專利名稱：聲學校正設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及音頻增強系統(tǒng)，特別是那些設(shè)計用于增進立體聲再現(xiàn)的真實性的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用于克服聽者所感知的音響系統(tǒng)的聲學缺陷的設(shè)備，該聲學缺陷可在音響系統(tǒng)的揚聲器未能理想定位的情況下產(chǎn)生的。
背景技術(shù)：
在聲再現(xiàn)環(huán)境下，有許多種因素可能削弱聽者感知的再現(xiàn)聲質(zhì)量。這些因素使聲再現(xiàn)與原始聲舞臺(sound stage)中的截然不同。其中一個因素是揚聲器在聲舞臺上的位置，如果其放置地點不適當，可能會導致聲壓響應(yīng)在可聽頻譜上失真。揚聲器的放置地點也影響所感知的聲舞臺寬度。例如，揚聲器起點聲源的作用，這限制了它們再現(xiàn)混響聲的能力，而混響聲在現(xiàn)場聲舞臺易于感知。事實上，許多聲再現(xiàn)系統(tǒng)的感知聲舞臺寬度僅限于當一對揚聲器置于聽者前面時能將它們區(qū)分開的距離之內(nèi)。削弱再現(xiàn)聲質(zhì)量的另一因素可能是傳聲器記錄聲音的方式與人的聽覺系統(tǒng)感知聲音的方式不同。為了克服這些使再現(xiàn)聲質(zhì)量下降的因素，人們作了無數(shù)次的努力，改變聲再現(xiàn)環(huán)境的特性，以求逼真于聽者在現(xiàn)場聲舞臺上所聽的效果。
立體聲聲像增強的一些努力集中在關(guān)于人耳的聲學能力和局限性上。人耳的聽覺響應(yīng)易于感知聲強度、特定聲之間的相位差、聲音自身的頻率，以及聲發(fā)出的方向。盡管人的聽覺系統(tǒng)較為復雜，但是人耳的頻率響應(yīng)對于不同的人卻較為恒定。
當在所有頻率上均有著恒定的聲壓級的聲波從單個位置指向聽者時，人耳對該聲音的單個頻率分量有不同的反應(yīng)。例如，當?shù)嚷晧旱穆曇魪穆犝咔胺街赶蚵犝邥r，在聽者耳中由1000Hz聲音產(chǎn)生的聲壓級與2000Hz產(chǎn)生的聲壓級不同。
除頻率靈敏度外，人的聽覺系統(tǒng)對從不同角度入射到耳上的聲音有不同的反應(yīng)。具體地講，人耳內(nèi)的聲壓級因聲音方向的不同而異。外耳或耳廓以及內(nèi)耳道的形狀是使對聲音的頻率等高線成為方向的函數(shù)的主要原因。
人的聽覺響應(yīng)對聲源的方位以及高度變化敏感。對于復雜的聲信號即那些有多個頻率分量的信號，以及對于總的來說是較高頻率分量，這一點尤其成立。耳內(nèi)聲壓的變化經(jīng)大腦解釋，指示聲的源點。當錄制聲被再現(xiàn)時，根據(jù)人耳對聲壓信息的解釋，聲音源點的方向線索將與揚聲器再現(xiàn)聲音的實際位置有關(guān)。
在聽者耳處由直接設(shè)置于聽者前方的揚聲器可以獲得恒定的聲壓級，即“平坦”的聲壓-頻率響應(yīng)。通常希望有如此的響應(yīng)，以獲得真實的聲像。但是，也許一組揚聲器的質(zhì)量不夠理想，并且也許它們并未置于最佳聲學位置。這兩個因素通常導致混亂的聲壓特征?，F(xiàn)有技術(shù)的音響系統(tǒng)披露了一些“校正”揚聲器所發(fā)出聲壓的方法，以產(chǎn)生空間正確的響應(yīng)，由此改進所得到的聲像。
對于給定音響系統(tǒng)，為了獲得空間更為正確的響應(yīng)，已知方法是對音頻信號選擇并應(yīng)用與-頭-有關(guān)-轉(zhuǎn)移-函數(shù)(HRTF)。HRTF基于人聽覺系統(tǒng)的聲學特征。一種HRTF是用于調(diào)節(jié)各段音頻信號的幅值，以對空間失真進行補償?；贖RTF的原理也可以用于使非最佳放置的揚聲器的立體聲像重定位。
現(xiàn)有技術(shù)為校正音再現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)聲學缺陷所作的種種努力通常集中于汽車音響系統(tǒng)中存在的缺陷。頒給Kunugi等的美國專利4648117，以及頒給Tokumo等人的美國專利4622691中披露這樣一次嘗試。在Kunugi和Tokumo的公開文本中，描述了車內(nèi)使用的系統(tǒng)，它用于校正聲吸收數(shù)值并且避免聲波干擾。所公開系統(tǒng)包括用于取得所需頻率響應(yīng)的聲壓校正電路和信號延遲電路。聲壓校正是通過按三個階段進行的聲信號高頻提升完成。第一階段是對車輛的平均聲吸收因素進行高頻校正，第二高頻校正階段與特定車輛的聲吸收因素有關(guān)，第三高頻校正因素與車輛內(nèi)入座的乘客數(shù)有關(guān)。
在頒給Satoh等人的美國專利5146 507中披露了一個音頻再現(xiàn)系統(tǒng)控制裝置，它用于校正給定再現(xiàn)環(huán)境的頻率響應(yīng)，使之與標準頻率響應(yīng)特征相符。Satoh的系統(tǒng)為指向聲場(例如汽車內(nèi)的聲場)的前左、前右、后左和后右揚聲器的聲信號提供校正參數(shù)。預存的與頻率和反射有關(guān)的聲學特征被用于使音頻再現(xiàn)控制裝置適應(yīng)不同聲環(huán)境的要求。
在頒給Knibbeler的美國專利4888809中披露了另一個用于修改汽車內(nèi)的頻率響應(yīng)特征的系統(tǒng)。Knibbeler的系統(tǒng)試圖通過調(diào)節(jié)一對濾波器單元在兩個單獨未重合的收聽位置，比如汽車乘客間中的前和后位置處產(chǎn)生平坦的頻率響應(yīng)。每個濾波器單元接收輸入信號，并且影響被送往相應(yīng)聲學換能器的輸出信號。
還有一些專利披露了改變音頻信號以使頻率響應(yīng)均衡的音響系統(tǒng)。這些專利包括頒給Lowe等的美國專利5371799，頒給Date等人的美國專利5325435，頒給Aylward等的美國專利5228085，頒給Sadaie的美國專利5033092，頒給van den Berg的英國專利4393270，頒給Yamada的美國專利4329544。
發(fā)明綜述盡管現(xiàn)有技術(shù)作出如此多的貢獻，但是仍存在這樣一種聲像校正設(shè)備需求，該校正設(shè)備可以容易地適應(yīng)各種具有失真空間特征的聲再現(xiàn)環(huán)境。另外還有這樣一種聲像校正系統(tǒng)需求，該聲像校正系統(tǒng)和聲像增強設(shè)備共同工作，以對校正后的立體聲聲像進行空間增強。
此處公開的聲學校正設(shè)備，以及相關(guān)工作方法，為改進不理想再現(xiàn)環(huán)境中的聲像提供了專業(yè)化的有效系統(tǒng)。
為了改進立體聲聲像，圖像校正裝置將輸入信號歸入第一頻段和第二頻段，這兩個頻段總起來說基本上包含所有的音頻頻譜。對輸入信號在第一和第二頻段內(nèi)的頻率響應(yīng)特征單獨校正，并且加以組合，產(chǎn)生一個其頻率響應(yīng)特征相對于聽者來說較為平坦的輸出信號。頻率校正即聲能校正級與再現(xiàn)環(huán)境有關(guān)，對頻率校正級進行修正，以克服這類環(huán)境的聲學局限性。該聲學校正設(shè)備的設(shè)計方案允許在單個頻段內(nèi)對輸入信號進行簡單且獨立的校正，以獲得經(jīng)過空間校正和重新定位的聲像。
在音頻再現(xiàn)環(huán)境之內(nèi)，揚聲器可能放置在距離聽者之耳較遠的地點，因此對聽者感知的聲像有不利影響。例如在汽車內(nèi)，用于產(chǎn)生低、中及高頻段聲信號的揚聲器可能被置于車門面板內(nèi)聽者耳的下方某處。本發(fā)明的聲學校正設(shè)備將聲像重新定位到聽者耳高度附近的一視在位置。
在某些音頻再現(xiàn)環(huán)境下，高頻換能器或高音揚聲器的位置與中頻或低頻換能器即中頻或中音揚聲器的放置地點相隔較遠。在汽車內(nèi)，中頻揚聲器通常被放置于車門面板內(nèi)或聽者腿或腳附近的類似地點。但是，高音揚聲器的位置高度可能接近或高于聽者的耳高，以避免干擾或周圍物體的吸收。高音揚聲器因其尺寸小適于在車內(nèi)作這樣的遠距放置。當高音揚聲器的放置地點接近聽者的耳高時，聽者耳處在高頻段的聲壓級可能比在相應(yīng)的低頻段大。因此，聲學校正設(shè)備作如此設(shè)計，使得對較高頻分量的校正可以是正或負的，即，較高頻分量可以相對于較低頻分量作提升或衰減，以對高音揚聲器的遠距因素進行補償。
通過使用該聲學校正設(shè)備，可以對播放音頻信號產(chǎn)生的立體聲聲像進行空間校正，使得校正后感知聲源的垂直和/或水平位置與揚聲器的位置不同。由聽者感知的確切聲源將與空間校正級有關(guān)。從汽車的角度來說，可以將此處公開的聲學校正設(shè)備與車門-安裝揚聲器結(jié)合使用，以使在乘客耳處的頻率響應(yīng)曲線基本上平坦。這樣的響應(yīng)將在聽者前方、大約耳高處產(chǎn)生一視在立體聲聲像。
一旦經(jīng)空間失真校正獲得感知聲源，就可以對校正后的音頻信號進行增強，以提供擴展的立體聲聲像。根據(jù)優(yōu)選實施例，為了使聽者有身臨現(xiàn)實聲舞臺的感覺，在對重新定位的音頻像進行立體聲聲像增強時考慮了有關(guān)人類聽覺的聲學原理，在那些收聽位置相對固定的聲再現(xiàn)環(huán)境下，例如汽車內(nèi)部，對音頻信號施加的立體聲聲像增強強度部分是由揚聲器相對于聽者的實際位置確定的。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，音頻校正裝置適用于車輛的汽車音響系統(tǒng)，對汽車音響系統(tǒng)相對于車輛駕駛座上就座的聽者所投影的立體聲聲像進行空間增強。車輛還有前部乘客座位，而汽車音響系統(tǒng)包括一對揚聲器，它們分別安裝于車輛的駕駛座一側(cè)的車門以及乘客座一側(cè)的車門上，其中揚聲器的位置高度在聽者的一對耳之下。
優(yōu)選音頻校正裝置包括立體聲聲像校正電路，它與接收立體聲信號的汽車音響系統(tǒng)相連，就聽者而言，該立體聲信號在經(jīng)揚聲器播放時顯示了音頻失真，聲像校正電路修改立體聲信號的各分量，生成校正過的立體聲信號，校正過的立體聲信號對音頻失真進行補償，以使校正過的立體聲信號經(jīng)揚聲器放出時為聽者提供視在聲像。
另外，優(yōu)選的音頻校正裝置還包括一個立體聲聲像增強電路，該電路接收校正過的立體聲信號以展寬視在聲像，立體聲聲像增強電路修改立體聲信號，以產(chǎn)生空間增強的聲信號，供揚聲器播放。聲像增強電路包括一個使立體聲信號的立體聲信息內(nèi)容隔離的裝置，一個均衡器，用于向所述立體聲信息內(nèi)容施加作為頻率函數(shù)的幅度提升數(shù)值的均衡器，其中所述提升數(shù)值的特征是小于200Hz的最大增益點，并且其特征在于最小增益點在1kHz和5kHz之間，以及將所述立體聲信息內(nèi)容與所述立體聲信號組合起來以產(chǎn)生所述空間增強聲信號的裝置。
在另一實施例中，立體聲聲像校正電路將可聽頻譜劃分為低頻段和相對低頻段而言的高頻段，聲像校正電路以獨立于高頻段內(nèi)分量的方式修改低頻段內(nèi)的立體聲信號的分量。
在另一實施例中，失真源自于揚聲器在車門內(nèi)的放置地點，其中揚聲器指向聽者的相應(yīng)兩側(cè)，揚聲器的特征在于聲擴散角，使得聽者的耳朵基本上位于聲擴散角范圍之外。
在另一實施例中，經(jīng)空間增強的聲信號經(jīng)揚聲器播放，其視在效果是使視在聲像轉(zhuǎn)向聽者，并且其中立體聲信息內(nèi)容信號的最小增益是揚聲器系統(tǒng)相對于聽者位置的函數(shù)。在另一實施例中，失真源自于車輛內(nèi)部的吸聲特征。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，音頻增強設(shè)備以立體聲再現(xiàn)裝置所提供的左和右立體聲輸入信號為工作對象，這些立體聲輸入信號供處于音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)固定位置上的揚聲器系統(tǒng)播放用，該增強設(shè)備通過補償輸入信號被音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)的揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時產(chǎn)生的聲學局限性，來修改立體聲輸入信號，以獲得改進的立體聲聲像。音頻增強設(shè)備包括立體聲聲像校正電路，它接收左和右立體聲輸入信號并且修改輸入信號，以生成能量-校正過的左和右立體聲信號，能量-校正過的左和右信號在經(jīng)揚聲器系統(tǒng)播放并且被音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)的聽者聽到時產(chǎn)生校正的空間響應(yīng)，校正的空間響應(yīng)相對于聽者產(chǎn)生視在聲像，以使聽者擁有真實且重新定向的聲感受。
