專利名稱：用雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)壓力場建立虛擬環(huán)繞的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及用于例如只用兩個(gè)前置揚(yáng)聲器的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)壓力場建立虛擬環(huán)繞聲的一種方法和系統(tǒng)，本發(fā)明尤其涉及在本地重建壓力場，該場是在該地點(diǎn)沒有聲源的情況下在本地產(chǎn)生實(shí)際的聲源。
2.相關(guān)技術(shù)描述隨著在DVD和其他媒介上的多聲道音頻的出現(xiàn)，就有了這樣一種情況，聽者希望在沒有為了制造環(huán)繞聲而增加后置揚(yáng)聲器所帶來的不便的情況下享受聆聽多聲道音響(即，環(huán)繞聲)的樂趣。例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)和電視機(jī)通常配有兩個(gè)揚(yáng)聲器，為了增加環(huán)繞聲效果，聽者通常需要增加后置揚(yáng)聲器。在很多情況下，這意味著需要連接導(dǎo)線到揚(yáng)聲器，而這將增加成本，并且有時(shí)在美學(xué)上令人不舒服。因此，需要只通過電子設(shè)備(如個(gè)人計(jì)算機(jī)和電視)所提供的兩個(gè)揚(yáng)聲器來建立和多揚(yáng)聲器家庭影院系統(tǒng)一樣的聲壓場。
建立這樣的系統(tǒng)的一種方法是首先選擇希望的虛擬揚(yáng)聲器位置。例如，前置揚(yáng)聲器可以處在正負(fù)45度的位置，中置揚(yáng)聲器可以處在0的位置度而環(huán)繞可以處在正負(fù)90度的位置。然后用合適的同側(cè)和對側(cè)位濾波器對音頻聲道進(jìn)行濾波，這樣的濾波器可以從頭相關(guān)傳輸函數(shù)(HRTF)測量的沖激響應(yīng)來得到。這些濾波器給了聽者這樣的印象聲源(即，虛擬揚(yáng)聲器)是從空間中的這些位置發(fā)出的。該系統(tǒng)隨后過濾每個(gè)音頻聲道，把所有的左信號加在一起，然后再相加右信號，使得把它們精簡成立體聲對。因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要消除和左右立體聲揚(yáng)聲器相關(guān)的串?dāng)_，所以該系統(tǒng)隨后用和實(shí)際的揚(yáng)聲器位置相關(guān)的逆HRTF變換來濾波左信號和有信號。為此，需要首先計(jì)算逆HRTF。但是，確定逆HRTF的一個(gè)缺點(diǎn)是需要測量耳朵的耳廓特征，即，需要進(jìn)行物理測量，這可是既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢的復(fù)雜過程。因此，仍然需要在不必計(jì)算逆HRTF的情況下以計(jì)算上較簡單的方式用兩個(gè)揚(yáng)聲器來建立環(huán)繞音效的方法和系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)總特征是為了用兩個(gè)揚(yáng)聲器來建立環(huán)繞音響效果，提供了在不必計(jì)算逆頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換函數(shù)(HRTF)的情況下以計(jì)算上較簡單的方式建立所希望的位置效果的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一種示范方法和系統(tǒng)用從單點(diǎn)源產(chǎn)生的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)壓力場建立希望的3D聲音印象。即，本發(fā)明將聽者的耳朵模擬成距離相隔2a的兩個(gè)點(diǎn)，而不使用對環(huán)繞音效的HRTF測量，其中a代表聽者的頭部半徑。因此，頭部衍射等效應(yīng)可能不會被明顯地考慮在內(nèi)。這里的本發(fā)明的一個(gè)方面是為了在聽者的耳朵附近本地重建實(shí)際聲源將產(chǎn)生的壓力場。
根據(jù)本發(fā)明的示范方法和系統(tǒng)消除了使用HRTF的一個(gè)缺點(diǎn)，尤其是使用耳朵的耳廓特征進(jìn)行測量的缺點(diǎn)。這意味著聽者隨后“基本上”必須通過這些耳朵來收聽。相反，通過本發(fā)明，聽者耳朵附近的壓力場被近似，使得不再建立傳輸函數(shù)中對聲音進(jìn)行潤色的仿真峰波和陷波。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是將聽者周圍的圖像引導(dǎo)至水平面上任何希望的位置。這是通過把壓力場分解成它的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)部分從而建立所需的粒子運(yùn)動(dòng)來完成。
本發(fā)明的還有一個(gè)特點(diǎn)是提供了一種通過兩個(gè)揚(yáng)聲器為用Dolby ProLogic或Dolby Surround編碼的內(nèi)容建立類似于多揚(yáng)聲器家庭影院系統(tǒng)的聲壓場的有效方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這些和其他特點(diǎn)是通過提供一種采用兩個(gè)前置揚(yáng)聲器建立環(huán)繞聲的方法來完成的，該方法包括以下步驟提供聲音源；將聲音源分解成雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)；將立體聲揚(yáng)聲器建立的壓力場分解成雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)；找出對于雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)的逆頻率相應(yīng)；根據(jù)Δ=ΔR[ΔSpk]]]>計(jì)算出雙極點(diǎn)的近似值；根據(jù)Σ=ΔR[ΔSpk]]]>計(jì)算出單極點(diǎn)的近似值；將雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)信號的和提供給左揚(yáng)聲器；以及將雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)信號間的差異信號提供給右揚(yáng)聲器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，這些目的是通過提供一種用雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)校正濾波器來虛擬Dobly Prologic編碼的立體聲信號的方法而實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟提供立體聲ProLogic信號，其中立體聲信號包括左信號和右信號；通過從左信號中減去右信號計(jì)算雙極點(diǎn)通過把左信號加到右信號計(jì)算單極點(diǎn)；用低階濾波器近似逆單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)的補(bǔ)償傳輸函數(shù)；將包括補(bǔ)償雙極點(diǎn)信號和補(bǔ)償單極點(diǎn)信號的信號提供給左揚(yáng)聲器；以及將包括補(bǔ)償單極點(diǎn)信號減去補(bǔ)償雙極點(diǎn)信號的信號提供給右揚(yáng)聲器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，這些特點(diǎn)是通過提供一種用于調(diào)節(jié)調(diào)整立體聲增強(qiáng)的寬度的增益(g)的方法來實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟為立體聲信號形成單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)補(bǔ)償濾波器；以及將補(bǔ)償雙極點(diǎn)濾波器的值調(diào)節(jié)至希望的值，以改變環(huán)繞聲效果。
