專(zhuān)利名稱(chēng)：聲音成像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于處理聲頻信號(hào)的方法及裝置，并且，更準(zhǔn)確地說(shuō)，涉及使得在收聽(tīng)者看來(lái)似乎合成聲音并非發(fā)自揚(yáng)聲器的實(shí)際位置的處理聲頻信號(hào)的方法及裝置。
人們能容易地判斷聲源的方向及距離。當(dāng)收聽(tīng)者周?chē)臻g分布有多重聲源時(shí)，都可以獨(dú)立并同時(shí)感覺(jué)出每個(gè)聲源的位置。雖然多年來(lái)對(duì)此作過(guò)許多和不斷的研究，但尚未研究出滿(mǎn)意的理論來(lái)說(shuō)明一般聽(tīng)眾的全部感覺(jué)能力。
測(cè)量一單點(diǎn)處聲波的壓力或速度、并將該聲音有效復(fù)制在一單點(diǎn)處的方法，將保持語(yǔ)言可懂度和音樂(lè)的大致相同性。然而，這種系統(tǒng)去掉了探測(cè)聲音所在空間位置所需的全部信息。因此，由這種系統(tǒng)重放的管弦樂(lè)隊(duì)演奏使人感覺(jué)到似乎全部樂(lè)器都是在重放的單點(diǎn)處演奏的。
為此，努力著眼于保持住在傳送或錄音和重放期間聲音中所本來(lái)包含的方向性信號(hào)。在1937年9月授予Alan.D.Blumlein的美國(guó)專(zhuān)利第2，093，540號(hào)中，提出了有關(guān)這種雙聲道系統(tǒng)的大致細(xì)節(jié)。詳細(xì)說(shuō)明了立體聲聲道之間差異的仿真加重作為擴(kuò)大立體聲聲象的方法，這就是許多現(xiàn)有立體聲增強(qiáng)技術(shù)的基礎(chǔ)。
一些已知的立體聲增強(qiáng)系統(tǒng)都多方設(shè)法依賴(lài)于使立體聲聲道交叉耦合，以加強(qiáng)在立體聲錄音時(shí)所含空間位置的現(xiàn)有提示信號(hào)。交叉耦合及其相對(duì)物串音抵消兩者都取決于揚(yáng)聲器及收聽(tīng)區(qū)域的幾何形狀，因此，對(duì)各自情況必須個(gè)別予以調(diào)整。
雖然，對(duì)立體聲系統(tǒng)所作的嘗試性改進(jìn)并未在當(dāng)前廣泛應(yīng)用于文娛活動(dòng)的系統(tǒng)中得到重大的改善。實(shí)際聽(tīng)眾喜歡輕松地坐下來(lái)，移動(dòng)或轉(zhuǎn)頭，并適應(yīng)室內(nèi)布置的方便和配合其他家俱而安置他們的揚(yáng)聲器。
因而，本發(fā)明的目的是提供一種用于處理聲頻信號(hào)的方法及裝置，使得當(dāng)將它再現(xiàn)于兩個(gè)聲頻變換器上時(shí)，可以適當(dāng)控制聲源的視在位置，以致在收聽(tīng)者看來(lái)似乎聲源的位置與變換器或揚(yáng)聲器的位置是分開(kāi)的。
本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)而發(fā)明的，即采用兩個(gè)獨(dú)立聲道和兩個(gè)揚(yáng)聲器的非立體音聲頻再現(xiàn)可在不同位置產(chǎn)生顯著清晰度的高度局部化聲象。在錄音室專(zhuān)業(yè)化條件下，發(fā)明者們對(duì)這種現(xiàn)象的觀察導(dǎo)致欲產(chǎn)生這種聲音幻覺(jué)所需條件的系統(tǒng)化調(diào)查研究。若干年來(lái)的工作已對(duì)所述效應(yīng)獲得了實(shí)質(zhì)性的了解，并顯示出始終如一地并任意地將它重放的能力。
按照本發(fā)明，產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)幻覺(jué)，其特征在于將一聲源安置在收聽(tīng)者周?chē)S空間中任何位置而不致為揚(yáng)聲器位置強(qiáng)加各種約束。采用同樣兩個(gè)聲道可同時(shí)重放多面聲象而對(duì)其數(shù)目沒(méi)有已知的限制，這些聲象有獨(dú)立的聲源并處于獨(dú)立的位置。重放僅僅需要兩個(gè)獨(dú)立聲道和兩個(gè)揚(yáng)聲器，并可在廣大限度內(nèi)改變揚(yáng)聲器的分離距離或旋轉(zhuǎn)而不致破壞幻覺(jué)。收聽(tīng)者的頭部在任何平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，例如“注視”該聲象，都不會(huì)干擾該聲象。