音頻增強設(shè)備的該實施例還包括一個立體聲聲像增強電路，它接收能量-校正過的左和右立體聲信號并且為使視在聲像得到增強從而產(chǎn)生增強了的左和右立體聲信號，以使這些增強的左和右立體聲信號經(jīng)揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)之時聽者所感知的聲像有所改進，并且其中能量-校正后的左和右信號的特征是代表能量-校正后的左和右信號之差的第一差信號分量，并且增強了的左和右立體聲信號的特征在于代表增強了的左和右信號之差的第二差信號分量，第二差信號分量相對于第一差信號分量選擇性地均衡。
在另一實施例中，聲學局限性是揚聲器系統(tǒng)相對于聽者的固定位置的函數(shù)。在另一實施例中，聲學局限性是揚聲器系統(tǒng)的固有特征。在又另一實施例中，視在聲像由聽者相對于揚聲器系統(tǒng)的方位角及高度定義。
在另一實施例中，聲學局限性是揚聲器系統(tǒng)相對于聽者的固定位置的函數(shù)以及音頻再現(xiàn)環(huán)境的吸聲特征的函數(shù)。在又另一實施例中，校正后的空間響應(yīng)的特征在于就聽者而言聲壓能量級在大于100Hz的所有可聽頻率上基本上是恒定的。
在另一實施例中，立體聲聲像校正電路包括第一校正電路，用于修正第一頻段內(nèi)的左和右輸入信號的分量，以產(chǎn)生第一校正立體聲信號分量；第二校正電路，用于單獨地修改第二頻段內(nèi)左和右輸入信號的分量，以產(chǎn)生第二校正立體聲信號分量，以及將第一和第二校正后的立體聲信號分量組合以生成能量-校正后的左和右信號的組合裝置。
在另一實施例中，組合裝置還將相應(yīng)的輸入信號與第一和第二校正立體聲信號分量相組合，以生成能量-校正的左和右信號。在又另一實施例，第一校正立體聲信號分量包括頻率在約100Hz至1kHz之間的信號，而第二校正立體聲信號分量包括頻率在約1kHz至10kHz之間的信號。
在另一實施例中，能量-校正電路使第二校正立體聲信號分量衰減。在又另一實施例中，第二校正電路將第二頻段內(nèi)的輸入信號分量提升，以產(chǎn)生第二校正立體聲信號分量，組合裝置還包括具有第一位置和第二位置的開關(guān)，其中在開關(guān)處于第一位置時第二校正立體聲信號分量由組合裝置加至第一校正立體聲信號分量，當開關(guān)處于第二位置時從第一校正立體聲信號分量中減去第二校正立體聲信號分量。
在另一實施例中，立體聲聲像增強電路包括均衡器，它通過向第一差信號施加立體效果均衡曲線，改變第一差信號的頻率響應(yīng)，以產(chǎn)生第二差信號，該立體效果均衡曲線的特征在于最大增益轉(zhuǎn)折點發(fā)生在約100至200Hz的第一頻段內(nèi)的最大增益頻率處，并且該曲線的特征在于最小增益轉(zhuǎn)折點發(fā)生在約1680至5000Hz的第二頻段內(nèi)的最小增益頻率處。
在另一實施例中，最大增益在約10至15dB的范圍內(nèi)，而最小增益在約0至10dB的范圍內(nèi)。在又另一實施例中，最大增益、最大增益頻率、最小增益以及最小增益頻率與揚聲器系統(tǒng)相對于聽者的固定位置有關(guān)。在附加實施例中，立體效果均衡曲線是角度的函數(shù)，該角度由(1)從揚聲器系統(tǒng)發(fā)出且入射在聽者的貼近耳處的直達聲的路徑，(2)與聽者前向視線平行的平面之間所夾角產(chǎn)生。
在另一實施例中，音頻增強設(shè)備由數(shù)字信號處理器以數(shù)字形式實施。在又另一實施例中，音頻增強設(shè)備是由使用離散電路元件實施的。在一附加實施例中，左和右立體聲輸入信號由單音音頻信號源合成生成。在一附加實施例中，左和右立體聲輸入信號是視聽復合信號的一部分。
在另一實施例中，音頻增強設(shè)備被設(shè)計成數(shù)字和模擬混合電路。在又另一實施例中，音頻增強系統(tǒng)包含于半導體基片內(nèi)。在附加實施例中，音頻增強系統(tǒng)包含于多芯片模塊中。
在另一實施例中，音頻再現(xiàn)環(huán)境是汽車的內(nèi)部空間，汽車的第一和第二車門面板放置于該車駕駛員的相對兩側(cè)，并且其中揚聲器系統(tǒng)包括設(shè)置于第一車門面板內(nèi)的第一揚聲器和設(shè)置于第二車門面板內(nèi)的第二揚聲器。在又另一實施例中，音頻再現(xiàn)環(huán)境與具有一個鍵盤的電子鍵盤設(shè)備有關(guān)，并且其中揚聲器系統(tǒng)包括與電子鍵盤設(shè)備相連的第一和第二揚聲器，第一和第二揚聲器設(shè)置于鍵盤的下方。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，立體聲增強裝置接收或輸入一對立體聲左和右音頻信號并且向揚聲器系統(tǒng)提供處理后的左和右音頻信號，以再現(xiàn)對應(yīng)于處理后信號的聲像。立體聲增強裝置的該實施例包括這樣的裝置，它有選擇地改變左和右音頻信號的幅度值以產(chǎn)生校正后的左和右音頻信號，就聽者而言，在校正后的信號經(jīng)揚聲器系統(tǒng)播放時校正后的左和右音頻信號為聲像傳遞一個感知源點，該感知源點與聲像的實際源點不同，還包括一種增強裝置，它對校正后的左和右音頻信號進行增強以加重校正后的左和右音頻信號內(nèi)存在的混響聲能量，增強裝置產(chǎn)生處理后的左和右音頻信號。
在另一實施例中，用于增強校正信號的裝置將差信號的選定頻率分量放大預定量，該差信號代表校正后的左和右音頻信號內(nèi)存在的立體聲信息數(shù)量，而預定量按聲像的實際源點的函數(shù)確定。在又另一實施例中，就聽者而言左和右音頻信號經(jīng)揚聲器系統(tǒng)的播放產(chǎn)生第一頻率-有關(guān)的聲壓響應(yīng)，而就該聽者而言，左和右音頻信號經(jīng)定位于感知源點處的揚聲器系統(tǒng)的播放產(chǎn)生第二頻率-相關(guān)聲壓響應(yīng)，在校正后的左和右音頻信號由揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時就聽者而言校正的左和右音頻信號產(chǎn)生第二頻率相關(guān)聲壓響應(yīng)。
在另一實施例中，有選擇改變的裝置還包括將立體聲音頻信號劃分為低頻分量和高頻分量的裝置，對低和高頻分量均衡以產(chǎn)生低頻和高頻能量-校正音頻信號的裝置，和將低和高頻能量-校正音頻信號組合以產(chǎn)生校正的左和右音頻信號的組合裝置。
在另一實施例中，低頻分量包含于值約為100至1000Hz的頻段之內(nèi)，高頻分量包含于值約為1000至10000Hz頻段內(nèi)。在又另一實施例中，低頻分量對應(yīng)于立體聲音頻信號的第一頻段，高頻分量對應(yīng)于立體聲音頻信號的第二頻段，低頻分量在第一頻段上提升而高頻分量在第二頻段上衰減。
在另一實施例中，增強裝置包括產(chǎn)生代表校正的左音頻信號和校正的右音頻信號之和的和信號的裝置，產(chǎn)生代表校正的左音頻信號和校正的右音頻信號之差的差信號的裝置，將第一和第二頻段內(nèi)的差信號的分量相對于第三頻段內(nèi)的差信號的分量提升以產(chǎn)生處理的差信號的裝置，第三頻段大于第一頻段且小于第二頻段，以及將和信號與處理后的差信號組合起來產(chǎn)生處理后的左和右音頻信號的裝置。
在另一實施例中，差信號的最小增益轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在第三頻段內(nèi)的最小增益頻率處，該最小增益轉(zhuǎn)折點按聲像的實際源點的函數(shù)確定。在又另一實施例中，第一、第二和第三頻段內(nèi)差信號的分量全都由提升裝置加以放大。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，空間增強設(shè)備使位于音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)的揚聲器系統(tǒng)發(fā)出的立體聲聲像進行重新定向和增強。在本發(fā)明的該方面，空間增強設(shè)備包括一個聲像校正電路，該校正電路接收音頻輸入信號并且產(chǎn)生校正的音頻信號，音頻輸入信號在經(jīng)揚聲器系統(tǒng)播放時相對于聽者產(chǎn)生第一聲壓響應(yīng)，并且校正后的音頻信號在經(jīng)揚聲器系統(tǒng)播放時產(chǎn)生第二聲壓響應(yīng)，就聽者而言，第二聲壓響應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)于揚聲器系統(tǒng)視在位置的視在立體聲聲像，而聲像增強電路接收校正后的音頻信號并且提供供揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)用的增強了的音頻信號，相對于校正的音頻信號來說增強的音頻信號被均衡，以使視在立體聲聲像展寬。
在另一實施例中，校正的音頻信號是立體聲信號，它包括一個差信號，該差信號代表校正的音頻信號中存在的立體聲信息量，聲像增強電路將差信號均衡，加強校正的音頻信號中混響聲能量，以便展寬視在立體聲聲像。
在另一實施例中，校正的音頻信號是一個立體聲信號，它包括代表校正的音頻信號中存在的立體聲信息量的差信號，聲像增強電路根據(jù)立體效果均衡級對差信號進行均衡以產(chǎn)生處理的差信號，立體效果均衡級因差信號的頻率而異并且它的特征是最大增益出現(xiàn)在約100至200Hz的第一頻段內(nèi)的最大增益頻率處而最小增益出現(xiàn)在約1680至5000Hz的第二頻段內(nèi)的最小增益頻率處，均衡級在第一頻段之下以及第一頻段以上直至最小增益頻率是遞減的，均衡級在最小增益頻率以上是遞增的。在又另一實施例中，最大增益和最小增益是揚聲器系統(tǒng)相對于音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)聽者的實際位置的函數(shù)。
在另一實施例中，差信號的均衡級的特征還在于差信號相對于最大增益作低音衰減，低音衰減出現(xiàn)在最大增益頻率之下，而低音衰減量隨著差信號頻率的降低而增加。在又另一實施例中，最大增益和最小增益固定在預設(shè)增益值上，最大增益和最小增益與從揚聲器系統(tǒng)的實際地點發(fā)出且到達聽者耳處的直達聲的入射角有關(guān)。
在另一實施例中，聲像校正電路包括第一濾波器、第二音頻濾波器以及放大器。第一濾波器接收音頻輸入信號并且提供第一濾波后的輸出信號，第一濾波器的頻率響應(yīng)特征包括第一過渡帶，音頻輸入信號的幅度值在整個第一過渡帶內(nèi)作為頻率的函數(shù)被修改，第二音頻濾波器接收音頻輸入信號并且提供第二濾波后的輸出信號，第二音頻濾波器的頻率響應(yīng)特征包括第二過渡帶，音頻輸入信號的幅度值在整個第二過渡帶內(nèi)作為頻率的函數(shù)被修改，放大器用于提升第一和第二濾波后的輸出信號的幅度值，并且用于將第一和第二濾波后的輸出信號與音頻輸入信號組合起來以產(chǎn)生校正的音頻信號，校正的音頻信號在經(jīng)揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時產(chǎn)生視在立體聲聲像。
在另一實施例中，音頻輸入信號包括左輸入信號和右輸入信號，并且聲像校正電路包括第一能量-校正裝置和第二能量-校正裝置，第一能量-校正裝置接收左輸入信號以對該左輸入信號進行處理從而生成校正的左音頻信號；該第一能量-校正裝置包括低頻校正電路、高頻校正電路和組合裝置，低頻校正電路接收左輸入信號并且提供校正后的低頻左信號，低頻校正電路將第一頻段內(nèi)的左輸入信號的幅度分量提升，高頻校正電路接收左輸入信號并且提供校正的高頻左信號，并對在第二頻段內(nèi)左輸入信號的幅度分量進行調(diào)節(jié)，組合裝置用于將校正后的低和高頻左信號組合起來以產(chǎn)生校正后的左音頻信號，第二能量-校正裝置接收右輸入信號以產(chǎn)生校正的右音頻信號。