根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)方面，這些特點(diǎn)是通過提供一種用兩個(gè)具有時(shí)延效果的前置揚(yáng)聲器建立環(huán)繞聲的方法來實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟形成第一濾波器，它包括F1濾波器，其中濾波器F1是從揚(yáng)聲器到最近的聽者的耳朵的第一傳輸函數(shù)；濾波器L1，該濾波器L1模擬從揚(yáng)聲器到最遠(yuǎn)的聽者耳朵的頭部陰影；形成濾波器A，它包括濾波器F2，其中濾波器F2是從希望的聲音位置源來的第二傳輸函數(shù)，其中用2×1的矢量來描述該聲音源，如果聲音在聽者的右邊，那么第一個(gè)值是希望的聲音信號，第二列值是0，如果聲音在聽者的左邊，那么第一個(gè)值是0，第二列值是希望的聲音信號；濾波器L2，該濾波器L2模擬從希望的聲音位置源到最遠(yuǎn)的聽者耳朵的頭部陰影；將該列矢量和H(z)相乘，其中H(z)=11-z-2m1G(z)1-z-m1L1-z-m1L111-z-m2L2-z-m2L21;]]>根據(jù)m1近似延時(shí)，其中m1=Round(2aFssinθc);]]>根據(jù)Δ=1-z-m2L21-z-m1L1]]>計(jì)算雙極點(diǎn)的近似；根據(jù)Σ=1+z-m2L21+z-m1L1]]>計(jì)算單極點(diǎn)的近似；將雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)信號的和提供給左揚(yáng)聲器；以及將雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)信號間的差值提供給右揚(yáng)聲器。
通過考慮下面的詳細(xì)描述，并結(jié)合所附示圖，本發(fā)明上述的以及其他很多的特點(diǎn)和附帶的優(yōu)點(diǎn)將變得更清晰。
附圖簡述本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述將參照所附示圖進(jìn)行。


圖1是用四個(gè)揚(yáng)聲器為聽者建立環(huán)繞聲的現(xiàn)有技術(shù)的示范展示；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的函數(shù)|ΔSpk|，且假設(shè)r0＝1.0m，a＝0.09m，和θ＝20°的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的單極點(diǎn)頻率響應(yīng)的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的觀眾收聽點(diǎn)源壓力的示范展示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的曲線函數(shù)|ΔR|和|∑R|的示意圖，它們分別代表雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，表示了對于放置在正負(fù)10°的揚(yáng)聲器以及90°處的虛擬源的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)(Δ和∑)濾波器；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，表示了用第一階濾波器來近似雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)(Δ和∑)的低頻特性；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，表示了用濾波器以2個(gè)和3個(gè)四次冪來近似雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)(Δ和∑)的頻率特性；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，表示了對于放置在θ＝-/+20的揚(yáng)聲器以及放置在φ＝90處的虛擬揚(yáng)聲器的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)(Δ和∑)濾波器的低頻近似；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范濾波器模擬電路圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有可變基準(zhǔn)(g)的立體聲的示范展示；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范模擬電路；圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用兩個(gè)揚(yáng)聲器來從四聲道聲卡建立環(huán)繞聲的示范濾波器框圖；圖14是根據(jù)圖13中所揭示的實(shí)施例用兩個(gè)實(shí)際的揚(yáng)聲器模擬來自四聲道聲卡環(huán)繞聲的示范展示；圖15是根據(jù)圖13中所揭示的另一個(gè)實(shí)施例用三個(gè)揚(yáng)聲器來支持四聲道聲卡的示范濾波器框圖；圖16是根據(jù)圖15中所揭示的實(shí)施例用三個(gè)實(shí)際的揚(yáng)聲器來模擬來自四聲道聲卡環(huán)繞聲的示范展示；圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用四個(gè)前置實(shí)際揚(yáng)聲器來模擬來自四聲道聲卡環(huán)繞聲的示范展示；圖18是根據(jù)圖17中所揭示的實(shí)施例用四個(gè)前置揚(yáng)聲器支持四聲道聲卡的示范濾波器框圖；圖19是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的示意圖；圖20是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的另一個(gè)示意圖；圖21是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