按照本發(fā)明的聲頻信號(hào)處理，其特征在于處理單一聲道的聲頻信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)雙聲道信號(hào)，其中，在整個(gè)聲音頻譜根據(jù)相關(guān)頻率的基準(zhǔn)調(diào)整兩個(gè)信號(hào)之間的不同相位和幅度。實(shí)現(xiàn)這種處理的方法是將單音輸入信號(hào)分成兩個(gè)信號(hào)，然后將該信號(hào)之一或兩者通過(guò)一種其幅度和相位一般為不均勻頻率函數(shù)的傳遞函數(shù)。該傳遞函數(shù)可涉及信號(hào)反相及與頻率有關(guān)的延遲。此外，就發(fā)明者所知，用于本發(fā)明處理的傳遞函數(shù)并非由任何現(xiàn)有的已知理論可以推導(dǎo)出來(lái)的。它們的特征在于必須依靠經(jīng)驗(yàn)方法。每項(xiàng)處理傳遞函數(shù)將一聲象置于由傳遞函數(shù)特征所決定的一單獨(dú)位置處。因而，聲源位置由傳遞函數(shù)唯一地加以決定。
對(duì)于一給定位置來(lái)說(shuō)，可能有若干不同的傳遞函數(shù)，其中每一函數(shù)都足以將聲象一般地置于特定位置。
若需要移動(dòng)聲象時(shí)，可通過(guò)從一種傳遞函數(shù)連續(xù)平滑地改變?yōu)榱硪环N傳遞函數(shù)來(lái)產(chǎn)生。因此，處理信號(hào)所需要的適當(dāng)可變通的處理過(guò)程不局限于產(chǎn)生靜態(tài)聲象。
經(jīng)處理后可直接重放按照本發(fā)明處理的聲頻信號(hào)，或者由傳統(tǒng)立體聲錄音技術(shù)將其錄制在諸如光盤(pán)、磁帶、唱片或光學(xué)聲跡等不同媒介物上，或者由諸如無(wú)線(xiàn)電或電纜等任何傳統(tǒng)立體聲傳送技術(shù)將其傳送，而不致對(duì)本發(fā)明所提供的聽(tīng)覺(jué)聲象有任何不利的影響。
亦可遞歸地應(yīng)用本發(fā)明的成象方法。例如，若將一常規(guī)立體聲信號(hào)的每一聲道當(dāng)作單聲道信號(hào)，并將各聲道成象在收聽(tīng)者所處空間中兩個(gè)不同位置時(shí)，將會(huì)沿著各聲道聲象位置的連線(xiàn)感受到一種完整的傳統(tǒng)立體聲聲象。此外，當(dāng)將立體聲記錄帶或盤(pán)記錄在多聲跡磁帶時(shí)，例如，具有二十四聲道磁帶上，通過(guò)一傳遞函數(shù)處理器可饋給每一聲道，因而，錄音工程師可把不同儀器和話(huà)音隨意定位，以形成一種專(zhuān)業(yè)化錄音室。這樣做的結(jié)果仍為可在一般重放設(shè)備上放唱的雙聲道聲頻信號(hào)，但它卻包含本發(fā)明的聽(tīng)覺(jué)成象能力。


圖1為表示用于定義聲象位置參數(shù)的收聽(tīng)?zhēng)缀涡螤畹钠矫鎴D。
圖2為與圖1相對(duì)應(yīng)的側(cè)面圖。
圖3為表示用于定義收聽(tīng)者位置參數(shù)的收聽(tīng)?zhēng)缀涡螤畹钠矫鎴D。
圖4是與圖3相對(duì)應(yīng)的立視圖。
圖5a-5k為在揚(yáng)聲器位置相應(yīng)變化情況下各自收聽(tīng)狀況的平面圖，而圖5m為對(duì)于三間收聽(tīng)室的臨界尺寸表。
圖6為在兩間隔室中完成一項(xiàng)聲象轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)的平面圖。
圖7為本發(fā)明與先有技術(shù)作法相關(guān)聯(lián)的處理方框圖。
圖8為按照本發(fā)明一實(shí)施例的一種聲音成象系統(tǒng)的方框圖形式示意圖。
圖9為按照本發(fā)明一實(shí)施例的工作站立體表示法。
圖10描繪用于控制本發(fā)明的計(jì)算機(jī)繪圖顯示透視圖。
圖11描繪用于控制本發(fā)明的三個(gè)正交圖的計(jì)算機(jī)繪圖顯示。
圖12為表示由本發(fā)明所形成的虛聲源的示意圖，圖上顯示出三個(gè)隔離室的平面圖。
圖13為用于展示本發(fā)明設(shè)備的方框圖形式示意圖。
圖14為以電壓對(duì)時(shí)間關(guān)系畫(huà)出的一試驗(yàn)信號(hào)的波形圖。
圖15為按照本發(fā)明一實(shí)施例列表表示傳遞函數(shù)的數(shù)據(jù)。
圖16為按照本發(fā)明一實(shí)施例的聲象配置系統(tǒng)的方框圖形式示意圖。