第二能量-校正裝置還包括低頻校正電路、高頻校正電路以及組合裝置，低頻校正電路接收右輸入信號并且提供校正的低頻右信號，低頻校正電路將右輸入信號在第一頻段內(nèi)的幅度分量提升，高頻校正電路接收右輸入信號并且提供校正的高頻右信號，高頻校正電路還調(diào)節(jié)第二頻段內(nèi)右輸入信號的幅度分量，組合裝置組合校正的低和高頻右信號以產(chǎn)生校正的右音頻信號。
在另一實施例中，音頻再現(xiàn)環(huán)境是汽車的內(nèi)部空間，汽車有一個儀表板，視在立體聲聲像從儀表板方向發(fā)出指向聽者。在又另一實施例中，音頻再現(xiàn)環(huán)境是戶外區(qū)域并且其中的聽者可以就位于該音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)的多個地點。
在另一實施例中，聲像增強電路包括第一求和網(wǎng)絡(luò)和與第一求和網(wǎng)絡(luò)相連的均衡器，第一求和網(wǎng)絡(luò)輸入由聲像校正電路提供的校正后的左和右音頻信號并且產(chǎn)生差信號與和信號，差信號代表校正后的左和右音頻信號中存在的立體聲信息量，均衡器修改差信號的頻率響應(yīng)，產(chǎn)生處理后的差信號，其均衡數(shù)值隨處理過的差信號的頻率而變。
該實施例中的均衡級的特征在于最大增益出現(xiàn)在約100至200Hz之間的最大增益頻率處，而最小增益出現(xiàn)在約1680至5000Hz之間的最小增益頻率處，差信號相對于最大增益有中度衰減，中度衰減發(fā)生于最大增益頻率之上并且隨著差信號頻率增加直到最小增益頻率作相應(yīng)的遞增，而在最小增益頻率以上隨著差信號頻率的增加中度衰減下降。
在該實施例中，聲像增強電路還包括信號混頻器，該混頻器接收經(jīng)處理的差信號并且將處理的差信號與和信號以及校正的左音頻信號組合以產(chǎn)生增強的左輸出信號供揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)用，信號混頻器還將經(jīng)處理的差信號與和信號以及校正的右音頻信號組合以產(chǎn)生增強的右輸出信號供揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)用。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，聲能量-校正裝置用于在立體聲信號經(jīng)揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時修改立體聲信號的譜密度以克服揚聲器系統(tǒng)的聲學缺陷。在本發(fā)明的該方面，聲能量-校正裝置包括補償電路，補償電路接收立體聲信號以調(diào)節(jié)立體聲信號的幅度從而在立體聲信號經(jīng)揚聲器系統(tǒng)播放時獲得就聽者而言理想的聲學空間響應(yīng)，該補償電路包括第一校正電路、第二校正電路以及組合裝置，第一校正電路接收立體聲信號并將立體聲信號作為第一頻率函數(shù)在第一頻段上提升以產(chǎn)生第一校正的立體聲信號，第二校正電路接收立體聲信號并且將立體聲信號作為第二頻率函數(shù)在第二頻段上調(diào)節(jié)以產(chǎn)生第二校正的立體聲信號，其中第一頻率函數(shù)與第二頻率函數(shù)無關(guān)，組合裝置用于組合第一和第二校正的立體聲信號以產(chǎn)生能量-校正的輸出信號。
在另一實施例中，第一頻段包括低于約1000Hz的可聽頻率而第二頻段包括大于約1000Hz的可聽頻率。在又另一實施例中，立體聲信號也與第一和第二校正的立體聲信號經(jīng)組合裝置組合。在附加實施例中，第一校正電路所提供的提升量隨頻率增加而相應(yīng)地增加。
在另一實施例中，第二校正電路將立體聲信號在第二頻段內(nèi)提升，提升量隨著頻率的增加而相應(yīng)增加。在又另一實施例中，第二校正電路使立體聲信號在第二頻段內(nèi)衰減。
在附加實施例中，聲能量-校正裝置還包括一只電子開關(guān)，該開關(guān)接收第二校正的立體聲信號并且其輸出端與組合裝置相連，電子開關(guān)具有第一位置和第二位置，當開關(guān)處于第一位置時第一和第二校正的立體聲信號由組合裝置相加，當開關(guān)處于第二位置時第二校正的立體聲信號從第一校正的立體聲信號中減去。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電子裝置根據(jù)經(jīng)聲學換能器再生的聲信號產(chǎn)生視在聲像。在本發(fā)明的該方面，電子裝置包括第一濾波器、第二音頻濾波器和放大裝置，第一濾波器接收聲信號并且提供第一濾波后的輸出信號，第一濾波器的頻率響應(yīng)特征包括第一通帶和第一過渡帶，聲信號的幅值在整個第一過渡帶內(nèi)作為頻率的函數(shù)被修改并且在第一通帶內(nèi)修改值基本上一致，第二音頻濾波器接收聲信號并且提供第二濾波后的輸出信號，第二音頻濾波器的頻率響應(yīng)特性包括第二通帶和第二過渡帶，在整個第二過渡帶內(nèi)聲信號的幅值是作為頻率的函數(shù)被修改并且在第二通帶內(nèi)修改值基本上一致，放大裝置用于提升第一和第二濾波的輸出信號的幅值，用于將第一和第二濾波的輸出信號與聲信號加以組合從而生成能量-校正的聲信號，能量-校正的聲信號在經(jīng)聲學換能器再生時產(chǎn)生視在聲像。
在另一實施例中，第二濾波的輸出信號在與第一濾波的輸出信號和聲信號組合時被放大裝置反相。在又另一實施例中，第一和第二音頻濾波器是高通濾波器，第一過渡帶的頻段在約100Hz和1000Hz之間，而第二過渡帶的頻段在約1000Hz和10kHz之間。
在附加實施例中，電子裝置還包括對能量-校正的聲信號作空間增強的裝置，能量-校正聲信號包括左能量-校正信號和右能量-校正信號?？臻g增強裝置包括產(chǎn)生代表能量-校正的左和右信號之和的和信號的裝置，產(chǎn)生代表能量-校正的左信號與能量-校正的右信號之差的差信號的裝置，均衡器，以及將和信號與處理過的差信號組合以產(chǎn)生空間增強的左和右輸出信號的裝置，均衡器用于將差信號在第一和第二頻段內(nèi)的分量相對于差信號在第三頻段內(nèi)的分量提升以產(chǎn)生處理過的差信號，第三頻段大于第一頻段且小于第二頻段。
在另一實施例中，聲信號包括左和右信號，放大裝置包括第一放大器和第二放大器，第一放大器用于提升濾波后的輸出信號分量，而第二放大器用于提升濾波后的輸出信號分量，第一和第二放大器對濾波的輸出信號施加以可變的提升量，該提升量可通過第一和第二聯(lián)動可變電阻調(diào)節(jié)，第一和第二聯(lián)動可變電阻將濾波的輸出信號傳送給放大裝置。
本發(fā)明的附加方面還提供了音頻信號的處理方法，該方法對在音頻信號經(jīng)音響系統(tǒng)中的揚聲器再現(xiàn)時聲能量的失真進行補償。本發(fā)明該方面的所述方法包括下列步驟(a)產(chǎn)生第一濾波的音頻信號，該第一濾波的音頻信號的特征在于頻率的第一過渡帶和第一通帶，(b)產(chǎn)生第二濾波的音頻信號，該第二濾波的音頻信號的特征在于頻率的第二過渡帶和第二通帶，(c)將第一濾波的音頻信號在第一過渡帶內(nèi)的幅度分量按頻率的函數(shù)提升，(d)將第一濾波后的音頻信號在第一通帶內(nèi)的幅度分量提升一固定量，(e)將第二濾波的音頻信號在第二過渡帶內(nèi)的幅度分量按頻率的函數(shù)加以修改，(f)將第二濾波的音頻信號在第二通帶內(nèi)的分量修改一固定量，(g)將已提升的第一濾波后的音頻信號和已修改的第二濾波后的音頻信號加以組合以產(chǎn)生空間校正的音頻信號，從而在空間校正的音頻信號經(jīng)揚聲器再現(xiàn)時產(chǎn)生校正的聲像，以及(h)對校正的音頻信號作空間增強以展寬校正的聲像。
在另一實施例中，第一過渡帶的頻率范圍在約1000Hz以下，第一通帶包括高于1000Hz的頻率，第二過渡帶的頻率范圍為約1000Hz至10000Hz，第二通帶包括高于約10000Hz的頻率。在另一實施例中，對校正的音頻信號作空間增強的頻率包括下列子步驟(a)產(chǎn)生差信號，該差信號代表空間校正的音頻信號的立體聲信息內(nèi)容，以及(b)通過對差信號施加立體效果均衡曲線來改變差信號從而產(chǎn)生處理過的差信號，立體效果均衡曲線的特征在于最大增益轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在約為100至200Hz的第一頻段內(nèi)的最大增益頻率處，并且該曲線的特征在于最小增益轉(zhuǎn)折點發(fā)生在約為1680至5000Hz的第二頻段內(nèi)的最小增益頻率處。
本發(fā)明的另一方面提供了在音頻信號經(jīng)位于音頻再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)的揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時對處于同一再現(xiàn)環(huán)境內(nèi)的聽者所感知的聲學空間失真作出補償?shù)姆椒?。該方法包括下列步驟(a)將音頻信號分成為第一頻段內(nèi)的第一組信號分量和第二頻段內(nèi)的第二組分量，第一組信號分量包含于低于約1000Hz的第一頻段內(nèi)而第二組信號分量包含于高于約1000Hz的第二頻段內(nèi)，(b)將第一組信號分量的幅值在第一頻段上按頻率的函數(shù)提升以產(chǎn)生第一組修改的信號分量，(c)將第二組分量的幅值在第二頻段上按頻率的函數(shù)調(diào)節(jié)以產(chǎn)生第二組修改的信號分量，以及(d)將第一組修改的信號分量與第二組修改的信號分量相組合以產(chǎn)生能量-校正的音頻輸出信號。
在另一實施例中，第二組修改的信號分量相對于第二組信號分量是衰減的。在又另一實施例中，該方法還包括一個步驟，即在第二頻段內(nèi)將音頻信號在第二頻段內(nèi)的幅值提升一基本固定的數(shù)量，固定量對應(yīng)于對第一組信號分量所作的最大提升值。
附圖簡述本發(fā)明的上述及其它方面、特點和優(yōu)勢，通過下文結(jié)合附圖對本發(fā)明所作的說明將更為顯而易見，在附圖中

圖1是立體聲聲像校正電路與立體聲增強電路操作性相連的簡明框圖，它們用于從一對立體聲輸入信號產(chǎn)生逼真立體聲聲像。
圖2是從側(cè)面觀察所得的車輛圖，它表示了揚聲器在車輛內(nèi)部的放置位置。
圖3是圖2所示車輛的頂視圖，它表示了揚聲器在車輛內(nèi)部的放置位置。
圖4A是一個聲再現(xiàn)系統(tǒng)的期望的聲壓-頻率特性圖。
圖4B是對應(yīng)于第一聲再現(xiàn)環(huán)境的聲壓-頻率特性圖。
圖4C是對應(yīng)于第二聲再現(xiàn)環(huán)境的聲壓-頻率特性圖。
圖4D是對應(yīng)于第三聲再現(xiàn)環(huán)境的聲壓-頻率特性圖。
圖5是能量-校正電路的簡明框圖，該電路與立體聲聲像增強電路操作性相連，用于從一對立體聲輸入信號產(chǎn)生逼真立體聲聲像。
圖6A是根據(jù)優(yōu)選實施例由低頻校正電路所給出的各級信號修改方案的圖形表示。
圖6B是由高頻校正電路所提供的各級信號修正方案的圖形表示。該修正方案是根據(jù)優(yōu)選實施例用于提升音頻信號的高頻分量。
圖6C是根據(jù)優(yōu)選實施例用于衰減聲信號的高頻分量并由高頻校正電路所提供的各級信號修改的圖形表示。
圖6D是復合能量-校正曲線的圖形表示。該曲線描述了用于重新定位立體聲聲像的聲壓校正的可能范圍。
圖7是對音頻差信號所進行的各級均衡的圖形表示，均衡的目的是取得程度不同的立體聲聲像增強。
圖8A是表示聽者對被置于第一位置處的揚聲器所發(fā)聲音的感知聲源和實際聲源差異的圖形。
圖9是用于改變音頻信號在寬頻段上的聲壓級的能量-校正電路的簡圖。
圖10是供圖9的能量-校正電路結(jié)合使用的立體聲聲像增強電路的簡圖。
圖11是與圖9的能量-校正電路結(jié)合使用的立體聲聲像增強電路的替代性實施例的簡圖。
圖12是供本發(fā)明的替代性實施例使用的低音提升電路的簡圖。
圖13是適于本發(fā)明應(yīng)用的第一替代性聲再現(xiàn)環(huán)境的示意圖。