的另一個(gè)示意圖；圖22是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的另一個(gè)示意圖；圖23是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的進(jìn)一步示意圖24是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的另一個(gè)示意圖；圖25是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的示范框圖；圖26是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的示范模擬圖；圖27是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的另一個(gè)示范框圖；圖28是展示聽者以及相關(guān)傳輸函數(shù)的另一個(gè)圖；圖29是雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)串?dāng)_濾波器的示意圖；圖30是使用時(shí)延的級聯(lián)雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)濾波器的示意圖；圖31是球狀頭部模型雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)濾波器的另一個(gè)示意圖；圖32是球狀頭部模型的另一個(gè)示意圖；圖33是時(shí)延模型的示意圖；以及圖34是點(diǎn)源模型的示意圖。
發(fā)明詳述本描述不是出于限制的目的，而僅僅是為了展示本發(fā)明的的基本原理所做出的。本發(fā)明的詳細(xì)描述段落的標(biāo)題和總的結(jié)構(gòu)是只為了方便的目的，并不試圖限制本發(fā)明的。
雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)如圖1中所展示的例子，點(diǎn)Pt1和Pt2相隔距離2a被放置，其中a是聽者頭部10的半徑。從Pt1和Pt2到右前置揚(yáng)聲器14的距離分別為r1和r2。在幾何學(xué)中，這意味著左前置揚(yáng)聲器12和右前置揚(yáng)聲器14相隔距離2r0被放置。環(huán)繞揚(yáng)聲器，即，左環(huán)繞揚(yáng)聲器16和右環(huán)繞揚(yáng)聲器18，產(chǎn)生在和聽者的耳朵垂直的方向上發(fā)生受控的粒子運(yùn)動(dòng)，(假設(shè)聽者面朝前方)。因此，如果兩個(gè)前置揚(yáng)聲器在聽者的耳朵附近只能產(chǎn)生相同的粒子運(yùn)動(dòng)，聽者10將感受到和用環(huán)繞揚(yáng)聲器播放該信號相類似的體驗(yàn)。
例如，如果饋給左前置揚(yáng)聲器12信號W，饋給右前置揚(yáng)聲器14信號-W，那么這兩個(gè)揚(yáng)聲器成為雙極點(diǎn)，并使得粒子在它們之間前后移動(dòng)。換言之，空氣運(yùn)動(dòng)被控制成和聽者的耳朵垂直。但是由于雙極點(diǎn)具有和普通揚(yáng)聲器不同的頻率輻射特性，所以可能需要修正差異。一旦修正之后，聽者應(yīng)該感受到令人信服的環(huán)繞聲體驗(yàn)。下面是關(guān)于如何修正單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)的頻率特性的討論。
A.對點(diǎn)光源的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)串?dāng)_消除器所有的前置揚(yáng)聲器被處理成點(diǎn)源，那么前置揚(yáng)聲器在點(diǎn)Pt1處(見圖1)造成的壓力可以被描述為P(Pt1)=veiωt(eikr2r2-eikr1r1)]]>類似地，點(diǎn)Pt2處的壓力可以被描述為P(Pt1)=-veiωt(eikr2r2-eikr1r1)]]>其中W＝veiiwtωt；波數(shù)k＝ω/c，ω是角頻率，c是音速，以及r1=r02+a2+2ar0sinθ]]>和r2=r02+a2-2ar0sinθ]]>此外，壓力的大小可以被表述成|ΔSpk|=def|P(Pt1)|=|P(Pt2)|]]>作為例子，圖2中圖示出了函數(shù)|ΔSpk|，且假設(shè)r0＝1.0，a＝0.09和θ＝20°。(見圖1對變量的定義)假設(shè)r0＞＞a，即揚(yáng)聲器與聽者之間的距離遠(yuǎn)大于聽者頭部的半徑，那么用二項(xiàng)展開式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以得出r1=ρ(1+ar0ρ2sinφ)+O((aρ)2)----(1.1)]]>r2=ρ(1-ar0ρ2sinφ)+O((aρ)2)]]>其中ρ=a2+r02,]]>因此|ΔSpk(k)|=|P(Pt1)-P(Pt2)|=vρ|2jsin(akr0ρsinθ)|+O(a2ρ2)----(1.2)]]>因此聲音與波長λ須滿足λm＝asinθ(其中m是整數(shù))導(dǎo)致了下述頻率的頻域中的陷波fD=mcasinθ]]>因此，需要補(bǔ)償這些陷波和雙極點(diǎn)的低頻消除。為了補(bǔ)償這樣的表現(xiàn)，將對傳輸函數(shù)求逆。這意味著在圖1中的Pt1和Pt2處用逆濾波器粒子運(yùn)動(dòng)來預(yù)先濾波信號，從而產(chǎn)生非常類似于環(huán)繞揚(yáng)聲器所建立的粒子運(yùn)動(dòng)。這意味著頻率響應(yīng)也得到了正確的補(bǔ)償。
通過把相同的信號ueiωt饋入左前置揚(yáng)聲器和右前置揚(yáng)聲器，在點(diǎn)Pt1和Pt2處壓力的大小可以被表示為|ΣSpk|=def|P(Pt1)|=|P(Pt2)|=|u||eikr1r1+eikr2r2|----(1.3)]]>利用(1.1)，上面的等式(1.3)可以進(jìn)一步被表示為|ΣSpk(k)|=|u|ρ|2cos(akr0ρsinθ)|+O(a2ρ2)----(1.4)]]>圖3用例子的方式圖示了單極點(diǎn)頻率響應(yīng)。這里滿足下列條件的波長出現(xiàn)陷波(2m+1)λ＝4asinθ因此，陷波出現(xiàn)在頻率fM=(2m+1)c4asinθ]]>這里，可以通過對該傳輸函數(shù)求逆并用它濾波輸入信號u來修正前置揚(yáng)聲器對單聲道信號的串?dāng)_?，F(xiàn)在知道，和播放單聲道、不同相信號(雙極點(diǎn))的前置揚(yáng)聲器相關(guān)的串?dāng)_可以被修正。另外，雙極點(diǎn)項(xiàng)產(chǎn)生和聽者耳朵完全垂直的粒子運(yùn)動(dòng)，單極點(diǎn)項(xiàng)產(chǎn)生在聽者耳朵切向上的粒子運(yùn)動(dòng)。通過加權(quán)這些分量，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以將聲音引導(dǎo)至任何希望的位置。