圖17A和17B為圖16聲音處理器中所用典型傳遞函數(shù)的曲線(xiàn)圖。
圖18A-18C為實(shí)施本發(fā)明的電路方框示意圖;以及圖19為進(jìn)一步實(shí)施本發(fā)明的附加電路的方框示意圖。
為了定義各名詞術(shù)語(yǔ)使按照本發(fā)明的聽(tīng)覺(jué)成象過(guò)程能夠明確進(jìn)行說(shuō)明起見(jiàn)，圖1-4示出涉及的某些尺寸和角度。
圖1為一種立體聲收聽(tīng)狀況的平面圖，分別示出左方和右方揚(yáng)聲器101和102，一個(gè)收聽(tīng)者103，以及對(duì)收聽(tīng)者103來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的聲象位置104。僅為解說(shuō)起見(jiàn)，使圖示收聽(tīng)者位于垂直于揚(yáng)聲器101和102連線(xiàn)106、并直立在其中點(diǎn)處的直線(xiàn)105上。這個(gè)收聽(tīng)者位置稱(chēng)之為基準(zhǔn)收聽(tīng)者位置，但在本發(fā)明的情況下，收聽(tīng)者并不限制在該位置上。根據(jù)基準(zhǔn)收聽(tīng)者位置，逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)量自直線(xiàn)105到收聽(tīng)者103與聲象位置104之間的直線(xiàn)107的聲象方位角(a)。同樣地，將聲象斜線(xiàn)距離(r)定義為從收聽(tīng)者103至聲象位置104的距離。該距離為三維空間中所測(cè)定的實(shí)際距離，而并非在平面圖或其他正交圖上所測(cè)定的投影距離。
在本發(fā)明中，聲象可能顯著地出現(xiàn)在越出各揚(yáng)聲器的平面。因此，圖2中為聲象定義了仰角(b)。收聽(tīng)者位置201與圖1中位置103相當(dāng)，兩聲象位置202與圖1中聲象位置104相當(dāng)。從一水平直線(xiàn)203向上通過(guò)收聽(tīng)者201的頭部至收聽(tīng)者的頭部到聲象位置202的連線(xiàn)204而測(cè)定聲象仰角(b)。應(yīng)當(dāng)指出，揚(yáng)聲器101、102不一定放在直線(xiàn)203上。
在定義有關(guān)基準(zhǔn)收聽(tīng)位形的聲象位置參數(shù)后，繼續(xù)進(jìn)行定義在所述收聽(tīng)位形方面可能變化的各種參數(shù)。參照?qǐng)D3，揚(yáng)聲器301和302，以及直線(xiàn)304和305分別對(duì)應(yīng)于圖1中的項(xiàng)目101、102、106和105。沿直線(xiàn)304測(cè)量揚(yáng)聲器的間隔距離(S)，并沿直線(xiàn)305測(cè)量收聽(tīng)距離(d)。如果將收聽(tīng)者安排在平行于直線(xiàn)304、沿直線(xiàn)306至位置307之處，就定義沿直線(xiàn)306所測(cè)定的橫向位移(e)。對(duì)每個(gè)揚(yáng)聲器301和302來(lái)說(shuō)，從通過(guò)揚(yáng)聲器301、302的直線(xiàn)，并垂直于各揚(yáng)聲器連線(xiàn)的直線(xiàn)，朝著收聽(tīng)者方向按照逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)定，定義為相應(yīng)的方位角(p)和(q)。同樣地，對(duì)收聽(tīng)者來(lái)說(shuō)，從正面對(duì)著收聽(tīng)者方向的直線(xiàn)305，按逆時(shí)針?lè)较蚨x方位角(m)。
圖4中，從通過(guò)收聽(tīng)者303頭部的水平線(xiàn)401向上至揚(yáng)聲器302的垂直中心線(xiàn)測(cè)量揚(yáng)聲器高度(h)。
所定義的各參數(shù)使一種給定的幾何形狀允許具有幾種描述方法。舉例來(lái)說(shuō)，可將一聲象位置描述為具有完全等值的(180，0，X)或(0，180，X)。
在慣用的立體聲的重放中，將聲象限于沿圖1中直線(xiàn)106的位置，而本發(fā)明所產(chǎn)生的聲象則可自由地安置于空間中方位角(a)可分布在從0-360度的范圍內(nèi)，距離(r)并不局限于與(s)或(d)相當(dāng)?shù)木嚯x?？蓪⒁宦曄笠詭追种坏?d)形成在非常靠近收聽(tīng)者、或遠(yuǎn)離好幾倍(d)的距離處，并且可同時(shí)在任何方位角(a)處而不參照揚(yáng)聲器所對(duì)著的方位角。此外，本發(fā)明還能使聲象定位在任何仰角(b)處。收聽(tīng)者距離(d)可自0.5m至30M或往遠(yuǎn)處變化，并在變化期間處于空間中的聲象具有明顯的靜止?fàn)顟B(tài)。