圖14是適于本發(fā)明應(yīng)用的第二替代性聲再現(xiàn)環(huán)境的透視圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明首先參看圖1，該圖是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的框圖。具體而言，聲校正設(shè)備20包括一個連接至立體聲聲像增強電路24的立體聲聲像校正電路22。聲像校正電路22輸入左立體聲信號26和右立體聲信號28。經(jīng)聲像校正后的左立體聲信號Lc和右立體聲信號Rc分別沿路徑27和29送往立體聲聲像增強電路24。立體聲聲像增強電路24對信號Lc和Rc進行處理，給出左輸出信號30和右輸出信號32。繼而輸出信號30和32可以連接至其它形式的信號調(diào)節(jié)電路，或者它們可以直接連接至揚聲器(未示)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，立體聲聲像校正電路22和立體聲增強電路24配合工作，以克服聲再現(xiàn)環(huán)境的聲學缺陷。這類聲再現(xiàn)環(huán)境可以大至劇院場館或小至便攜式電子鍵盤。本發(fā)明的優(yōu)勢特別明顯的一個此類環(huán)境是汽車的內(nèi)部。
現(xiàn)在參看圖2，該圖以側(cè)面剖視圖方式描述了一個具有聲再現(xiàn)系統(tǒng)的車輛40，并表示了車輛40的內(nèi)部座位排列和揚聲器位置情況。類似地，在圖3中給出聲再現(xiàn)系統(tǒng)的相同揚聲器放置情況的頂視圖。車輛40的內(nèi)部可被分為前部42和后部44。車輛40的音響系統(tǒng)包括一對車門-安裝揚聲器46，它們安裝于前部乘客48的腿或腳附近。類似地，車輛40的后部44還包括一對車門-安裝揚聲器50。揚聲器對46和50在車門面板內(nèi)的位置是被汽車制造商所普遍接受的一種方案。但是，在一些車輛中這些車門-安裝的揚聲器46和50也可以由安裝于后部小行李架54上的揚聲器52取代或補充。
另外，一些汽車立體音響系統(tǒng)將揚聲器設(shè)置于不同位置，使得中頻或較低頻與較高頻率聲音的再現(xiàn)地點有所不同。圖2的車輛40便演示了這類立體音響系統(tǒng)。具體而言，一對高頻揚聲器56即高頻頭安裝于乘客48上方。通?？桃膺x擇揚聲器56的安裝位置，以避免失真和車輛40內(nèi)物體所引起的高頻聲音的干擾。由于高頻揚聲器的尺寸很小，所以揚聲器56可以如此定位。
除圖2所示的揚聲器位置外，制造商或修配專家可以將揚聲器放置于汽車內(nèi)其它各種可能的位置處。例如，揚聲器可以放置于儀表板55內(nèi)或車門面板58的其它區(qū)域。不論汽車立體音響系統(tǒng)的類型，或揚聲器在其內(nèi)的放置情況如何，對于坐于車輛內(nèi)的聽者而言都希望能從立體音響系統(tǒng)取得正面的立體聲聲像效果。
圖4A描述了在聲再現(xiàn)環(huán)境下出現(xiàn)在聽者外耳處的期望頻響特征曲線圖。曲線60是以分貝為單位測量的聲壓級(SPL)對頻率的函數(shù)。從圖4A可以看出，對于所有可聽頻率來說聲壓級是較為恒定的。曲線60可以通過將一對理想揚聲器直接放置于聽者前方與其耳朵差不多等高處，并由它們重放粉紅噪聲而得到。粉紅噪聲指的是這樣一種情況，即聲音分布于聲頻頻譜上，每個倍頻程具有相等的能量。實際上，曲線60的平坦頻率響應(yīng)可能會由于揚聲器系統(tǒng)的固有聲學缺陷的影響而有起伏。
曲線60表示聽者耳朵進行處理之前的聲壓級。重新參看圖2和3，曲線60所代表的平坦頻率響應(yīng)與從儀表板55所處位置沿圖示方向A向乘客48發(fā)射的聲音一致。人耳通過將其自身的聽覺響應(yīng)加于聲信號上，對曲線60所代表的這類聲音進行處理。人的這一聽覺響應(yīng)由耳的外耳廓和內(nèi)通道部分決定。
遺憾的是，許多汽車聲再現(xiàn)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特征曲線并不具備圖4A所示的期望特征。相反，揚聲器可能被放置于聲學上不利的地點。以滿足其它的人類工程方面的要求。重新參看圖2，車門-安裝的揚聲器46和50被置于方便且不被注意的地點。但是，在這樣的位置處，由于揚聲器46和56相對于乘客48只是簡單放置，故此揚聲器46和50發(fā)出的聲音可能是譜失真的。另外汽車40的內(nèi)部環(huán)境，比如乘客48的腿和汽車的車座45，會導致吸收所產(chǎn)生的聲信號或使其幅度失真。這類失真通常存在于較高頻率中，它們是一些現(xiàn)有技術(shù)聲增強系統(tǒng)的改進目標。
譜和幅值失真的結(jié)果是，乘客48感知的立體聲聲像在空間上是失真的，使得聽覺感受難以令人滿意。圖4B-4D以圖形方式描繪了各種汽車聲再現(xiàn)系統(tǒng)的空間失真程度。圖4B-4D所描繪的失真特性曲線代表以分貝為單位測得的聽者耳周圍的聲壓級。
圖4B的頻率響應(yīng)曲線64在大于約100Hz的頻率處的聲壓級呈下降趨勢。曲線64表示安裝于汽車內(nèi)聽者下方、包括低音揚聲器和高音揚聲器在內(nèi)的揚聲器所產(chǎn)生的可能聲壓特性曲線。例如，假定圖2的揚聲器46包括高音揚聲器，那么僅由此揚聲器46播放的聲信號可能呈現(xiàn)圖4B的響應(yīng)。假定在圖2的汽車內(nèi)得到圖4B的聲壓響應(yīng)，乘客48將把所產(chǎn)生的聲像定位于前部42的較低部位。
與漸降曲線46有關(guān)的特定傾斜度易于改變，而且可能不是完全線性的，這一切都與汽車的內(nèi)部、揚聲器的質(zhì)量以及揚聲器在車門面板58內(nèi)的精確定位有關(guān)。例如，真皮或乙烯樹脂內(nèi)部飾品將比布制內(nèi)部飾品反射更多的聲信號，特別是高頻聲信號。譜失真的程度隨著揚聲器距聽者的放置距離和定位距離的加大，有著明顯的差異。
圖4c是聲壓-頻率特性曲線68的圖形表示，其中音頻信號的第一頻段是譜失真的，但是信號的較高頻段不是失真的。特性曲線68可以由低至中頻揚聲器置于聽者下方并且高頻揚聲器置于聽者耳高水平或與其齊平而得到。再次參看圖2，這樣的低至中頻揚聲器將對應(yīng)于揚聲器46，而這樣的高頻揚聲器(未示)將置于儀表板55上的某個部位。采用這種安排方式，頻率響應(yīng)曲線68在約100Hz處幅值最大，從100Hz至約1000Hz將作為頻率的函數(shù)而降低。在1000Hz，曲線68再一次增加直至最大幅值，聲壓級在1000Hz以上的增加是高音揚聲器被不受遮攔地置于車輛乘客48前方位置的直接結(jié)果。由特性曲線68產(chǎn)生的聲像將在圖2的乘客48下方有一低頻分量，在乘客的耳齊平附近處有一高頻分量。
圖4D是聲壓-頻率特性曲線70的圖形表示，其中在低頻段聲壓級呈下降趨勢，在高頻段聲壓級呈上升趨勢。特性曲線70是由這樣的揚聲器安排，即中至低頻揚聲器置于聽者下方而高頻揚聲器置于聽者上方而獲得的。這樣的一種安排對應(yīng)于圖2的包括揚聲器46和56在內(nèi)的音頻系統(tǒng)。將高音揚聲器置于耳的上方、車的頂蓋內(nèi)，會為之提供一個不受阻擋的直達乘客耳的較短路徑。因此，正如圖4D的曲線70所示，大于1000Hz的頻率處的聲壓級可能明顯地大于低頻聲壓級，使附近的聽者感受到不希望有的聲學效果。由特性曲線70產(chǎn)生的聲像將具有下列特征，低頻分量位于圖2的乘客48的下方，高頻分量位于乘客48的上方。
圖4B-4D的聲學特征曲線表示了在前部42(圖2所示)內(nèi)可獲得的且為乘客48聽到的各種聲壓級。在具有前部和后部的汽車再現(xiàn)環(huán)境中，可以對每個部分內(nèi)的聲像進行重新調(diào)整。大多數(shù)汽車為進行這類單獨的信號校正，配備有單獨的前、后通道。在后部44內(nèi)對空間失真進行校正所需的信號調(diào)節(jié)將依特定揚聲器位置而定。例如，圖2的揚聲器50所需采取的空間校正程度與揚聲器對46基本相同。之所以如此是因為揚聲器46和50相對于前部乘客48和后部乘客而言分別處于相同的位置。但是，如果后通道揚聲器包括或還具有面向上的揚聲器52，那么將進行不同程度的調(diào)節(jié)，以校正車輛40的后部收聽空間(可能有)的空間失真。
圖4B-4D的聲學響應(yīng)曲線僅僅是關(guān)于聽者耳處的音頻信號如何被各種聲再現(xiàn)系統(tǒng)失真播放的數(shù)個例子。在任意給定頻率上空間失真的準確程度將視再現(xiàn)系統(tǒng)和再現(xiàn)環(huán)境而有很大的不同。通過實施此處說明的本發(fā)明優(yōu)選實施例，將為揚聲器系統(tǒng)相對于固定聽者產(chǎn)生由視在高度和方位坐標定義的視在位置，這些高度和方位坐標與實際揚聲器的位置有所不同。
圖5披露了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細框圖。優(yōu)選實施例包括立體聲聲像校正電路22，它輸入左和右立體聲信號26和28。聲像校正電路22通過有利地將可聽頻譜分割為第一頻率分量和第二頻率分量，來校正各個音響系統(tǒng)的失真的譜密度，其中第一頻率分量包含較低頻率，第二頻率分量包含較高頻率。左和右信號26和28的每一個分別由相應(yīng)的低頻校正電路80、82以及高頻校正電路84和86單獨處理。應(yīng)當指出，在優(yōu)選實施例中校正電路80和82將工作在約為100至1000Hz的較“低”頻段，而校正電路84和86將工作在約為1000至10000Hz的較“高”頻段。這與通常的音頻術(shù)語有所不同，通常情況下低頻表示高達100Hz的頻率，中頻代表100至4kHz之間的頻率，而高頻代表大于4kHz的頻率，兩者不應(yīng)混淆。
通過分離輸入聲信號的較低和較高頻率分量，在一頻段內(nèi)對聲壓級的校正可獨立于另一頻段進行。校正電路82、84、86和80修改輸入信號26和28，以對這些輸入信號在由揚聲器再現(xiàn)之時產(chǎn)生的譜和幅度失真進行校正。所產(chǎn)生的信號與原始輸入信號26和28在各自的求和結(jié)點90和92處組合在一起。校正后的左立體聲信號Lc′和校正后的右立體聲信號Rc′分別沿輸出端94和96送出。
輸出端94和96處的校正立體聲信號在乘客48(圖2所示)的耳處產(chǎn)生平坦即均勻的頻率響應(yīng)。該空間校正響應(yīng)產(chǎn)生一個視在聲源，當通過圖2的揚聲器46播放時，該視在聲源似乎定位于乘客48的正前方。一旦聲源經(jīng)聲信號的能量-校正后被恰當定位，立體聲增強電路24就調(diào)節(jié)立體聲信號，以展寬由該視在聲源發(fā)出的立體聲聲像。正如結(jié)合圖8A和圖8B將要討論的，立體聲聲像增強電路24可能需要由立體聲定向裝置30進行調(diào)節(jié)，以對聲源的實際位置進行補償。
在優(yōu)選實施例中，立體聲增強系統(tǒng)24對左和右立體聲信號中存在的差信號信息進行平衡。此處披露的立體聲增強系統(tǒng)24與共同未決的序列號為08/430751的專利申請類似。本發(fā)明所采用的相關(guān)立體聲增強系統(tǒng)也披露于美國專利4748669和4866774中，這兩個美國專利被頒發(fā)給本申請所公開的發(fā)明的相同發(fā)明人之一，Arnold klayman。美國專利4748669、美國專利4866774以及專利申請08/430751的公開件在此處引為參考，恰如本文所全面陳述的那樣。
沿路徑94和96傳輸?shù)男盘朙c和Rc被增強系統(tǒng)24輸入，并且饋往高通濾波器98。濾波器98實際上可能包括兩個單獨的高通濾波器。濾波器98是一個預調(diào)節(jié)濾波器，它的設(shè)計目的在于減少低于約100Hz的低音分量，這些低音分量可能不受歡迎地存在于差信號中。濾波器98的輸出被送往差信號發(fā)生器100。輸出端102處存在一差信號(Lc-Rc)，該差信號代表校正后的左和右輸入信號的立體聲內(nèi)容。立體聲聲像校正電路22的輸出也被直接送往和信號發(fā)生器104。輸出端106處產(chǎn)生一和信號(Lc+Rc)，該和信號代表校正后的左和右立體聲信號的和。