B.定位聲音源在圖4中以例子的方式展示了當(dāng)聽者收聽點(diǎn)源xeiωt時(shí)，Pt1處的壓力可以被描述為P(Pt1)=xeiωteikR1R1]]>類似地，Pt2處的壓力可以被描述為P(Pt2)=xeiωteikR2R2.]]>通過上述兩個(gè)壓力的相減和相加，它們可以如下地被描述|ΔR|=|eikR1R1-eikR2R2|----(0.5)]]>|ΣR|=|eikR1R1+eikR2R2|----(0.6)]]>圖5以例子的方式圖示了函數(shù)|ΔR|和|∑R|。
假設(shè)R0＞＞a，即揚(yáng)聲器聽者之間的距離遠(yuǎn)大于聽者頭部的半徑，那么用二項(xiàng)展開式|ΔR(k)|=|P(R1)-P(R2)|=xρ|2jsin(akR0ρsinφ)|+O(a2ρ2)---(0.7)]]>和 其中ρ=a2+R02,]]>因此tan(aksinφ)=|ΔR||ΣR|----(0.9)]]>通過將聲音源分解成雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)，根據(jù)本發(fā)明，雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)的幅值比可以被描述為和聲音的方向成正比。如上面所討論，陷波的位置和聲音的方向有關(guān)?？梢韵胂蟠竽X能夠加減這些信號以檢測上述的梳狀頻率表現(xiàn)中的變化。正在留心這些陷波頻率位置的聽者能夠確定聲音的發(fā)源方向。
通過用兩個(gè)揚(yáng)聲器給出該聲音來源于方向φ的印象，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)補(bǔ)償了和來自于兩個(gè)揚(yáng)聲器的雙極點(diǎn)與單極點(diǎn)有關(guān)的串?dāng)_。為此，該系統(tǒng)用 除雙極點(diǎn)項(xiàng)，用 除單極點(diǎn)項(xiàng)以獲得Δ=ΔR[ΔSpk]----(0.10)]]>和Σ=ΣR[ΣSpk].----(0.11)]]>圖6用例子的方式展示了代表對放置在正負(fù)10°處的揚(yáng)聲器和90°處的虛擬源的雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)(Δ和∑)濾波器的曲線圖。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)用±θ處的立體聲揚(yáng)聲器建立了這樣一種效果，即聲音來自于φ角度處，這是通過將信號LSpk＝∑+Δ(0.12)饋給左前置揚(yáng)聲器，而把信號RSpk＝∑-Δ(0.13)饋給右前置揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)的。
假設(shè)揚(yáng)聲器表現(xiàn)為點(diǎn)源，聽者所聽到的聲音是LEarREar=eikr1r1eikr2r2eikr2r2eikr1r1LSpkRSpk----(0.14)]]>那么，在r1和r2的展開式中進(jìn)行替換，等式進(jìn)一步可以被描述為LEar=eikρρ((LSpk+RSpk)cos(kasinθ)-i(LSpk-RSpk)sin(aksinθ))+O(a2ρ2)----(0.15)]]>和REar=eikρρ((LSpk+RSpk)cos(kasinθ)+i(LSpk-RSpk)sin(aksinθ))+O(a2ρ2)----(0.16)]]>重新組織等式(1.12)和(1.1 3)，可以得出∑＝LSpk+RSpk和Δ＝LSpk-RSpk，因此等式(1.15)和(1.16)可以寫成LEar=eikρρ(Σcos(kasinθ)-iΔsin(aksinθ))+O(a2ρ2)----(0.17)]]>和REar=eikρρ(Σcos(kasinθ)+iΔsin(aksinθ))+O(a2ρ2)----(0.18)]]>通過使用∑Spk、ΔSpk、∑R和ΔR(等式(1.2)，(1.4)，(1.7)和(1.8))的漸進(jìn)式，可以得出limita/ρ→0|Σ|=|cos(aksinϕ)cos(aksinθ)|----(0.19)]]>和limita/ρ→0|Δ|=|sin(aksinφ)sin(aksinθ)|----(0.20)]]>假設(shè)R0＝r0，r0＞＞a。將這些表達(dá)式替換到等式(1.17)和(1.18)中，可以得出LEar=eikρρ(cos(kasinφ)-isin(aksinφ))+O(a2ρ2)]]>和REar=elkρρ(cos(kasinφ)+isin(aksinφ))+O(a2ρ2)]]>我們可以將它們表示成LEar=eik(ρ-asinφ)ρ+O(a2ρ2)----(0.21)]]>和REar=eik(ρ+asinφ)ρ+O(a2ρ2)----(0.22)]]>本領(lǐng)域的普通計(jì)算人員從上面可以得到在左耳和右耳所聽到的信號之間存在著延時(shí)τ=2asinφc----(0.23)]]>根據(jù)Rayleigh[4]，已知這樣的延時(shí)將給出方向線索。因此，可以將到左耳和右耳的信號的∑和Δ的低頻近似延時(shí)為預(yù)期的量，來用正負(fù)θ處的揚(yáng)聲器給聽者聲音源處在φ角度處的印象。
有多種方法可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以在聽者的耳朵處建立希望的壓力場，并給出環(huán)繞聲的印象。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以用第一階坡型濾波器來近似∑和Δ，使得不需要額外的存儲器來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用濾波器，它們可以簡單的模擬濾波器電路來實(shí)現(xiàn)，而不需要用模擬組件來實(shí)現(xiàn)延時(shí)，后者實(shí)現(xiàn)起來通常要比濾波器更昂貴。
C.對點(diǎn)源的簡單近似根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過用上面的等式(1.3)，(1.4)，(1.5)和(1.6)實(shí)現(xiàn)對Δ和∑的低頻近似。|Σ|=|ΣφΣ0|=|(eilkR1R1+eikR2R2)(eikr1r1+eikr2r2)|]]>和|Δ|=|ΔφΔθ|=|eikR1R1-eikR2R2eikr1r1-eikr2r2|]]>即，用等式(1.5)，(1.6)，(1.7)和(1.8)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上面結(jié)論中可以將∑和Δ的漸進(jìn)表現(xiàn)表示為Limitk→a/ρ→00|Σ|=1----(0.1)]]>和Limitk→a/ρ→00|Δ|=|sinφsinθ|----(0.2)]]>換言之，根據(jù)本發(fā)明，說明了∑和Δ的低頻表現(xiàn)和聽者的頭部大小無關(guān)。此外，對于低頻而言∑和Δ都是平坦的；如圖7中以例子的形式所展示的。即，在該實(shí)施例中，本發(fā)明用簡單的第一階濾波器來近似Δ和∑的低頻表現(xiàn)。圖7以例子的方式圖示了Δ和∑兩者的簡單近似曲線圖(包括∑的近似受到限制的情況)。