采用相同信號(hào)驅(qū)動(dòng)各個(gè)距離上的揚(yáng)聲器，在揚(yáng)聲器距離為0.2m至8m的情況下獲得良好的聲象形成。在很大范圍內(nèi)，各揚(yáng)聲器的方位角(p)和(q)可以獨(dú)立地改變，而對(duì)聲象沒(méi)有影響。
本發(fā)明的特征在于適度改變揚(yáng)聲器高度(h)不會(huì)影響收聽(tīng)者所感覺(jué)的聲象仰角(b)。這點(diǎn)對(duì)(h)為正負(fù)值，也就是說(shuō)，揚(yáng)聲器位置高于或低于收聽(tīng)者頭部高度的兩種情況下都是正確的位置。
由于所形成的聲象極為逼真，所以收聽(tīng)者自然會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)“注視”聲象，也就是說(shuō)，直接面向所述聲象。當(dāng)聲象形成，仍保持穩(wěn)定;對(duì)于至少?gòu)?120至-120度的角度(m)范圍內(nèi)來(lái)說(shuō)，收聽(tīng)者的方位角(m)對(duì)聲象的空間位置沒(méi)有可感覺(jué)到的影響。一局部化聲源的印象是如此強(qiáng)大，以致使聽(tīng)眾在“注視”聲指向聲象時(shí)沒(méi)有困難;一群聽(tīng)眾將會(huì)報(bào)告同一聲象位置。
圖5a-5k示出一組共十分收聽(tīng)?zhēng)缀涡螤?，并已在其中測(cè)試了聲象的穩(wěn)定度。圖5a中，示出收聽(tīng)?zhēng)缀涡螤畹钠矫鎴D。左方和右方揚(yáng)聲器501和502分別為收聽(tīng)者503重放聲音，產(chǎn)生聲象504。子圖5a直至5k示出揚(yáng)聲器定向方面的變化，而且一般與子圖5a類(lèi)似。
曾將所有十個(gè)幾何形狀在具有不同數(shù)值的揚(yáng)聲器間距(s)和收聽(tīng)者距離(d)(如在圖5M表中所列)的三間不同收聽(tīng)室內(nèi)作過(guò)試驗(yàn)。試驗(yàn)室1是含有大量設(shè)備的一間小播音室控制區(qū)，試驗(yàn)室2是幾乎完全空著的一間大型錄音室，而試驗(yàn)室3則是三面墻上設(shè)有吸音材料的一間小實(shí)驗(yàn)室。
要求收聽(tīng)者對(duì)每項(xiàng)試驗(yàn)指出兩種情況的感覺(jué)聲象位置;收聽(tīng)者的頭部角度(m)為零，頭部轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)面對(duì)著視在聲象位置。每項(xiàng)試驗(yàn)都請(qǐng)三個(gè)不同聽(tīng)眾重復(fù)進(jìn)行。因此，聲象的穩(wěn)定度是以總數(shù)為180種位形來(lái)試驗(yàn)的。這180種位形的每一種都給揚(yáng)聲器提供同一輸入信號(hào)。就每次情況而論，都感覺(jué)聲象方位角(a)為負(fù)60度。
圖6中，示出一種聲象轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，其中聲象601由按照本發(fā)明所處理的信號(hào)形成，所述信號(hào)在第一試驗(yàn)室604中激勵(lì)揚(yáng)聲器602和603。在德國(guó)專(zhuān)利1927401號(hào)中作為實(shí)例示出的一仿真頭605，在其耳朵模型中載有左和右傳聲器606和607。來(lái)自傳聲器606、607線(xiàn)路608和609上的電信號(hào)由放大器610和611分別進(jìn)行放大，接著，在第二試驗(yàn)室614中各自激勵(lì)左和右揚(yáng)聲器612和613。一收聽(tīng)者615位于與第一試驗(yàn)室隔聲的第二試驗(yàn)室中，將會(huì)感覺(jué)到有一個(gè)與第一試驗(yàn)室中聲象601相符的清晰第二聲象616。
圖7中示出本發(fā)明聲音處理器與已知系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)實(shí)例，其中，可能是磁帶重放機(jī)的一個(gè)或多個(gè)多聲跡信號(hào)源701，將多個(gè)由多聲源中得出的單耳信號(hào)702饋給一演播室混合控制臺(tái)703。可使用該控制臺(tái)來(lái)修改各信號(hào)，例如，以任何合意方式來(lái)改變電平和平衡頻率容量。
