苹果再获空间音频新专利，可用于感知未来HMD+设备中基于头躯干定位的声源定位

近日，苹果获得一项新专利，该专利主要涉及用于在耳机和苹果未来基于头对躯干定向的混合现实可穿戴设备中渲染空间音频的高级音频系统的各个方面。随着时间的推移，苹果先进的空间音频可能可以与连接Mac、iPhone等的AirPods配合使用。

耳机可以再现设备传递的空间音频信号，以模拟环绕在用户周围的声音。有效的空间音频再现可以重现声音，使用户将声音感知为来自用户头部外部声音中的某个位置，就像用户在现实世界中感知到的声音来自各个方向一样。

当声音从现实世界中的周围环境传播到听众时，声音沿着直接路径传播，例如，通过空气传播到听众的耳道入口，并沿着一个或多个间接路径传播，比如通过在听众的头部或肩膀周围反射和衍射。当声音沿着间接路径传播时，音损可能会被引入耳道入口接收的声学信号中。用户特定的音损可以通过使用空间音频滤波器的信号处理算法整合到双耳音频中。例如，头部相关传递函数（HRTF）描述了位于空间中某处的声音（相对于听众的身体）在进入听觉系统之前如何被过滤，比如在听众的头部，躯干和外耳周围反射或衍射。HRTF描述的线索可以使听觉系统确定声音来自空间中的位置。

为了实现精确的空间音频再现，虚拟音频系统可以使用HRTF来创建声音来自空间某处的错觉。更具体地说，与HRTF相关的音频滤波器可以应用于音频输入信号，以塑造信号的方式，即塑造信号的再现逼真地模拟从测量HRTF的相对位置传播到用户的声音。因此，听众可以使用简单的立体声耳机，通过将双耳音频滤波器应用于音频输入信号，在聆听环境中的某个地方产生声源的错觉。

现有的虚拟音频渲染系统需要知道用户的头部相对于虚拟声源的方向，以便选择合适的头部相关传递函数（HRTF）。通常，HRTF被定义为依赖于方位角，仰角，有时还依赖于虚拟声源和用户头部之间的距离。

到目前为止，HRTF数据集的定义还未涵盖身体其他部分相对于用户头部方向相关的维度。更特别的是，当使用HRTF数据集时，从名义上的向前头部到躯干方向的变化不被考虑；躯干被假定为随着头部旋转和移动。通过这种方式，用户在保持躯干静止的情况下，如面向前方，头部向右转动，就会有听到声音的不安体验，就好像他们的躯干与头部同时向右转动。

换句话说，虚拟音频渲染系统不区分头部和躯干分开移动的情况以及头部和躯干一起移动的情况。现有虚拟音频渲染系统对人躯干方向的忽视会导致空间音频渲染无法准确再现躯干方向对现实生活中声源的影响。

苹果的授权专利涵盖了一种媒体系统以及一种使用媒体系统准确再现虚拟音频的方法，同时考虑到用户的头部相对于用户躯干的方向。

媒体系统包括一个或多个处理器，这些处理器配置为确定头到源方向和头到躯干方向。头到声源的方向可以是用户头和声源之间的相对位置或方向。相对方向可以从头部跟踪装置生成的头部跟踪数据中确定，例如具有惯性测量单元的头部安装设备。

头部到躯干的方向可以是用户头部和用户躯干之间的相对位置或方向。相对方向可以直接测量，例如，通过头部跟踪装置的一个或多个传感器或配套装置。或者可以仅基于头部跟踪装置生成的头部跟踪数据来推断相对方向。

基于头部跟踪数据对头部到躯干方向的估计可以包括确定当头部方向数据满足头部运动条件时躯干与头部对齐。

例如，当头部移动时，躯干可能会移动或者当头部移动时，躯干可能会移动，然后在新的方向上停止移动。

在一个方面，当头部以特定模式移动时，躯干可能会移动。在任何情况下，躯干的运动都可以与头部运动有关，例如，通过头部跟踪数据的平均值或中位数或者以某种其他方式，例如，通过根据对应于为头部运动检测到的模式的特定模式移动躯干。

下面的苹果专利图1是用户相对于声源在声景中的位置的图形视图；图2是基于头到躯干方向再现空间音频的方法的流程图。