根據(jù)本發(fā)明，通過只近似Δ和∑的低頻表現(xiàn)可以得到好的圖像。換言之，通過只近似低頻端，可以獲得Δ和∑的實(shí)際頻率表現(xiàn)的好的近似圖像。這允許使用第一階坡型濾波器，并給出了對|Δ|的較好近似(達(dá)1.5kHz)。由于對于上限至約400Hz的頻率而言-∑是平坦的，因此這可以用常數(shù)來近似?？蛇x地，如圖7所示，第二階陷波濾波器可以給出更好的近似。圖8用例子展示了對使用2個(gè)和3個(gè)四次冪的∑和Δ的近似。為了獲得更好的近似，可以使用更多的四次冪。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，當(dāng)點(diǎn)源模型變得不精確時(shí)，不需要高頻近似表現(xiàn)。但是，如果需要的話，這也是處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的。要注意根據(jù)本發(fā)明，平滑的點(diǎn)源模型基本上給出了對上限為10kHz的頻率的Rayleigh球形頭部模型的近似?？梢詤⒁奝rinceton出版社1986年出版的Morse P.和Ingard K.所著的“Theoretical Acoustic”一書中對Rayleigh球形頭部模型的解釋。
如上面所討論，通過實(shí)現(xiàn)對Δ和∑的近似，根據(jù)本發(fā)明的方法生成左耳和右耳間的所需延時(shí)，以用兩個(gè)揚(yáng)聲器生成環(huán)繞聲。另外，由于Δ和∑可以被表示為簡單濾波器，根據(jù)本發(fā)明的方法可以構(gòu)建模擬電路來給出這樣的空間音效，而不是在通常更加復(fù)雜的模擬電路中實(shí)現(xiàn)延時(shí)。換言之，本發(fā)明用濾波器來表示Δ和∑的近似。使用Δ和∑近似的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該近似采用濾波器更易于計(jì)算和實(shí)現(xiàn)，而不是用模擬電路來表示實(shí)際的Δ和∑。
另外，用根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，通過按照等式(2.2)調(diào)整低通坡型濾波器的DC高度可以改變聲音顯現(xiàn)出的位置。例如，為了用放置在正負(fù)20度位置的揚(yáng)聲器將聲音引導(dǎo)至90度處，DC偏置需要是sin(90)/sin(20)，即，∑值的近三倍。圖9用例子展示了放置在正負(fù)20度處的揚(yáng)聲器(即，點(diǎn)源)和放置在90度處的虛擬揚(yáng)聲器(即，點(diǎn)源)的Δ和∑的曲線圖以及上述的簡單近似，以展示相關(guān)性。
另外，可以使用適合于90度計(jì)算的坡型濾波器，且實(shí)際的揚(yáng)聲器可以被放置在正負(fù)θ角處。那么坡型濾波器可以被用來通過調(diào)整雙極點(diǎn)濾波器Δ的DC偏置到 而把聲音引導(dǎo)至另一個(gè)角度(比如說φ)。坡型濾波器的拐點(diǎn)通常是角度φ的函數(shù)，但是低頻定位通常是由雙極點(diǎn)濾波器Δ(0)確定的。考慮到這一點(diǎn)，本發(fā)明建立了可通過調(diào)整電阻值被用于引導(dǎo)聲音位置的簡單模擬電路。圖10用例子展示了建立此種效果的模擬電路。另外，可以按照圖10中以例子的方式所展示的濾波器框圖來實(shí)現(xiàn)濾波器。
如圖10中用例子所展示地，塊Δ和∑中的濾波器可以是第一階坡型濾波器。需要的話，聽者還可以調(diào)節(jié)參數(shù)g。這樣(即，調(diào)節(jié)g)可以改變聽覺氛圍的印象，這影響了雙極點(diǎn)濾波器(Δ(ω))相對于單極點(diǎn)的DC偏置，因此有效地將聲音表象源引導(dǎo)至φ＝arcsin(g*Δ(0)*sinθ)角度處；如圖11中以例子的方式所展示的。在該實(shí)施例中，可以假設(shè)揚(yáng)聲器在相對于聽者的正負(fù)θ處。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以數(shù)字化地實(shí)現(xiàn)濾波器框圖，或者用4個(gè)運(yùn)算放大器以簡單的模擬電路來實(shí)現(xiàn)，如圖12中以例子的方式所展示的。(圖12在哪里)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用于支持個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的四聲道聲卡。盡管四聲道聲卡正變得越來越普遍，也有可能出現(xiàn)聽者不方便讓四個(gè)揚(yáng)聲器圍繞著自己的情況。換言之，聽者必須購買另外兩個(gè)揚(yáng)聲器，并且必須將導(dǎo)線連接到揚(yáng)聲器。另外，對于便攜式的膝上型計(jì)算機(jī)，在聽者背后放置環(huán)繞揚(yáng)聲器在很多情況下是不現(xiàn)實(shí)的。
因此，如圖13所示，顯示了一個(gè)濾波器框圖，它可以只用兩個(gè)揚(yáng)聲器來建立有四個(gè)揚(yáng)聲器環(huán)繞著聽者的錯(cuò)覺。如圖14中以例子的方式所展示的，兩個(gè)實(shí)際的揚(yáng)聲器可以模擬環(huán)繞音效，就像環(huán)繞聲來自于四個(gè)虛擬揚(yáng)聲器一樣。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例用于由三個(gè)揚(yáng)聲器建立環(huán)繞音效。如圖15中以例子的方式所展示的，顯示了另一個(gè)濾波器框圖，它可以只用三個(gè)揚(yáng)聲器來建立有四個(gè)揚(yáng)聲器環(huán)繞著聽者的錯(cuò)覺。圖16以例子的方式對此進(jìn)行了展示，圖中有兩個(gè)前置揚(yáng)聲器，而在聽者背后放置了第三個(gè)揚(yáng)聲器以給出強(qiáng)烈的后部印象。特別地，第三揚(yáng)聲器可以被耦接到聽者的座位上，并直接地位于聽者頭部的后方。
再進(jìn)一步，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用在聽者前方的四個(gè)支持四聲道聲卡的揚(yáng)聲器模擬環(huán)繞聲，如圖17中的例子所示。為此，圖18以例子的方式展示了再一個(gè)濾波器圖，它可以用四聲道聲卡由聽者前方的四個(gè)揚(yáng)聲器建立環(huán)繞聲。
對于實(shí)現(xiàn)框圖而言，它們可以通過本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的多種方法來實(shí)現(xiàn)。例如，框圖可以采用模擬電路或者數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)。在數(shù)字領(lǐng)域中，可以用例如第一階濾波器把聲音源引導(dǎo)至任何希望的位置。
本發(fā)明的再一個(gè)特征是提供了一種通過兩個(gè)揚(yáng)聲器為用Dolby ProLogic或Dolby Surround編碼的內(nèi)容建立類似于多揚(yáng)聲器家庭影院系統(tǒng)的聲壓場的有效方法。例如，如圖19以例子方式所展示的，通過把|P(Pt1)|描繪成頻率的函數(shù)，低頻可以被抑制。(在圖4中該曲線被標(biāo)記為雙極點(diǎn))。為了補(bǔ)償該輻射頻率表現(xiàn)，將提高信號的低頻v和-v。如果這被正確完成，本發(fā)明為聽者建立了平坦的響應(yīng)，在仍舊保持希望的粒子運(yùn)動(dòng)同時(shí)給出了環(huán)繞揚(yáng)聲器的印象。參見圖20，為了正確地補(bǔ)償該消除，本發(fā)明對|P(Pt1)|求逆。如圖20中以例子的方式展示的，圖示了四個(gè)不同揚(yáng)聲器角度的許多不同的低頻提升修正。即，當(dāng)實(shí)際揚(yáng)聲器的角度θ減小時(shí)(即，它們靠的越來越近)，和本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員預(yù)期的一樣需要提高低頻提升(SBoost)。
