实施例中，第一相关峰值对应于直接耦合，并且距离估计可以响应于第二相关峰值的定 时来确定。因而，距离估计可以响应于在给定的时间阈值/延迟之后出现的第一峰值的定 时来确定。这个延迟可以基于。

49、相关响应本身来确定，例如，它可以被设置为对应于第一（直 接耦合）相关峰值的时间或者可以被设置为预定时间延迟，例如对应于高于参量扩音器403 和麦克风405之间的最大期望距离的延迟但小于与将要测量的最小距离的两倍相对应的 延迟。 0086 类似地，针对多次反射的路径长度可以从与N=3、4、5（或2，如果直接耦合被 足够衰减的话）的值相对应的相关峰值或在给定延迟之后的反射的定时中进行确定。 0087 该方案可以在许多情景中提供改善的距离估计。特别地，该方案可以克服或缓解 说 明 书CN 102893175 A 12 10/17页 13 与使用常规扩音器阵列相关联的波瓣（lobbing）、斑大小、带宽限制以及扬声器（阵列）尺寸 的问题。实际上，该方案可以允许低复杂度方案，其能够提供将用于距离确定的非常定向的 声音辐射，同时保持减小的尺寸和低成本/复杂度。 0088 此外，该方案不容易遭受通常与超声波测距系统相关联的问题。这样的。