將控制臺(tái)703所產(chǎn)生的許多修改過(guò)的單耳信號(hào)704連接到按照本發(fā)明的聲象處理系統(tǒng)705的輸入端。在該系統(tǒng)之內(nèi)，對(duì)每一輸入聲道都賦予一聲象位置，并將來(lái)自每一單獨(dú)輸入信號(hào)704加上傳遞函數(shù)處理以產(chǎn)生雙聲道信號(hào)。將全部雙聲道信號(hào)進(jìn)行混合以產(chǎn)生最后信號(hào)對(duì)706、707，然后，又將該對(duì)信號(hào)返回到混合控制臺(tái)708。應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明所產(chǎn)生的雙聲道信號(hào)并非真正的左方及右方立體聲信號(hào)，然而，這種含義卻提供了一種稱(chēng)呼這些信號(hào)的簡(jiǎn)易方法。因此，當(dāng)混合全部雙聲道信號(hào)時(shí)，將全部左方信號(hào)組合成一個(gè)信號(hào)而將全部右方信號(hào)組合成一個(gè)信號(hào)。實(shí)際上，控制臺(tái)703和控制臺(tái)708可以是同一控制臺(tái)的分隔開(kāi)的兩部分。利用控制臺(tái)設(shè)施即可將經(jīng)處理過(guò)的信號(hào)應(yīng)用于激勵(lì)揚(yáng)聲器709、710，以供監(jiān)聽(tīng)之用。經(jīng)任何需要的修改和電平設(shè)定以后，再將主立體聲信號(hào)711和712引向主立體聲錄音機(jī)713，后者可以是一臺(tái)雙聲道磁帶錄音機(jī)。圖中項(xiàng)目705以后的項(xiàng)目都是先有技術(shù)中眾所周知的。
圖8中更詳細(xì)地示出聲象處理系統(tǒng)705，其中，輸入信號(hào)801相當(dāng)于圖7的信號(hào)704，而輸出信號(hào)807、808分別相當(dāng)于圖7的信號(hào)711、712。每一單耳輸入信號(hào)饋給一單獨(dú)的信號(hào)處理器802。
這些處理器802都獨(dú)立運(yùn)行、不附帶聲頻信號(hào)的互相耦合。每一信號(hào)處理器運(yùn)行，用來(lái)產(chǎn)生具有按照頻率基準(zhǔn)而調(diào)整的微分相位和幅度的雙聲道信號(hào)。以下將對(duì)這些傳遞函數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明?？稍跁r(shí)域描述為實(shí)時(shí)脈沖響應(yīng)或等效地在頻域描述為復(fù)頻率響應(yīng)或幅度與相位響應(yīng)的傳遞函數(shù)，僅表征輸入信號(hào)準(zhǔn)備投射所要求的聲象位置。
將各信號(hào)處理器所產(chǎn)生的一對(duì)或多對(duì)處理過(guò)的信號(hào)對(duì)803加到立體聲混合器804的輸入端。并可將其一部分或全部加到一存儲(chǔ)系統(tǒng)805的輸入端。該系統(tǒng)能存儲(chǔ)完整的、經(jīng)處理過(guò)的立體聲聲頻信號(hào)，并能同時(shí)出現(xiàn)在輸出端806重放它們。一般說(shuō)來(lái)，這種存儲(chǔ)系統(tǒng)可具有不同數(shù)目的成對(duì)輸入聲道和成對(duì)輸出聲道。將來(lái)自存儲(chǔ)系統(tǒng)的若干輸出806再加到立體聲混合器804的另外各輸入端。立體聲混合器804將全部左方輸入相加以產(chǎn)生左方輸出807，并將全部右方輸入相加以產(chǎn)生右方輸出808，在相加前合理地修正每個(gè)輸入信號(hào)的幅度。在混合器中不會(huì)發(fā)生左和右聲道的相互作用或耦合。
一位操作人員809可借助于人機(jī)接口裝置810控制該系統(tǒng)的運(yùn)行，以指定要賦予每一輸入聲道所要求的聲象位置。
以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理器802，或許是特別有利的，可因而對(duì)聲象的位置、軌跡或移動(dòng)速度不加以限制。