輸出端102和106處的和信號與差信號分別饋往單獨的電平調(diào)節(jié)裝置108和110。理想情況下裝置108和110是電位計或類似的可變阻抗裝置。裝置108和110的調(diào)節(jié)通常是手動進行的，以控制輸出信號中存在的和信號與差信號的基準電平。這允許用戶可以根據(jù)再現(xiàn)聲音類型并且依據(jù)用戶的個人喜好，設(shè)計立體聲增強的強度和方面。和信號的基準電平的增加將突出定位于一對揚聲器之間的中間地點處的音頻信息。相反地，差信號基準電平的增加將突出周圍聲音信息，從而感知到較寬的聲像。在某些音樂類型和系統(tǒng)配置參數(shù)已知或者手動調(diào)節(jié)并不可行的音頻結(jié)構(gòu)中，可以取消調(diào)節(jié)裝置108和110，這便要求和信號與差信號的電平須預先確定并且加以固定。
裝置110的輸出被饋往輸入端122處的立體聲增強均衡器120。均衡器120通過對差信號分別用低通音頻濾波器124和高通音頻濾波器126進行濾波，對出現(xiàn)在輸入端122處的差信號進行譜整形。除了由濾波器124和126所提供的調(diào)節(jié)功能外，差信號電平由立體聲定向電路130單獨調(diào)節(jié)。濾波器124、126和定向電路130的輸出信號分別沿路徑132、134和136從均衡器120輸出。
沿路徑132、134和136傳送的修改差信號是出現(xiàn)在輸出端140上的處理差信號(Lc-Rc)p的分量。該處理差信號饋入混頻器142，該混頻器還接收來自裝置106的和信號以及來自輸出端94和96的立體聲信號Lc和Rc。所有這些信號在混頻器142內(nèi)加以組合，以產(chǎn)生有所增強且空間校正的左輸出信號30和右輸出信號32。
由增強電路24對左和右輸出信號30和32進行的調(diào)節(jié)由下列數(shù)學式表示Lout＝Lc+K1(Lc+Rc)+K2(Lc-Rc)p(1)Rout＝Rc+K1(Lc+Rc)-K2(Lc-Rc)p(2)盡管上述方程中的輸入信號Lc和Rc代表理想的經(jīng)校正立體聲源信號，但是它們也可以由單音源合成生成?？梢怨┍景l(fā)明使用的一個此類立體聲合成方法公開于同樣頒給Arnold klayman的美國專利4841572，該專利在本處引用為參考。聲像校正特性曲線圖6A-6C是為了從一對立體聲信號獲得重新定位的聲像，由“低”和“高”頻校正電路80，82，84，86所給出的各種程度的空間校正的圖形表示。
首先參看圖6A，校正電路80和82提供的各種可能的空間校正級被描繪成具有不同幅度-頻率特性的曲線。電路80和82所提供最大限度的校正或提升(以dB為單位測量)由校正曲線150表示。曲線150在約100Hz和1000Hz的第一頻段內(nèi)呈上升趨勢。當頻率大于1000Hz時，曲線的幅度相對恒定。曲線152表示的是校正量幾近于零的情況。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，典型濾波器的特征是由截止頻率隔開的通帶和阻帶。圖6A-6C的校正曲線盡管代表的是典型的信號濾波器，可以特性化為通帶、阻帶和過渡帶。根據(jù)圖6A的特征加以構(gòu)設(shè)的濾波器，其通帶在約1000Hz以上，過渡帶在約100和1000Hz之間，而阻帶在約100Hz以下。根據(jù)圖6B和6C的濾波器的通帶在約10kHz以上，過渡帶在約1kHz和10kHz之間，阻帶在約1kHz以下。由于根據(jù)優(yōu)選實施例使用的濾波器僅為第一階濾波器，故此定義通、阻和過渡帶的頻率僅是設(shè)計目標。對于給定電路來說嚴格的特征性頻率可能有明顯不同。
從圖6A-6C可以看出，由電路80、82、84和86對音頻信號的空間校正在通帶內(nèi)基本上是均勻的，而在過渡帶內(nèi)很大程度上依賴于頻率。通過調(diào)節(jié)立體聲聲像校正電路22對音頻信號施加的聲校正量可以作為頻率的函數(shù)而變化，其中的立體聲聲像校正電路可改變圖6A-6C的過渡帶的傾斜度。結(jié)果是，頻率相關(guān)的校正被施加于100和1000Hz之間的第一頻段，并且施加于1000至10000Hz的第二頻段。通過獨立地調(diào)節(jié)校正電路80、82、84和86，可以得到數(shù)目無窮的校正曲線。
根據(jù)優(yōu)選實施例，較高頻率立體聲信號分量的空間校正是在約1000Hz和10kHz之間進行的。這些信號分量的能量-校正可能是正的即提升，如圖6B所示，也可能是負的，即衰減，如圖C所示。校正電路84、86所給出的提升范圍其特征在于最大提升曲線160和最小提升曲線162。曲線164、166和168代表對從不同聲再現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)出的聲音進行空間校正所需的其它各級提升。
圖6C描繪的能量-校正曲線基本上與圖6B所示相反。如前所示，在高音揚聲器安裝于聽者上方且與相應(yīng)的低音揚聲器或中頻揚聲器隔開的情況下，可能需要對較高頻聲信號進行衰減。由電路84和86可獲得的衰減量是可變的，最大衰減量由曲線170表示，最小衰減量由曲線172表示。中間曲線174、176和178表示其間的一些可能變化形式。
由于由圖6A-6C曲線所表示的較低頻和較高頻校正因素被加在一起，故此在頻率10至10000Hz之間可采用的可行空間校正曲線范圍較廣。圖6D是描繪了由立體聲聲像校正電路22提供的復合空間校正特性曲線的一個變化范圍的圖形表示。具體而言，實曲線180代表由曲線150(圖6A所示)和曲線160(圖6B所示)組成的最大空間校正級。較低頻的校正可以從實曲線180起在θ1指定的范圍內(nèi)變化。類似地，較高頻率的校正可以自實線180起在θ2指定的范圍內(nèi)變化。故此，對100至1000Hz的第一頻段施加的提升量在約0和15dB之間變化，而對1000至10000Hz的第二頻段施加的校正可以在約30dB至-15dB之間變化。聲像增強特性曲線現(xiàn)在再談本發(fā)明的立體聲聲像增強方面，圖7以圖形表示了一系列立體效果增強或歸一化曲線。上述方程1和2中的信號(Lc-Rc)p表示的是已根據(jù)圖7的頻率響應(yīng)特性曲線作過譜整形的處理后差信號。這些頻率響應(yīng)特性曲線由圖5所示的均衡器120施加并且部分遵從HRTF原則。
一般來說，將差信號有選擇地放大，使環(huán)境或混響音響效應(yīng)增強，這些音響效應(yīng)可能存在于差信號中但是被較強的直達聲掩蓋。在表演現(xiàn)場這些環(huán)境聲在適當程度下易于被感知。但是，在錄音演奏情況下，環(huán)境聲相對于現(xiàn)場演奏已有所衰減。當聲像從置于聽者前方的一對揚聲器發(fā)出時，通過提升取自一對立體聲左右信號的差信號電平，該投影聲像可以被明顯展寬。
圖7的立體效果曲線190、192、194、196和198表示的是增益對可聽頻率的函數(shù)關(guān)系，其中頻率取對數(shù)形式。考慮到各種音頻再現(xiàn)系統(tǒng)，需要介于圖7的各曲線之間的各種均衡級。具體而言，在優(yōu)選實施例中，差信號均衡級是揚聲器相對于音頻再現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)聽者的實際位置的函數(shù)。曲線190、192、194、196和198普遍顯示了頻率輪廓特征，該特征與共同未決的申請08/430751所詳細描述的特征相似。即，較低和較高信號頻率相對于中頻段有所提升。
根據(jù)優(yōu)選實施例，圖7的立體效果曲線的范圍由位于約125至150Hz處數(shù)值約為10-15dB的最大增益限定。該最大增益值指的是圖7各曲線的轉(zhuǎn)折點，經(jīng)過該點曲線190、192、194、196和198的斜率從正值變?yōu)樨撝?。在圖7中這樣的轉(zhuǎn)折點標以A、B、C、D和E。低于125Hz時立體效果曲線以每個倍頻乘約6dB的速率下降。高于125Hz時，圖7曲線的增益以可變速率向值約為-2至+10dB的最小增益轉(zhuǎn)折點降低。在曲線190、192、194、196和198之間各最小增益轉(zhuǎn)折點有著明顯的差異。各最小增益轉(zhuǎn)折點分別標以A′、B′、C′、D′和E′。最小增益轉(zhuǎn)折點所在頻率從曲線190的約2.1kHz變化至曲線198的約5kHz。曲線190、192、194、196和198的增益從各自的最小增益頻率增加，直至約10kHz。大于10kHz時，各個曲線的增益開始變得平穩(wěn)。但是各個曲線的增益將繼續(xù)增加，直至約20kHz即差不多是人耳可聽到的最高頻率。
前述的增益和頻率數(shù)值僅僅是設(shè)計目標，而實際數(shù)值對于不同的電路來說也許是不同的，這視所使用的元件的實際值而定。此外，信號電平裝置108和110的調(diào)節(jié)將影響最大和最小增益值，以及最大增益頻率和最小增益頻率之間的增益隔離度。
根據(jù)圖7曲線對差信號進行均衡，其用意是提升統(tǒng)計上具有較低強度的差信號分量，而不會過分加強較高強度差信號分量。典型立體聲信號的較高強度差信號分量據(jù)發(fā)現(xiàn)是在頻率值約為1至4kHz的中頻段之中。人耳對這些相同的中頻段有著明顯的敏感度。故此，因為環(huán)境聲有選擇地得到加強，以完全包圍處于再現(xiàn)聲場合下的聽者，所以得到增強的左和右輸出信號30和32的音頻效果有了明顯的改進。盡管立體效果曲線190、192、194、196和198所提供的全面均衡是利用均衡器120的高通和低通濾波器完成的，但是也可以利用阻帶濾波器來完成同樣的信號調(diào)節(jié)。同樣，用數(shù)字信號處理器實施立體效果曲線在大多數(shù)情況下也將更準確地反映上文討論的設(shè)計約束條件。就一個模擬實施方案而言，如果對應(yīng)于最大和最小增益的頻率有+或-20％的變化也是可行的。這樣的從理想指標的偏離仍能產(chǎn)生期望的立體聲增強效果，只是其結(jié)果不再是最優(yōu)的而已。
從圖7可以看出，低于125Hz的差信號頻率通過應(yīng)用立體效果曲線70，其提升量下降。這種下降旨在避免對非常低頻即低音過分加重。就許多音頻再現(xiàn)系統(tǒng)而言，對該低頻段的音頻差信號放大，會產(chǎn)生具有過多低音響應(yīng)的令人不悅以及不現(xiàn)實的聲像。這類音頻再現(xiàn)系統(tǒng)的實例包括近場或低功率音頻系統(tǒng)，例如多媒體計算機系統(tǒng)，以及家庭立體音響系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中大的功率消耗可能會導致放大器在高幅提升期間“削波”，或者可能損壞包括揚聲器在內(nèi)的音頻電路的元件。限制差信號的低音響應(yīng)也有助于在多數(shù)近場音頻增強應(yīng)用中避免這些問題。對差信號均衡的其它聲學優(yōu)點的具體描述參見共同未決的申請08/430751。
根據(jù)優(yōu)選實施例，在有著靜止聽眾的音頻環(huán)境下差信號均衡的數(shù)值與實際揚聲器類型以及它們與聽者的相對位置有關(guān)。該判定依據(jù)的聲學原理可以結(jié)合圖8A和8B加以恰當解釋。圖8A和8B意在表示關(guān)于揚聲器系統(tǒng)的方位變化的這類聲學原理。
圖8A描繪的是揚聲器200和202放置于聽者204兩側(cè)的稍靠前方且指向聽者方向的聲再現(xiàn)環(huán)境的頂視圖。揚聲器200和202還放置于聽者204下方，其高度位置與圖2所示揚聲器46相似。參考平面A和B與聽者204的耳206、208對準。平面A和B與所示聽者視線平行。
假定揚聲器200和202在圖8A的音頻環(huán)境下再現(xiàn)的聲音在觸及耳206和208之前將遭受一定的譜失真和/或幅度失真。這類失真例如可以由圖4B所示曲線64表示，當經(jīng)揚聲器200和202放出時這類失真將產(chǎn)生空間疇變的聲像。通過使用聲像校正電路22對譜失真進行補償，經(jīng)揚聲器200和202播放的音頻信號將給聽者204一個視在聲像。在圖8A的實例中，該視在聲像的高度將與實際聲源不同。進而，通過施用本發(fā)明的圖像增強方面，該視在聲像將得到空間增強，以展寬視在聲像。所產(chǎn)生的聲像將對應(yīng)于發(fā)源自以虛線表示的揚聲器210和212的增強聲像。