為了找出對聽者耳朵處的壓力的近似，可以做出下列假設(shè)a＜＜r0，且定義ρ=r20+a2.]]>可以得到聽者左耳處的壓力為P(Pt1)=-2vei(ωt+ρk)ρisin(kasinθ)+O(a2ρ2)]]>通過把r1和r2關(guān)于 展開成二項(xiàng)展開式，希望的低頻提升可以被表示為Sboost≈iρ2sin(kasinθ)]]>如果經(jīng)過左右揚(yáng)聲器的信號LSpk＝SBoostv和RSpk＝-SBoostv分別為LearRear=eikr1r1eikr2r2eikr2r2eikr1r1LSpkRSpk]]>那么聽者將把揚(yáng)聲器假想成點(diǎn)源而聆聽。通過再一次把r1和r2關(guān)于 展開Lear=eikρρ((Lspk+Rspk)cos(kasinθ)-i(Lspk-Rspk)sin(kasinθ))+O(a2p2)----(1.A)]]>和Rear=eikρρ((Lspk+Rspk)cos(kasinθ)+i(Lspk-Rspk)sin(kasinθ))+O(a2ρ2)----(2.A)]]>由于LSpk和RSpk對于雙極點(diǎn)不同相，LSpk+RSpk＝0和iρvsin(kasinθ)=LSpk-RSpk]]>將這些表達(dá)式代入等式(1.A)和(2.A)，那么Leαr＝elkρν和Reαr＝-elkρν這些是當(dāng)放置在和聽者相隔距離ρ處的環(huán)繞揚(yáng)聲器播放出信號ν和-ν時(shí)聽者所聽見的信號。
通過提升低頻和并在右前置和左前置揚(yáng)聲器中播放不同相信號，隨后聽者應(yīng)該獲得與距離聽者ρ處的環(huán)繞揚(yáng)聲器正在播放相同信號的類似聲學(xué)印象。
換言之，一旦提升了低頻，雙極點(diǎn)項(xiàng)將建立對應(yīng)于環(huán)繞壓力場的一個(gè)壓力場。此時(shí)的粒子運(yùn)動(dòng)被控制成和聽者的耳朵垂直。為了建立在聽者耳朵切向上的分量，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)從右前置和左前置揚(yáng)聲器播放相同的信號，即，ueiωt。即，ueiωt在Pt1和Pt2處所造成的壓力為P(Pt1)=P(Pt2)=ueiωt(eikr2r2+eikr1r1)]]>圖19通過例子展示了對位于+5°處的揚(yáng)聲器而言，該函數(shù)的量值是頻率的函數(shù)。(在圖4中該曲線被標(biāo)記為“單極點(diǎn)”)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上面可以得出對于單極點(diǎn)信號的修正傳輸函數(shù)的漸進(jìn)表現(xiàn)為M=ρ2cos(kacosθ)----(3.A)]]>圖21通過例子展示了對位于+5°、+10°和+15°處的單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)修正濾波器的曲線圖。換言之，揚(yáng)聲器靠得越近，要求的提升就越高。
為了建立修正環(huán)繞和單極點(diǎn)項(xiàng)，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)將以下信號饋給左揚(yáng)聲器和右揚(yáng)聲器LSpk＝Mu+Dv和RSpk＝Mu-Dv
其中M=ρ2cos(kasinθ)----(4.A)]]>和D=iρ2sin(kasinθ)----(5.A)]]>本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員由上可以把等式(1.A)和(2.A)表示成Lear=eikρρ(Mucos(kasinθ)-iDvsin(kasinθ))+O(a2ρ2)----(6.A)]]>和Rear=eikρρ(Mucos(kasinθ)+iDvsin(kasinθ)+O(a2ρ2)----(7.A)]]>因此，觀眾可以聽見Lear=eikρ(u+v)+O(a2ρ2)----(8.A)]]>和Rear=eikρ(u-v)+O(a2ρ2)----(9.A)]]>換言之，聽者耳朵處的聲壓場被分解成兩個(gè)不同的分量，雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)。通過調(diào)整和雙極點(diǎn)相關(guān)的單極點(diǎn)的相對幅值，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以影響環(huán)繞效果的印象。例如，M=θρ2cos(kasinθ),----(10.A)]]>隨后通過讓g大于標(biāo)稱值，單極點(diǎn)將支配環(huán)繞，造成減小的聲音級(soundstage)的感覺。反過來，通過讓g小于標(biāo)稱值，隨之可以提高空間聲音級。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以通過改變g來調(diào)節(jié)環(huán)繞效果。
圖22通過例子展示了對位于+5°、+10°和+15°處的揚(yáng)聲器的單極點(diǎn)信號的修正濾波器的曲線圖。由于這些修正濾波器相對較簡單，所以可以在它們頻率范圍的很大一部分上使用簡單的第一階坡型濾波器來近似。圖23通過例子展示了±5°的修正濾波器的曲線圖，以及對它們的簡單的第一階近似。該近似為下列形式的濾波器L(z)L(z)=b0+b1z-11+a1z-1----(11.A)]]>
由于對單極點(diǎn)信號的修正濾波器在它的大部分頻率范圍內(nèi)都是平坦的，所以可以通過乘以一個(gè)常數(shù)來進(jìn)一步簡化所需的濾波。如圖24通過例子的方式所示，當(dāng)把單極點(diǎn)項(xiàng)處理為常數(shù)時(shí)，可以給出對±5°修正濾波器的另一個(gè)近似，而對雙極點(diǎn)修正濾波器的近似實(shí)質(zhì)上是對200Hz以上的雙極點(diǎn)濾波器進(jìn)行了近似。該近似的一個(gè)好處是第一階坡型濾波器的極點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)，并從雙極點(diǎn)修正濾波器的單位圓上移開。在用固定點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)濾波器的情況下，這有助于減小舍入誤差。
D.DOLBY環(huán)繞和立體聲增強(qiáng)的簡單虛擬Dolby Surround或Prologic編碼過程包括將多聲道數(shù)據(jù)混頻到以下的立體聲對中Lt=L+C2-S2]]>和Rt=R+C2+S2]]>Lt=LF+C2-Rs+Ls2]]>其中總左聲道Lt包括環(huán)繞聲道、左前聲道和中間聲道，而總右聲道Rt包括環(huán)繞聲道、右前聲道和中間聲道。要注意，Dolby推薦3/2Dolby Digital(AC3)模式的立體聲下混頻應(yīng)該是和Rt=RF+C2+Rs+Ls2,]]>其中C、RF、LF、RS和LS分別是中間聲道、右前聲道、左前聲道、右環(huán)繞聲道和左環(huán)繞聲道。