這些根據(jù)相關(guān)頻率基準(zhǔn)提供相位和幅度必要差分調(diào)整的數(shù)字聲音處理器將在下面作更詳細(xì)的說(shuō)明。在這種數(shù)字執(zhí)行過(guò)程中，要提供實(shí)時(shí)信號(hào)處理，雖然這種操作是可行的，但不一定總是經(jīng)濟(jì)的。如果不提供實(shí)時(shí)信號(hào)處理，則應(yīng)將輸出803連接到存儲(chǔ)系統(tǒng)805，后者能夠緩慢錄音并實(shí)時(shí)重放。反之，如果提供足夠數(shù)量的實(shí)時(shí)信號(hào)處理器802，則可省略存儲(chǔ)系統(tǒng)805。
圖9中，操作員901控制裝備有左和右立體聲監(jiān)控?fù)P聲器903、904的混合控制臺(tái)902。雖然最終處理的聲象穩(wěn)定度在揚(yáng)聲器間距(s)即使小到0.2m時(shí)仍是良好的，但對(duì)混合操作員來(lái)說(shuō)，最好將裝備的揚(yáng)聲器安置于至少離開(kāi)0.5m之處。采用這種間距時(shí)，更容易獲得精確的聲象位置。提供了一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪圖顯示裝置905、一臺(tái)多軸控制器906，以及鍵盤(pán)907。為支持它們的運(yùn)行，配有適當(dāng)?shù)挠?jì)算及存儲(chǔ)設(shè)備。
計(jì)算機(jī)繪圖顯示裝置905可提供如圖10和11所示、能反映空間中聲象的位置或軌跡特征的曲線(xiàn)。圖10表示一種收聽(tīng)狀況的顯示1001，其中與代表移動(dòng)圖象屏幕1004和透視空間提示信號(hào)1005、1006一起，呈現(xiàn)一典型收聽(tīng)者1002和一聲象軌跡1003。
在顯示屏面的底部是有關(guān)操作聲音徑跡細(xì)節(jié)部分的項(xiàng)目菜單1007，包括錄音、時(shí)間同步和編輯信息?？捎涉I盤(pán)907，即通過(guò)將光標(biāo)1008移到所述項(xiàng)目，應(yīng)用多軸控制器906來(lái)選擇菜單項(xiàng)目。所選擇項(xiàng)目可利用鍵盤(pán)907加以修正，或利用多軸控制器906上的按鈕予以跳過(guò)，來(lái)調(diào)用系統(tǒng)作用。特別地，菜單項(xiàng)目1009使操作只能借助軟件連接多軸控制器906，以控制從其投影透視圖的觀察點(diǎn)，或控制目前聲象的位置/軌跡。另一菜單項(xiàng)目1010則容許選擇圖11所示的另一種顯示。
在圖11的顯示中，在圖10中示出的實(shí)質(zhì)上全屏幕透視圖1001已被一組同一景色的三個(gè)正交圖，即一頂視圖1101，一正視圖1102，及一側(cè)視圖1103所取代。為有助于說(shuō)明，其余屏幕象限則被透視圖1001的一種縮小而較粗略的形式1104所占用。再一個(gè)基本上類(lèi)似于在1007示出并具有類(lèi)似功能的菜單1105占有屏幕的底部。一個(gè)特殊的菜單項(xiàng)目1106容許跳回到圖10的顯示。
圖12中，第一室1204中的聲源1201、1202和1203由分別產(chǎn)生右和左立體聲信號(hào)的兩個(gè)傳聲器1205和1206加以探測(cè)，所述立體聲信號(hào)是利用普通立體聲錄音設(shè)備1207錄制的。如果在普通立體聲重放設(shè)備1208上重放，當(dāng)來(lái)自傳聲器1205、1206的信號(hào)、分別激勵(lì)右和左揚(yáng)聲器1209、1210，則在第二室1215中的收聽(tīng)者1214將會(huì)感覺(jué)到分別與聲源1201、1202、1203相應(yīng)的普通立體聲聲象1211、1212、1213。這些聲象將處于與傳聲器1205、1206有關(guān)的各聲源橫向位置的揚(yáng)聲器1209、1210連線(xiàn)上投影的各位置處。
如將兩對(duì)立體聲信號(hào)利用聲音處理器1216加以如上詳細(xì)處理和組合，并由普通立體聲重放設(shè)備1217復(fù)制在第三室1220中的右方和左方揚(yáng)聲器1218、1219上時(shí)，則聲源清脆的空間局部化聲象對(duì)于處于與揚(yáng)聲器1218、1219的實(shí)際位置無(wú)關(guān)位置處的收聽(tīng)者1226來(lái)說(shuō)是顯然的。讓我們假定這樣處理將原來(lái)右聲道信號(hào)的聲象形成在位置1224處，將原來(lái)左聲道信號(hào)的聲象形成在1225處。這些聲象中的每一個(gè)都表現(xiàn)得似乎它是一個(gè)真的揚(yáng)聲器;我們可將這種聲象視為“虛的揚(yáng)聲器”。