視在聲像的增強是通過有選擇地均衡差信號來完成的，即差信號的增益隨著頻率的不同會有所不同。圖7的曲線190表示差信號均衡的期望值，實際揚聲器位置對應(yīng)于虛擬揚聲器210和212。但是，當揚聲器向內(nèi)指向聽者，如同圖8A的揚聲器200和202那樣時，聲學感知效果發(fā)生顯著變化，這需要對差信號均衡的數(shù)值加以修改。具體而言，源自揚聲器200和202的直達聲場聲音以相對參考平面A和B成θ1角的角度進入聽音的耳206和208。當揚聲器放置于較遠的前方時，角θ1減小?，F(xiàn)在參看圖8B，圖中給出第二聲再現(xiàn)系統(tǒng)，它的一對揚聲器214和216置于聽者的前方靠下處。在這一配置圖中，揚聲器214和216發(fā)出的直達聲場聲音以入射角θ2進入聽者之耳206和208中，角θ2小于角θ1。
多數(shù)揚聲器的特征在于擴散角，或聲輻射的聚束特征。給定頻率的聲音的擴散角將隨著頻率增加而減小。結(jié)果是，當揚聲器200和202向前方移動至圖8B的位置處時聽者204將處于這兩個揚聲器的正常聚束方位之外。當這種情況發(fā)生時，聽者204將慢慢失去對中頻段和較高中頻段的感知。另外，這一效果在小型揚聲器的情況下可能會加強，這是因為較小揚聲器的擴散角比較大揚聲器的窄。
為了補償中頻至較高中頻聲音的損失，差信號的增益在同一頻段得到相應(yīng)提升。當揚聲器200和202的實際位置向前方移動時，中頻段增益補償必須增加。由于立體效果均衡曲線190相對衰減了該相同中頻段，故此修改衰減電平，以計及圖8A和8B揚聲器向內(nèi)突出這一情況。因此，可能采用圖7的曲線196，對圖8B系統(tǒng)進行空間增強，以產(chǎn)生揚聲器218和220的視在聲源，而曲線192則可能足以對圖8A的系統(tǒng)進行空間增強。通過對中頻段或較高中頻段中的差信號進行提升，視在聲像可以相對聽者204進行恰當取向。聲像的恰當取向有使揚聲器200，202，214和216向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的明顯效果，以使視在擴散束指向聽者204。立體聲聲像校正電路圖9是立體聲聲像校正電路22的優(yōu)選實施例的詳細原理圖。電路22被分為左信號校正電路230和右信號校正電路232。左和右校正電路230和232用于對其各自的輸入信號26和28進行相同的信號調(diào)節(jié)。因此，左信號校正電路230的指標應(yīng)當與右信號校正電路232的指標相同。為簡明起見，下文將僅就右信號校正電路232的電路連接和功能性操作作出說明。
右立體聲信號28由右信號校正電路232輸入，并被送至可變電阻234?？勺冸娮?34或稱電位計，與左信號校正電路230內(nèi)的類似可變電阻236組在一起。這是為了確保對右信號校正電路232所作的任何調(diào)節(jié)措施都同等地作用于電路230和232，反之亦然。右立體聲信號還沿路徑238傳送至開關(guān)240的端子“1”，開關(guān)240根據(jù)其位置的變化，起旁路作用，避免對立體聲信號28進行均衡。
從可變電阻234起，輸入信號連接至第一放大器244的同相輸入端242。反相輸入端246經(jīng)電阻248連接至地，它還與反饋電阻250的一端相連。反饋電阻250的相反一端被連接至放大器244的輸出端252。
輸出端252被送往電路232的三個單獨的位置。具體而言，輸出端252與高通濾波電路258和260相連，它還被連接至混頻電路264。關(guān)于電路258，從輸出端252輸出的信號經(jīng)電容器266傳送給放大器270的同相輸入端268。輸入端268還經(jīng)電阻272連接至地。放大器270的反相輸入端272經(jīng)電阻274連接至地，并且經(jīng)反饋電阻276連接至放大器270的輸出端280。濾波電路260與電路258有著相似的配置，其元件分別為284、286、288、290、292和294。
輸出端280和放大器288的相應(yīng)輸出端294分別饋往一對可變電阻282和286。電阻282和左信號校正電路230的可變電阻298是聯(lián)動的，而類似地可變電阻296與可變電阻300也是聯(lián)動的。每個電阻282和296有各自的輸出端302和304。
混頻電路264包括一個放大器306，其同相輸入端308連接于地。加在輸出端302、304和252上的信號進入混頻電路264，并被送往放大器306的反相輸入端310。電阻312、314和316分別連接于反相輸入端310與輸出端252、302和304之間。另外，輸出端302上的信號經(jīng)開關(guān)318送往放大器306，開關(guān)318可以是雙位置手動或自動選擇開關(guān)。反饋電阻320將反相輸入端310連接至放大器308的輸出端322。
放大器324的同相輸入端326連接至地電位，反相輸入端328連接至輸出端322。另外，該反相輸入端經(jīng)電阻330連接至開關(guān)318。當開關(guān)318處于位置2之時輸出端302上的信號經(jīng)電阻330送往輸入端328。電阻332和電容334并聯(lián)連接在放大器324的輸入端328和輸出端336之間。繼而輸出端336接至開關(guān)240的位置“2”。開關(guān)240優(yōu)選地與類似的旁路開關(guān)338聯(lián)動。
左和右能量-校正電路230和232修改輸入立體聲信號的幅度分量，以產(chǎn)生能量-校正后的左立體聲信號340和能量-校正的右立體聲信號342。再次為簡潔起見，將僅對能量-校正的右信號342的產(chǎn)生進行說明。但是，易于理解的是同樣的原理也適用于能量-校正的左信號340的產(chǎn)生。
工作時，輸入立體聲信號28，并由電路232對之進行處理，以糾正信號28經(jīng)音頻再現(xiàn)系統(tǒng)播放時產(chǎn)生的失真聲壓級。起初，可變電阻234允許調(diào)節(jié)輸入信號電平，這樣的調(diào)節(jié)作用可能用于控制電路232的總體增益，或者在某些情況下在輸入信號28被先前電路明顯衰減之時將之提升。電阻234可以是一個與可變電阻236聯(lián)動的標準10千歐順時針電位計。
放大器244被設(shè)計成電壓跟隨器，它在輸入信號28和電路232的其它部分之間起隔離緩沖器的作用。出現(xiàn)在輸出端252上的經(jīng)緩沖的電平調(diào)節(jié)信號被饋往電路258，在該處該信號通過一個具有數(shù)值約為5kHz的轉(zhuǎn)角頻率的單階高通濾波器。在優(yōu)選實施例中，高通濾波是由電容266和電阻272的RC組合完成，電容266的數(shù)值為3900皮法，電阻272的數(shù)值為10千歐。出現(xiàn)在輸入端268上的所得高通濾波信號通過以單位增益工作的放大器270緩沖。出現(xiàn)在輸出端280上的信號幅值可以通過調(diào)節(jié)可變電阻282，相應(yīng)地增加或減少。
類似地，電路260輸入來自輸出端252的信號，并且通過電容284和電阻286的RC濾波組合對信號進行處理。電容284和電阻286的串聯(lián)連接也可用作高通濾波器，但其轉(zhuǎn)角頻率約為500Hz。這是通過將電容284的容值選為0.022微法，電阻286的阻值選為10千歐完成的。然后濾波后的輸入信號經(jīng)放大器288緩沖，并被饋往電平調(diào)節(jié)可變電阻296。
離開電阻282和296的濾波信號分別沿路徑302和304送往混頻電路264。另外，僅作增益調(diào)節(jié)的原始信號28也經(jīng)電阻312送往混頻器264?；祛l器將所有三個已輸入信號組合起來，產(chǎn)生能量-校正輸出信號。
圖6A-6C所表示的各空間校正級是通過調(diào)節(jié)聯(lián)動電阻對296/300和282/298實現(xiàn)。具體而言，圖6A的較低頻率校正曲線可以通過測量輸出端336處的所得結(jié)果實現(xiàn)，與此同時影響較高頻率校正的可變電阻282被設(shè)為最小值。按照這一設(shè)置方案，開關(guān)318被接地，并且不對較高頻率進行校正。因此，較低頻率校正的范圍通過調(diào)節(jié)電阻296而獲得。這樣，反相放大器306將路徑304上的濾波信號與來自輸出端52的原始信號組合在一起。圖6A的曲線152代表單位增益，由此電路232僅讓輸入信號28通過，而不作任何空間校正。這一結(jié)果是在電阻296被設(shè)成零阻抗，由此使放大器306的輸入端310接地時得到的。當電阻296的數(shù)值增加時，越來越多的濾波信號被加至原始信號之上，從而對100至1000Hz范圍內(nèi)的信號進行空間校正。當電阻296設(shè)成最大阻值時，對較低頻率的信號進行完全的空間校正，如圖6A的曲線150所示。
圖6B的曲線代表通過取消電路260所作的任何校正，即將電阻296的阻值設(shè)為零，并且將開關(guān)318置于圖示位置1的所得結(jié)果。對可變電阻282的調(diào)節(jié)作用使得在較高頻率中產(chǎn)生所需提升，如圖6B所示。相反，圖6C所表示的較高頻率的衰減是通過將開關(guān)318設(shè)置在位置2實現(xiàn)的。在該位置，濾波電路258的輸出被送往單獨的反相放大器324。然后放大器306和324將來自路徑302和304的濾波信號在相繼且倒相階段組合起來。具體而言，來自路徑304的信號和來自輸出端252的信號首先由放大器306組合，然后在輸出端322所得的已是反相的信號與來自電阻282的輸出信號組合。
當由放大器306組合時，來自路徑302和304的濾波信號相對于輸入信號的增益由反饋電阻320和332與電阻314和316的阻抗比確定。對于大多數(shù)具有失真聲壓級的音頻再現(xiàn)環(huán)境來說，可以設(shè)置這些電阻的數(shù)值，以使濾波信號對輸入信號的最大增益比約為3∶1。在優(yōu)選實施例中，電阻320和332的阻值約為10千歐，而電阻314和316的阻值約為3.32千歐。通過調(diào)節(jié)可變電阻282和296以及選擇開關(guān)318，可以得到圖6D中表示的所有級別的空間校正。
圖9的電路僅表示立體聲聲像校正電路的一個優(yōu)選實施例。可被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解的是，考慮到特定再現(xiàn)環(huán)境可以對電路22的設(shè)計作些改動，而不致于偏離本發(fā)明的試圖保護范圍。例如，范圍為0.1-1kHz(“低”頻校正)和1kHz-10kHz(“高”頻校正)的能量-校正頻段可以通過選擇濾波器電路258和260內(nèi)的RC阻抗組合而加以改變。在某些情況下，可能需要三或更多個這類能量-校正頻段。還應(yīng)當注意的是，選用電容334意在避免電路22發(fā)生振蕩，在離散實施結(jié)構(gòu)中存在的寄生電容可能會使電路22發(fā)生這種振蕩。電容334在電路22的PC板或半導體實施結(jié)構(gòu)中可能并不需要。立體聲聲像增強電路圖10是立體聲聲像增強電路24的原理圖。電路24用于展寬校正后的左和右信號Lc和Rc。根據(jù)優(yōu)選實施例，能量-校正左信號340被饋往電阻350、電阻352和電容354。能量-校正右信號342被饋往電容356和電阻358和360。
電阻350連接至放大器366的同相端子362。同一端子362還與電阻360和電阻368相連。放大器366被設(shè)計成求和放大器，它的反相端370經(jīng)電阻372連接至地。放大器366的輸出端374經(jīng)反饋電阻376連接至反相端370。在輸出端374生成和信號(Lc+Rc)，該信號代表左信號340和右信號342的和數(shù)，被饋往可變電阻378的一端，可變電阻的相反一端接地。為使放大器366對信號340、342作恰當?shù)那蠛?，在?yōu)選實施例中電阻350、360、368和376的數(shù)值約為電阻372的兩倍。
第二放大器380被設(shè)計成“差”放大器。放大器380的反相端與電阻384相連，電阻384繼而與電容354串聯(lián)連接。類似地，放大器380的正端386通過電阻388與電容356的串聯(lián)連接接收信號340。端子386還經(jīng)電阻390連接至地。放大器380的輸出端392經(jīng)反饋電阻394連接至反相端。輸出端392還與可變電阻396相連，可變電阻396繼而接地。盡管放大器380被設(shè)計為“差”放大器，其功能也可以表征為右輸入信號與負的左輸入信號的求和，以生成差信號(Lc-Rc)。因此，放大器366和380分別構(gòu)成用于生成和信號與差信號的求和網(wǎng)絡(luò)。