為了提供環(huán)繞聲的體驗(yàn)，本發(fā)明的使得環(huán)繞聲道似乎來自于聽者的兩側(cè)，而前聲道來自于前方。即，正如根據(jù)本發(fā)明和方法和系統(tǒng)那樣，環(huán)繞信號似乎來自于兩側(cè)且提升了上一部分中所描述不同信號的問題。為此，形成了DolbySurround(Prologic)的和與差。差生成了雙極點(diǎn)項(xiàng)，而和生成了直接的分量或單聲道的分量。通過從Lt中減去Rt，可以得到下面的雙極點(diǎn)表達(dá)式v=Lt-Rt=(L-R)-2S;]]>
通過對Rt和Lt求和，可以得到下面的單極點(diǎn)表達(dá)式u=Rt+Lt=(L+R)+2C-----(13.A)]]>通過用低頻坡型濾波器LPD濾波該信號，可以提升Lt-Rt信號的低頻來補(bǔ)償雙極點(diǎn)的輻射特性。
如圖24中用例子方式所展示的，聽者應(yīng)該會以在用環(huán)繞揚(yáng)聲器回放恰當(dāng)解碼的Dolby Surround聲道的情況相同的方式體驗(yàn)到環(huán)繞聲道包圍著它的感覺。來自于左前和右前聲道間的差異的任何聲音也可以在低頻處被提升。如圖24的例子所示，為了修正單極點(diǎn)信號，本發(fā)明用高通坡型濾波器HPM對它進(jìn)行濾波。饋給左揚(yáng)聲器和右揚(yáng)聲器的信號可以被表示為LSpk-HPMu+LPDv (14.A)和RSpk-HPMu-LPDv (15.A)由于HPx和LPx可近似為Dv=ρ·v2sin(kasinθ)]]>和Mu=ρu2cos(kasinθ)]]>那么等式(6.A)和(7.A)可以被用于在前置聲道上顯示這些傳輸函數(shù)的效果。本領(lǐng)域的普通技術(shù)員從上面可以得到Lear=eiρ(L+2C-2S)+O(a2ρ2)----(16.A)]]>和Rear=eiρ(R+2C+2S)+O(a2ρ2)----(17.A)]]>即，本發(fā)明消除了和左前以及右前聲道相關(guān)的串?dāng)_，而在用多揚(yáng)聲器系統(tǒng)播放解碼的Dolby Surround或ProLogic信號時(shí)聽者常常會聽見這種串?dāng)_。這可以用濾波器LPD和HPM數(shù)字化地實(shí)現(xiàn)，或者以簡單的模擬電路來實(shí)現(xiàn)。圖25展示了表示上述的一個(gè)濾波器框圖的例子。另外，圖26展示了適用該濾波器結(jié)構(gòu)的一種模擬電路可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。
如果將上面的濾波器結(jié)構(gòu)應(yīng)用到普通的立體聲信號，那么將實(shí)質(zhì)提升左聲道和右聲道之間的任何不同相信號，并建立環(huán)繞的印象?？蛇x地，原始的左聲的和右聲道的一部分被混合，并且如圖27中的例子所示，可以被返回至輸出。圖28通過例子展示了聽者和相關(guān)的傳輸函數(shù)。
E.利用延時(shí)在上一段中，本發(fā)明將揚(yáng)聲器和非立體聲模擬成了點(diǎn)源。為了補(bǔ)償特定波長(頻率)處的消音，可以使用的另一個(gè)模型是延時(shí)，以找出對側(cè)和同側(cè)傳輸函數(shù)。再次考慮圖1，并假設(shè)對側(cè)和同側(cè)傳輸函數(shù)可以表示為A=FL1z-m1]]>和S＝F整數(shù)m1等于m1=Round(2aFssinθc)]]>其中c是音速，而FS是采樣速率。
L1是模擬了頭部陰影效果的低通坡型濾波器。F模擬了同側(cè)傳輸函數(shù)。因此YLYREar=F1z-m1L1z-m1L11XLXRSpk]]>該矩陣的逆矩陣為=1F(1-z-2m1L12)1-z-m1L1-z-m1L11]]>由于F相同地影響兩個(gè)信號；所以可以被設(shè)置成統(tǒng)一的。因此給出了消除信號的串?dāng)_YLYREar=1(1-z-2m1L12)1-z-m1L1-z-m1L11XLXR]]>如果頭部沒有低通陰影效果，單位圓上的2m1極點(diǎn)可以位于 處。因此，低通濾波器L(z)使得串?dāng)_消除器更加穩(wěn)定，并模擬了聲音的高頻衰減。該低通濾波器被設(shè)計(jì)成使得極點(diǎn)從單位圓上向內(nèi)移動(dòng)。下面假設(shè)L(z)=b0+b1z-11+a1z-1]]>通過對信號XL和XR相加減，有Δ-1SapT=11-L1(z)z-m1]]>
和Σ-1SpkT=11+L1(z)z-m1.]]>圖29展示了函數(shù)∑-1SpkT和Δ-1SpkT的曲線圖。
再次假設(shè)聲音x位于相對于聽者φ角度的地方，可以給出同側(cè)和對側(cè)傳輸函數(shù)Aφ=FL2z-m2]]>和Sφ＝F因而消除串?dāng)_的位置濾波器可以被表示為H(z)=11-z-2m1G(z)1-z-m1L1-z-m1L111z-m2L2z-m2L21]]>因此位置雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)濾波器為Δ=1-z-m2L21-z-m1L1]]>和Σ=1+z-m2L21+z-m1L1]]>其中G(z)＝L1(z)2…。圖30展示了對于90度處的虛擬源和正負(fù)20度處的揚(yáng)聲器的∑和Δ的曲線圖。
F.球形頭部模型為了看出這些近似有多么得好，可以將它們和Rayleigh[5]的球形頭部模型進(jìn)行比較。圖31展示了用球形頭部模型來計(jì)算從球面上±20°處的揚(yáng)聲器和90°處的聲音到±120°處的位置處(代表耳朵的位置)的傳輸函數(shù)。即，時(shí)延(圖30)和點(diǎn)源給出了在上限為2kHz范圍內(nèi)對這些濾波器(圖31)的合理近似。要注意實(shí)際揚(yáng)聲器靠的越近，這些近似就得到越大的改進(jìn)。例如，如果實(shí)際揚(yáng)聲器位于±10°處，那么在上限大約6kHz的范圍內(nèi)對于點(diǎn)源和延時(shí)的近似都是合理的，見圖32、33和34。
通過測量特定方向的HRTF，并計(jì)算級聯(lián)的∑和Δ濾波器，隨后使濾波器給出位置信息，但是可能會使得得到的虛擬聲音圖像變得空洞或被扭曲。為了改進(jìn)這些濾波器，Cooper Bauck[Cooper D.，Bauck 1989.Prospect for transauralrecording.J.Audio.Eng.Soc.Vol.37，pp.3-19.]設(shè)計(jì)了一種平均化方法。為了實(shí)現(xiàn)Cooper Bauck的平均化方法，單極點(diǎn)和偶極點(diǎn)濾波器必須按照組合濾波器的絕對幅值來劃分。利用Cooper Bauck平均化來計(jì)算消除串?dāng)_濾波器和位置濾波器，就有Δ=ΔRΔSpkESpkER]]>和Σ=ΣRΣSpkESpkER]]>其中E=|Δ|2+|Σ|2.]]>換言之，如果∑和Δ具有相同的區(qū)域中的峰波或陷波，那么該平均化將會平滑這些波動(dòng)。特別是，和定位頻帶相關(guān)的空間線索將使得某些頻帶中的∑和Δ幅值減小(或增大)。因此這樣的平均化可能損壞某些空間信息，這些空間信息可以幫助解決和干擾錐形相關(guān)的一些不確定性。因此，它除去了大部分和耳廓相關(guān)的譜陷波。