要將一單耳聲頻信號(hào)的聲象投影到一給定位置時(shí)需要一個(gè)傳遞函數(shù)，其中，將一雙聲道信號(hào)的差分幅度和微分相位兩者都在跨越整個(gè)聲頻頻帶上按照相關(guān)頻率基準(zhǔn)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。就規(guī)定每一項(xiàng)這種響應(yīng)的一般應(yīng)用而言，為達(dá)到最佳的聲象穩(wěn)定性和相干性，在整個(gè)聲頻頻譜范圍內(nèi)獨(dú)立地對(duì)雙聲道中的每一聲道必須以不超過(guò)40H2的間隔規(guī)定幅度和相位的差值。對(duì)那些不需要高品質(zhì)和聲象位置的應(yīng)用而言，可將頻率間隔予以擴(kuò)展。因此，這種響應(yīng)的規(guī)格需要大約1000個(gè)實(shí)數(shù)(或等效地，500個(gè)復(fù)數(shù))?；谥饔^測(cè)量，有關(guān)聽(tīng)覺(jué)空間位置的人類(lèi)感覺(jué)差異稍欠明確，但在一真正三維空間內(nèi)，大于1000個(gè)明顯位置的情況則可由一個(gè)普通收聽(tīng)者分辨清楚。因而，有關(guān)全部可能位置的全部響應(yīng)的廣泛表征構(gòu)成巨量數(shù)據(jù)，它包含總數(shù)超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)實(shí)數(shù)，其收集工作正在進(jìn)行之中。
應(yīng)當(dāng)指出的是，在按照本發(fā)明的聲音處理中，提供雙聲道之間差分調(diào)整的傳遞函數(shù)是在聲音頻譜范圍內(nèi)就每項(xiàng)40H2間隔由追蹤及誤差試驗(yàn)逐點(diǎn)建立起來(lái)的。此外，有如下文將說(shuō)明的，聲音處理器中的每項(xiàng)傳遞函數(shù)只把與兩個(gè)分開(kāi)變換器有關(guān)的聲音定位在一個(gè)位置，也就是說(shuō)，定位一個(gè)方法、高度及深度。
然而，實(shí)際上無(wú)需明白表示全部傳遞函數(shù)響應(yīng)，因?yàn)?，鏡象對(duì)稱(chēng)性通常存在于所述右和左聲道之間。如將修改聲道的響應(yīng)互換時(shí)，會(huì)使聲象方位角(a)反相，而仰角(b)和距離(r)仍保持不變。
利用普通設(shè)備及通過(guò)使用簡(jiǎn)化信號(hào)展示本發(fā)明的過(guò)程及聽(tīng)力幻覺(jué)是可能的。如將處于已知頻率狀態(tài)的正弦波“群”以較長(zhǎng)時(shí)間間隔平滑地選通和截?cái)鄷r(shí)，則此頻域的一段極狹頻帶即被合成信號(hào)所占用。實(shí)際上，信信號(hào)將以單一頻率抽樣所需要的響應(yīng)。因此，把所需要的響應(yīng)(亦即，傳遞函數(shù))簡(jiǎn)化為在取決于頻率的基礎(chǔ)上、左右聲道間差值幅度和相位(即延遲)的簡(jiǎn)單控制。從而人們會(huì)理解，通過(guò)在聲頻頻譜范圍內(nèi)、就每項(xiàng)選定的頻率間隔進(jìn)行微分相位和幅度調(diào)整，可憑經(jīng)驗(yàn)建立起供一特定聲音位置用的傳遞函數(shù)。根據(jù)FOURIER定律，可將任何信號(hào)表示為一系列的正弦波之和，因此，所用信號(hào)完全是一般性的。
圖13中示出用于論證本發(fā)明系統(tǒng)的一項(xiàng)實(shí)例，其中，由計(jì)算機(jī)1301(Hewlett-Packard，型號(hào)330M)控制聲音合成器1302(Hewlett-Packard多功能合成器，型號(hào)8904A)，以產(chǎn)生饋給聲頻延遲線(xiàn)1305(EVentide Precision Delay型號(hào)PD860)的雙聲道輸入端1303、1304的單耳聲頻信號(hào)。自延遲線(xiàn)1305起，右方聲道信號(hào)通往可開(kāi)關(guān)的反相器1306，然后，左右信號(hào)通過(guò)各自的可變衰減器1307、1308，并通往兩個(gè)功率放大器1309、1310，以分別激勵(lì)左右揚(yáng)聲器1311、1312。