這兩個串聯(lián)連接的Rc網(wǎng)絡(luò)分別包括部件354/384和356/388，它們的作用是作為高通濾波器對輸入信號Lc和Rc的非常低或低頻信號進行衰減。這些Rc濾波器對應(yīng)于圖5的裝置98。為了得到根據(jù)圖7均衡曲線的恰當頻率響應(yīng)，裝置98的截止頻率Wc或-3dB頻率應(yīng)當約為100Hz。因此，在優(yōu)選實施例中，電容354和356的容值為0.1微法，而電阻384、388的阻值約為33.2千歐。那么通過使反饋電阻394與衰減電阻390的數(shù)值滿足下式(3)R120R128=R116R124]]>(3)輸出端392將代表經(jīng)增益為2的放大后的差信號。在輸出端392處信號的相位實際上為反相，從而得出Rc-Lc。
差信號的特定相位在確定輸出信號的最終組成時有著重要意義。本文使用術(shù)語“差信號”表示相位差僅為180度的Lc-Rc和Rc-Lc，這也是本領(lǐng)域的通常做法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，放大器380可以如此配置，使得只要在左和右輸出端上的差信號保持彼此異相狀態(tài)，“左”差信號Lc-Rc出現(xiàn)在輸出端392上，而不是Rc-Lc。
對輸入信號作高通濾波的結(jié)果是，在輸出端392上的差信號在小于約125Hz的頻段將有衰減了的低頻分量，它以每倍頻程6dB的速率降低?？梢詫馄?20(如圖5所示)內(nèi)的差信號的低頻分量濾波，而不使用濾波器98。但是，由于低頻下的濾波電容相當大，故此優(yōu)選在輸入級進行該濾波，以避免加載上述電路。
可變電阻378和396可以是簡單的電位計，它們分別通過移動滑動觸頭400和402加以調(diào)節(jié)。出現(xiàn)在所得輸出信號內(nèi)的差信號的電平可以由手動、遙控或自動調(diào)節(jié)滑動觸頭402加以控制。類似地，增強后的輸出信號中存在的和信號的電平部分由滑動觸頭400的位置確定。觸頭402的設(shè)置被申請人稱為所得聲像的“空間”控制，觸頭400的設(shè)置是“中心”控制。
滑動觸頭400上的和信號經(jīng)串聯(lián)連接的電阻408饋往第三放大器406的反相輸入端404。在滑動觸頭400上的相同和信號也經(jīng)單獨的串聯(lián)電阻414饋往第四放大器412的反相輸入端410。放大器406設(shè)計成差放大器，它的反相端404經(jīng)電阻416接地。放大器406的輸出端418也經(jīng)反饋電阻420與反相端404相連。
放大器406的正端422是沿各信號路徑426的一組信號的求和結(jié)點。端子422經(jīng)電阻424接地。電平調(diào)節(jié)后的差信號從滑動觸頭402發(fā)送，并且分裂為三，分別經(jīng)428、430和432傳送。其結(jié)果是三個單獨調(diào)節(jié)的差信號分別出現(xiàn)在點A、B和C。在點A、B和C處的信號分別對應(yīng)于圖5之輸出端132、136和134上的信號。如圖所示點B和C處的調(diào)節(jié)后的差信號經(jīng)定值電阻432和436傳送給正端422。點A處調(diào)節(jié)后的差信號經(jīng)可變電阻438送往端子422。
節(jié)點B處的信號代表出現(xiàn)在電容444兩端的經(jīng)電平調(diào)節(jié)的差信號在濾波之后的信號變形，電容444接地。電容444和電阻446的RC網(wǎng)絡(luò)起低通濾波器的作用，它對滑動觸頭402上的差信號進行濾波。該低通濾波器對應(yīng)于圖5的濾波器124。根據(jù)優(yōu)選實施例，該RC網(wǎng)絡(luò)的截止頻率約為200Hz。如果電阻446為1.5千歐，電容444為0.47微法，且驅(qū)動電阻434是20千歐，那么這樣的截止頻率是可以實現(xiàn)的。
在節(jié)點C，差信號由電阻446和電容448組成的RC組合濾波，電阻446連接于節(jié)點C和地之間，電容448連接于節(jié)點C和滑動觸頭402之間。這樣的濾波器對應(yīng)于圖5的高通濾波器126。所得差信號分量經(jīng)驅(qū)動電阻436饋往放大器406的端子422。高通濾波器126的截止頻率被設(shè)計成約7kHz，其增益相對于節(jié)點B而言是-6dB。如果電容448的容值為4700皮法，電阻180的阻值是3.74千歐，那么這樣的截止頻率是可以實現(xiàn)的。
在點A處，來自滑動觸頭402的電平調(diào)節(jié)差信號不經(jīng)過選擇性均衡，即被送往電阻440。因此，點A處的信號只是在所有頻率上被均勻衰減。點A處的信號被可變電阻438的阻抗作進一步衰減，電阻438的阻值是通過移動相關(guān)滑動觸頭442調(diào)節(jié)的。
可變電阻438可以是標準100千歐電位計，對它的調(diào)節(jié)將改變立體聲增強級，以校正揚聲器相對于聽者的取向。通過減小可變電阻438的阻值，差信號的基準電平增加。這導致在中頻段幅值的相應(yīng)提升，以部分克服濾波器124和126(圖5所示)對這些頻率的衰減。再次參看圖7，施加于差信號上的立體效果均衡曲線隨著電阻438的阻值減小，從曲線190變化至曲線198。按如此方法，選擇性差信號均衡的電平可以部分或幾乎全部降低。即，作為頻率函數(shù)的幅值調(diào)節(jié)量在中頻帶上將明顯減小。適當曲線是上文結(jié)合圖8A和圖8B討論的聲學原理選定的。
如果立體聲聲像校正電路22和立體聲聲像增強電路24應(yīng)用于已知再現(xiàn)環(huán)境，那么可變電阻438和電阻440可由具有所需阻抗的單個固定電阻代替。在優(yōu)選實施例中，電阻438和440的總阻值將在20和100千歐之間變化，以計及大多數(shù)再現(xiàn)環(huán)境因素。采用這樣的設(shè)計方案，電阻424的阻值為約27.4千歐。
電路位置A、B和C處的修改后差信號經(jīng)可變電阻450和固定電阻451的串聯(lián)組合、以及固定電阻452和454也被饋往放大器412的反相端410。這些修改后的差信號、和信號以及能量一校正后的右信號342沿一組信號路徑456傳輸。這些來自組456的信號在放大器412的端子410處加以組合。放大器412被構(gòu)成一個反相放大器，其正端子458接地，反饋電阻460接于端子410和輸出端462之間。調(diào)節(jié)可變電阻450的阻值，使之與電阻438相同。為使反相放大器412對信號進行恰當?shù)那蠛停娮?52的阻值為20千歐，電阻454的阻值為44.2千歐。立體聲增強系統(tǒng)24內(nèi)的電阻和電容的精確數(shù)值可以加以改變，但是其比值應(yīng)保持為恰當值，以獲得準確的增強級。可能影響這些無源部件數(shù)值的其它因素有增強系統(tǒng)24的功率要求和放大器370、380、406和412的特性曲線。
在放大器406的輸出端上的信號經(jīng)驅(qū)動電阻464饋送，以生成增強的左輸出信號30。類似地，在放大器412的輸出端462處的信號經(jīng)驅(qū)動電阻466傳送，產(chǎn)生增強的右輸出信號32。驅(qū)動電阻的典型阻值在200歐姆左右。
工作時，在點A、B和C處的差信號分量在差放大器406的端子422和放大器412的端子410處重新組合，以形成處理后的差信號(Lc-Rc)p。理想情況下，用于產(chǎn)生(Lc-Rc)p的立體效果曲線的期望范圍被表征為最大增益在約125Hz和大于7kHz，最小增益在約2100Hz和5kHz之間。處理后的差信號還與左或右信號之一以及和信號組合起來，生成輸出信號Lout和Rout。增強后的左和右輸出信號可由上述的數(shù)學方程(1)和(2)表示。方程(1)和(2)中的k1值由滑動觸頭400的位置控制。k2值由滑動觸頭402的位置控制。
圖11描繪了立體聲聲像增強電路24的一個替代性實施例。圖11的電路與圖10相似，它代表有選擇地對一對立體聲音頻信號產(chǎn)生的差信號進行均衡的另一方法。立體聲聲像增強電路500產(chǎn)生的和與差信號與圖10的電路24有所不同。
在電路500，左和右能量-校正信號340和342被分別饋入混頻放大器502和504的負輸入端。但是為了生成和與差信號，左和右信號340和342經(jīng)各自的電阻506和508連接至第一放大器512的反相端子510。放大器512被構(gòu)成反相放大器，它的一輸入端514接地，并且配有一反饋電阻516。在輸出端518生成和信號，在本例中是反相和信號-(Lc+Rc)。然后和信號在由可變電阻520作電平調(diào)節(jié)之后饋往其余電路。因為電路500內(nèi)的和信號是反相的，所以它被饋往放大器504的同相輸入端522。因此，放大器504現(xiàn)在需要在同相輸入端522和地電位之間設(shè)置一電流平衡電阻524。類似地，在反相輸入端528和地電位之間設(shè)置一電流平衡電阻526，以便由放大器504進行正確的求和，生成輸出信號32。
為了生成差信號，反相求和放大器530在反相輸入端532接收左輸入信號與和信號。輸入信號340在抵達輸入端532之前流經(jīng)電容534和電阻536。類似地，輸出端518處的反相和信號流經(jīng)電容540和電阻542。部件534/536與部件540/542產(chǎn)生的RC網(wǎng)絡(luò)對音頻信號進行低音濾波，這一點已結(jié)合一優(yōu)選實施例進行了說明。
放大器530具有一接地的同相輸入端544和一反饋電阻546。對于圖11的這種替代配置，在放大器530的輸出端548處產(chǎn)生差信號Rc-Lc。然后可變電阻560對差信號進行調(diào)節(jié)，并將它饋入其余電路。電路500的可接收阻抗值如下，電阻506、508、516和536為100千歐，電阻542和546阻值為200千歐，電容540的容值為0.15微法，電容534的容值為0.33微法。除上述以外，圖11的其余電路與圖10相同。
立體聲聲像增強系統(tǒng)24可以僅用四個有源部件構(gòu)成，這些有源部件通常是對應(yīng)于放大器366、380、406和412的運算放大器。這些放大器易于制成單個半導體芯片上的四邊形組件。完成立體聲增強系統(tǒng)所需的其它部件只包括2 9個電阻(驅(qū)動電阻除外)和4個電容。圖11的電路500可以用一個正交放大器、4個電容和包括電位計在內(nèi)的僅僅28個電阻制成。電路24和500可以制成多層半導體基片即集成電路封裝形狀。
除圖10和11的實施例外，還有其它辦法將相同的元件互連，以便根據(jù)本發(fā)明對立體聲信號進行立體效果增強。例如，構(gòu)成差放大器的一對放大器可以分別接收左和右信號，還可以各自接收和信號。這樣，放大器將分別產(chǎn)生左差信號Lc-Rc和右差信號Rc-Lc。
增強裝置24所提供的立體聲聲像增強專門適于利用高質(zhì)量立體聲錄音。具體地說，與先前模擬磁帶或乙烯樹脂唱片盤不同的是，當今的數(shù)字存儲錄音可以在包括低音的較寬頻譜內(nèi)包含差信號即立體聲信息。通過限制低音頻內(nèi)的差信號提升量，可以避免在這些頻率上將差信號過分放大。
但是，根據(jù)聲再現(xiàn)環(huán)境的不同，可能希望提升音頻信號的低音頻率，以補償可能由于聲像再定位和取向而引起的低音頻損耗。圖12描繪了供本發(fā)明一替代性實施例用的低音提升電路550，以補償?shù)鸵繇憫?yīng)中的任何這類減小。低音提升電路550以和信號為工作對象，低音即非常低頻信息的大多數(shù)駐留于該和信號中。
電路550有一個輸入端A，它通過與圖10放大器366的輸出端374的連接來接收和信號。和信號的電平由可變電阻552調(diào)節(jié)，該可變電阻可以是10千歐的電位計?？勺冸娮?52可以采用手動用戶調(diào)節(jié)設(shè)置，或者如果所需低音提升量已知，電阻552可以用適當?shù)墓潭娮璐?。然后離開電阻552的電平調(diào)節(jié)和信號通過二階低通濾波器，該濾波器由電阻554、556和電容558、562組成。所得濾波信號出現(xiàn)在運算放大器564的同相端。放大器564被構(gòu)成一個電壓跟隨器，以避免加載該二階濾波器。在優(yōu)選實施例中，放大器564的增益通過選擇等值電阻566和568而設(shè)為最大值2，電阻566和568分別作從反相端至地以及從反相端至輸出端的連接，形成一個反饋回路。在優(yōu)選實施例中，電阻554、566和568是10千歐電阻，電阻556是100千歐電阻，電容558的容值是0.1毫法，而電容562的容值是0.01毫法。前述元件值的選擇使得通過調(diào)節(jié)電阻552，可以有選擇地對低于約75Hz的低音頻進行放大。