點(diǎn)源模型和延時(shí)模型給出了對級聯(lián)的位置的球形頭部模型和消除串?dāng)_濾波器的合理較佳近似。
盡管已經(jīng)就上面的較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很顯然能對上述較佳實(shí)施例作出許多修改/或補(bǔ)充。
最后，要指出的是上面已經(jīng)揭示了本發(fā)明的具體示范實(shí)施例。但是，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于這些具體的實(shí)施例。對于權(quán)利要求，申請人希望這些權(quán)利要求不應(yīng)該按照35 U.S.C.§112第六段來解釋，除非“裝置”一詞之后使用了功能性描述。
權(quán)利要求
1.一種用兩個(gè)前置揚(yáng)聲器建立環(huán)繞聲的方法，其特征在于，包括以下步驟提供聲音源；將聲音源分解成雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)；將立體聲揚(yáng)聲器建立的壓力場分解成雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)；得出對雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)項(xiàng)的逆頻率響應(yīng)；根據(jù)Δ=ΔR[ΔSpk]]]>計(jì)算對雙極點(diǎn)的近似；根據(jù)Σ=ΣR[ΔSpk]]]>計(jì)算對單極點(diǎn)的近似；把雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)信號的和提供給左揚(yáng)聲器；以及把雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)信號間的差提供給右揚(yáng)聲器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，聲音源形成在和聽者相距R的預(yù)定位置處。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對每個(gè)聲音源的位置進(jìn)行分解。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，近似由濾波器完成。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，濾波器是低階濾波器。
6.一種用雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)修正濾波器虛擬Dobly ProLogic編碼的立體聲信號的方法，其特征在于，包括以下步驟提供立體聲ProLogic信號，其中立體聲信號包括左信號和右信號；通過從左信號中減去右信號來計(jì)算雙極點(diǎn)；通過用左信號加上右信號來計(jì)算單極點(diǎn)；用低階濾波器近似逆單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)補(bǔ)償傳輸函數(shù)；將包括補(bǔ)償雙極點(diǎn)信號和補(bǔ)償單極點(diǎn)信號的信號提供給左揚(yáng)聲器；以及將包括補(bǔ)償單極點(diǎn)信號減去補(bǔ)償雙極點(diǎn)信號的信號提供給右揚(yáng)聲器。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，雙極點(diǎn)是第一階濾波器。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)濾波器不需要在高頻傾向于相同值。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，用點(diǎn)源近似計(jì)算濾波器。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，雙極點(diǎn)補(bǔ)償濾波器具有大于10db的低頻提升。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，立體聲信號是ProLogic信號。
12.一種通過調(diào)節(jié)增益(g)來調(diào)整立體聲增強(qiáng)的寬度的方法，其特征在于，包括以下步驟為立體聲信號形成單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)補(bǔ)償濾波器；以及將補(bǔ)償雙極點(diǎn)濾波器的增益調(diào)節(jié)到希望的值以改變環(huán)繞音效。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，增益在0.0db和-20.0db之間可調(diào)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，立體聲信號是ProLogic信號。
15.一種用兩個(gè)前置揚(yáng)聲器建立具有延時(shí)的環(huán)繞聲的方法，其特征在于，包括以下步驟形成第一濾波器，包括濾波器F1，其中濾波器F1是從揚(yáng)聲器到聽者最近的耳朵的第一傳輸函數(shù)；濾波器L1，其中濾波器L1模擬了從揚(yáng)聲器到聽眾最遠(yuǎn)的耳朵的聽者頭部的頭部陰影；形成濾波器A，包括濾波器F2，其中濾波器F2是從希望的聲音源位置到聽者最近的耳朵的第二傳輸函數(shù)，其中用2×1列矢量來描述聲音源，且如果聲音位于聽者的右邊，那么第一個(gè)值是希望的聲音信號，第二列的值是0；如果聲音位于聽者的左邊，那么第一個(gè)值是0，第二列的值是希望的聲音信號；濾波器L2，其中濾波器L2模擬了希望的聲音位置源到聽者最遠(yuǎn)的耳朵的頭部陰影；將該列矢量和H(z)相乘，其中H(z)=11-z-2m1G(z)1-z-m1L1-z-m1L111-z-m2L2-z-m2L21;]]>根據(jù)m1近似延時(shí)，其中m1=Round(2aFssinθc).]]>
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，補(bǔ)償濾波器可以被表示為由Δ=1-z-m2L21-z-m1L1]]>和Σ=1+z-m2L21+z-m1L1]]>給出的單極點(diǎn)和雙極點(diǎn)濾波器。
全文摘要
虛擬3D音響技術(shù)的目的是將精確的聲學(xué)環(huán)境印象傳遞給聽者。這是通過傳遞逼真的定向聲音印象完成的。大部分成功的3D音響技術(shù)建立在頭部相關(guān)傳輸函數(shù)(HRTF)的基礎(chǔ)之上。在本揭示中，我們將提供一種用雙極點(diǎn)和單極點(diǎn)壓力場建立所希望的印象的方法。目的是在不使用HRTF的情況下在聽者的耳朵附近本地重建實(shí)際聲音源將會產(chǎn)生的壓力場。
文檔編號H04S1/00GK1454446SQ00819638
公開日2003年11月5日 申請日期2000年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月10日
發(fā)明者J·W·諾利斯, M·格熱茲貝克, B·伍德 申請人:哈門國際工業(yè)股份有限公司