放大器564的輸出信號分裂為兩路，每路分別含有固定電阻578和580。一路的輸出端標以X，它與圖10的放大器406的反相端404相連。類似地，標以X′的輸出端與放大器412的反相端410相連。工作時，低音頻的進一步提升可以通過分別改變電阻578、580與電阻420、460的比例完成。例如，在優(yōu)選實施例中，電阻578和580的數(shù)值將為420和426的一半，使得經(jīng)過圖10的放大器406和412的增益為2。因此，通過調(diào)節(jié)電阻552，低音提升電路550的總增益可以在值為4的最大增益和零增益之間變化。
可以理解，如果需要，可以用立體聲增強系統(tǒng)的一種變型取代系統(tǒng)24的立體聲增強系統(tǒng)。例如，在美國專利4748669和4866774中披露的系統(tǒng)的實施例對特定頻段內(nèi)的差信號與和信號的相對幅值進行均衡。
除汽車以外，本發(fā)明適用于種類繁多的再現(xiàn)聲與聽者感知相比有著空間失真的閉合或戶外音頻再現(xiàn)環(huán)境。本發(fā)明還可用于那些聽者并不處于固定位置的環(huán)境。
圖13描繪這樣一種戶外音頻再現(xiàn)環(huán)境，它的戶外揚聲器570和572產(chǎn)生相對于聽者574有空間失真的立體聲聲像。揚聲器570和572可以置于地表附近，如圖13所示，或者置于其它各種位置，以向?qū)拸V的戶外收聽區(qū)提供立體聲。戶外揚聲器570和572的定位問題無疑部分程度上是由除最佳聲學響應(yīng)外的其它因素確定。這樣的定位且不管它是處于地面附近、天花板，或環(huán)繞葉飾，都可能使聽者感知的某些頻段上聲音的聲壓級失真。通過采用立體聲聲像校正電路22，可以校正所得失真聲像，然后根據(jù)此處說明的原理由立體聲聲像增強電路24予以增強。結(jié)果是，可以產(chǎn)生落入期望收聽范圍576內(nèi)的視在聲像。
考慮到收聽區(qū)較寬與聽者574的移動，一些與圖13的揚聲器570和572相似的戶外揚聲器是全向型揚聲器。在這樣的音頻再現(xiàn)環(huán)境，不必補償如上文結(jié)合圖8A和圖8B所述的中至較高的中頻段的降低。因此，在圖13的環(huán)境下最佳增強結(jié)果是通過應(yīng)用圖7的立體效果曲線190，以增強經(jīng)揚聲器570和572播放的能量-校正立體聲信號來實現(xiàn)的。
圖14描繪了另一音頻再現(xiàn)環(huán)境，它含有聲學校正設(shè)備20的實施。具體地說，圖示的電子鍵盤設(shè)備590具有放置在鍵盤596下的揚聲器592和594。對于位于電子鍵盤590前的操作者(未示)來說，揚聲器592和594設(shè)置在操作者耳下方處于聲學不利的位置。為了校正因揚聲器592和594的這種放置方法可能產(chǎn)生的空間失真，聲學校正設(shè)備20修改電子鍵盤590產(chǎn)生的音頻信號。根據(jù)此處討論的原理，可以產(chǎn)生如此的重新定位的視在聲像，它們好像是從以虛線繪出的視在揚聲器598和600發(fā)出的。與圖8B的環(huán)境不同的是，圖14的音頻再現(xiàn)環(huán)境所需的方向性很可能由于揚聲器592和594相對操作者的定位而變得最小。因此，圖7的曲線190可能適于對重定位的聲像進行空間增強。
此處披露的完整的聲學校正設(shè)備200易于由下列方案實現(xiàn)(1)數(shù)字信號處理器(2)離散電路元件(3)混合電路結(jié)構(gòu)或(4)在半導體基片內(nèi)有調(diào)節(jié)合適電阻的端子。當前用戶的調(diào)節(jié)包括低頻和高頻能量-校正值，各種信號電平調(diào)節(jié)包括和與差信號電平及取向調(diào)節(jié)。
經(jīng)過上述說明和附圖，表明本發(fā)明在當前的聲學校正和立體聲增強系統(tǒng)上有很重要的優(yōu)勢。盡管上述詳細說明書已表明、描述并且指出本發(fā)明的基本新穎特征，但是應(yīng)當明白，在不偏離本發(fā)明的精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出各種省略、替代以及圖示裝置的形式和細節(jié)的改變。因此，本發(fā)明的范圍僅由下列權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.聲能校正裝置，用于修改立體聲信號的譜強度以克服當所述立體聲信號由揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時揚聲器系統(tǒng)的聲學缺陷，該聲能校正裝置包括補償電路，接收所述立體聲信號以調(diào)節(jié)所述立體聲信號的幅度以便在所述立體聲信號經(jīng)所述揚聲器系統(tǒng)放送時獲得相對于聽者的期望聲學空間響應(yīng)，所述補償電路包括第一校正電路，接收所述立體聲信號并且按第一頻率函數(shù)在第一頻段上將所述立體聲信號提升以產(chǎn)生第一校正的立體聲信號；第二校正電路，接收所述立體聲信號并且按第二頻率函數(shù)在第二頻段上調(diào)節(jié)所述立體聲信號以生成第二校正的立體聲信號；其中所述第一頻率函數(shù)獨立于所述第二頻率函數(shù)；和將所述第一和第二校正的立體聲信號組合在一起以產(chǎn)生能量-校正的輸出信號的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲能校正裝置，其中所述第一頻段包括低于約1000Hz的可聽頻率，而所述第二頻段包括高于約1000Hz的可聽頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲能校正裝置，其中所述第一校正電路所提供的所述提升量隨著頻率的增加而相應(yīng)地增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的聲能校正裝置，其中所述第二校正電路提升所述第二頻段內(nèi)的所述立體聲信號，所述提升量隨頻率的增加而相應(yīng)地增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲能校正裝置，還包括一電子開關(guān)，該開關(guān)接收所述第二校正的立體聲信號并且提供與所述組合裝置相連的輸出端，所述電子開關(guān)具有第一位置和第二位置，當所述開關(guān)在所述第一位置時所述組合裝置將所述第一和第二校正的立體聲信號相加，當所述開關(guān)在所述第二位置時所述第二校正的立體聲信號從所述第一校正的立體聲信號中減去。
6.電子裝置，用于從經(jīng)聲學換能器再現(xiàn)的聲信號中產(chǎn)生視在聲像，所述電子裝置包括第一濾波器，接收所述聲信號并且提供第一濾波的輸出信號，所述第一濾波器的頻率響應(yīng)特性包括第一通帶和第一過渡帶，所述聲信號的幅度在整個所述第一過渡帶內(nèi)被按頻率的函數(shù)修改并且在所述第一通帶內(nèi)修改量基本上相同；第二音頻濾波器，接收所述聲信號并且提供第二濾波的輸出信號，所述第二音頻濾波器的頻率響應(yīng)特性包括第二通帶和第二過渡帶，所述聲信號的幅值在整個所述第二過渡帶被按頻率的函數(shù)修改并且在所述第二通帶內(nèi)修改量基本上相同；放大裝置，用于提升所述第一和第二濾波的輸出信號的幅值，并且用于將所述第一和第二濾波的輸出信號與所述聲信號組合在一起以生成能量-校正的聲信號，所述能量-校正的聲信號在經(jīng)所述聲學換能器再現(xiàn)時產(chǎn)生所述視在聲像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子裝置，其中所述第二濾波的輸出信號在與所述第一濾波的輸出信號和所述聲信號組合時被所述放大裝置反相。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子裝置，其中所述第一和第二音頻濾波器是高通濾波器，所述第一過渡帶的頻率范圍在約100Hz和1000Hz之間，而所述第二過渡帶的頻率范圍在約1000Hz和10kHz之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子裝置，其中所述聲信號包括左和右信號，而所述放大裝置包括提升所述濾波的輸出信號的左信號分量的第一放大器和提升所述濾波的輸出信號的右信號分量的第二放大器，所述第一和第二放大器向所述濾波的輸出信號施加可變的提升量，所述提升量可由第一和第二聯(lián)動可變電阻調(diào)節(jié)，所述第一和第二聯(lián)動可變電阻向所述放大裝置傳送所述濾波的輸出信號。
10.音頻信號的處理方法，用于在所述音頻信號在經(jīng)音響系統(tǒng)內(nèi)的揚聲器再現(xiàn)時補償聲能量的失真，所述方法包括下列步驟產(chǎn)生第一濾波的音頻信號，所述第一濾波的音頻信號的特征在于第一過渡帶和第一頻率通帶；產(chǎn)生第二濾波的音頻信號，所述第二濾波的音頻信號的特征在于第二過渡帶和第二頻率通帶；在所述第一過渡帶內(nèi)將所述第一濾波的音頻信號的幅度分量按頻率的函數(shù)提升；在所述第一通帶內(nèi)將所述第一濾波的音頻信號的幅度分量提升一固定量；在所述第二過渡帶內(nèi)將所述第二濾波的音頻信號的幅度分量按頻率的函數(shù)修改；在所述第二通帶內(nèi)將所述第二濾波的音頻信號的幅度分量修改一固定量；將所述提升的第一濾波的音頻信號與所述修改的第二濾波的音頻信號組合在一起，以產(chǎn)生空間校正的音頻信號從而在所述空間校正的音頻信號經(jīng)所述揚聲器再現(xiàn)時產(chǎn)生校正的聲像；以及對所述校正的音頻信號作空間增強以展寬所述校正的聲像。
11.權(quán)利要求10所述方法，其中所述第一過渡帶的頻率范圍在約1000Hz以下，所述第一通帶包括大于約1000Hz的頻率，所述第二過渡帶的頻率范圍是約1000Hz至10kHz，而所述第二通帶包括高于約10kHz的頻率。
12.聲學空間失真補償方法，所述聲學空間失真指的是當音頻信號由位于音頻再現(xiàn)環(huán)境中的揚聲器系統(tǒng)再現(xiàn)時，同樣位于音頻再現(xiàn)環(huán)境中的聽者所感知的聲學空間失真，所述方法包括下列步驟將所述音頻信號分離為第一頻段內(nèi)的第一組信號分量和第二頻段內(nèi)的第二組信號分量，所述第一組信號分量包含于低于約1000Hz的第一頻段內(nèi)而所述第二組信號分量包含于大于約1000Hz的第二頻段內(nèi)；在所述第一頻段上將所述第一組信號分量的幅值按頻率的函數(shù)提升以產(chǎn)生第一組修改的信號分量；在所述第二頻段上將所述第二組分量的幅值按頻率的函數(shù)調(diào)節(jié)以產(chǎn)生第二組修改的信號分量；和將所述第一組修改的信號分量與所述第二組修改的信號分量組合在一起以產(chǎn)生能量-校正的音頻輸出信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括下列步驟在所述第二頻段上將所述音頻信號在所述第二頻段內(nèi)的幅值提升一基本固定值，所述固定值對應(yīng)于施加于所述第一組信號分量的最大提升值。
全文摘要
聲學校正設(shè)備(20)處理一對左和右輸入信號，以便當所述輸入信號在經(jīng)音響系統(tǒng)內(nèi)的揚聲器再現(xiàn)時按頻率的函數(shù)對空間失真進行補償。左和右輸入信號(26和28)的聲能量被分離并且在第一低頻段和第二高頻段內(nèi)校正。所得信號重新組合，以產(chǎn)生聲像校正的音頻信號(27和29)，該音頻信號在經(jīng)音響系統(tǒng)內(nèi)的揚聲器再現(xiàn)時有所期望的聲壓響應(yīng)。所需的聲壓響應(yīng)產(chǎn)生相對于聽者而言的視在聲像位置。然后聲像校正后的信號(27和29)被空間增強以展寬視在聲像。
文檔編號H04R5/02GK1426267SQ0214734
公開日2003年6月25日 申請日期1996年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月28日
發(fā)明者A·克萊曼, A·D·克雷梅爾 申請人:Srs實驗室公司