合成器1302產(chǎn)生任何要求的試驗(yàn)頻率、并采用圖14所示包絡(luò)線(xiàn)的平滑選通的正弦波“群”1401。用20毫秒持續(xù)時(shí)間的第一線(xiàn)性斜波1402選通正弦波，以恒定幅度1403停留45毫秒，然后，用20毫秒持續(xù)時(shí)間的第二線(xiàn)性斜波1404截?cái)嗾也?。以大約1至5秒的間隔1405重復(fù)正弦波“群”。
此外，應(yīng)用圖13的系統(tǒng)和圖14的波形，本發(fā)明可在聲音頻譜范圍內(nèi)、通過(guò)在延遲線(xiàn)1305中調(diào)整時(shí)延并由衰減器1307、1308調(diào)整幅度建立一傳遞函數(shù)。收聽(tīng)者會(huì)完成該調(diào)整，收聽(tīng)聲音位置并決定其位置是否正確。若是正確的，則檢驗(yàn)下一頻率間隔。若不正確時(shí)，那么就進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整并重復(fù)收聽(tīng)過(guò)程。以這種方式就可建立在聲音頻譜范圍內(nèi)的傳遞函數(shù)。
圖15是待用來(lái)構(gòu)成傳遞函數(shù)的實(shí)用數(shù)據(jù)表，所述傳遞函數(shù)適于遠(yuǎn)離揚(yáng)聲器的方向使若干正弦波頻率的聲象復(fù)制。恰如上文所述，此表可用試湊法產(chǎn)生。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些聲象全部都是穩(wěn)定的，并可在圖5中詳述的全部三個(gè)收聽(tīng)室內(nèi)重復(fù)進(jìn)行，以供包括直接面對(duì)聲象的各式各樣的聽(tīng)眾頭部姿態(tài)及各類(lèi)聽(tīng)眾之用。
我們可將以上詳述狹窄頻帶信號(hào)的位置如此加以概括，使容許代表諸如演講及音樂(lè)等復(fù)雜聲源的寬頻帶信號(hào)得以成象。如果就整個(gè)聲頻范圍內(nèi)的全部頻率來(lái)規(guī)定由單獨(dú)輸入信號(hào)得到的雙聲道的差分幅度及相移時(shí)，也就規(guī)定了完全的傳遞函數(shù)。實(shí)際上，只需要明確指定所關(guān)心的頻帶中的若干頻率用的差分幅度和延遲。那么就可由內(nèi)插法求出處于那些經(jīng)指定頻帶之間的任何中間頻率狀態(tài)的幅度和延遲。倘若所指定響應(yīng)的頻率相隔不太寬，并考慮到所代表的實(shí)際響應(yīng)的平滑度或變化率時(shí)，則內(nèi)插法就不太關(guān)鍵性了。
在圖15所列表中，將幅度和延遲加到每一聲道中的信號(hào)上，并將此大體上示于圖16中，其中，提供獨(dú)立的聲音處理器1500、1501。將此單聲道聲音信號(hào)在1502處饋入，并饋給兩個(gè)聲音處理器1500、1501，在這里根據(jù)相關(guān)頻率基準(zhǔn)調(diào)整幅度與相位，因而在左右聲道分別輸出1503、1504處的差值如上文所說(shuō)明的是憑經(jīng)驗(yàn)確定的正確數(shù)量。在線(xiàn)路1505上所饋入的控制參數(shù)會(huì)改變微分相位和幅度調(diào)整，因而，可使聲象處于一種不同的、要求的位置上。例如，在數(shù)字式實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，聲音處理器可以是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，其系數(shù)是由控制參數(shù)信號(hào)改變的，藉此提供不同的有效傳遞函數(shù)。
如下列分析所示，可將圖16的系統(tǒng)加以簡(jiǎn)化。首先，只有雙聲道延遲之間的差異即差值是重要的。假定左右聲道的延遲分別為t(l)和t′(r)。通過(guò)加上任何固定延遲t(a)來(lái)定義新延遲t′(l)和t′(r)，因而t′(l)＝t(l)+t(a) (1)t′(r)＝t(r)+t(a) (2)其結(jié)果是，在一段時(shí)間t(a)以后或如式中t(a)為負(fù)時(shí)更早聽(tīng)到全部效應(yīng)。這種一般表達(dá)式在t(a)＝-t(r)特定情況下仍可適用。代入下式t′(l)＝t(l)-t(r) (3)t′(r)＝t(r)-t(r)＝0 (4)藉此種變換，我們總可以使一個(gè)聲道中的延遲減小為零。在實(shí)際實(shí)施中，我們必須小心減去較小的延遲，使得永不需要出現(xiàn)一個(gè)負(fù)的延遲。最好是在一聲道中留下一個(gè)固定的剩余延遲并改變另一聲道中的延遲來(lái)避免這一問(wèn)題。若此固定剩余延遲足夠大時(shí)，則可變延遲就有必要是負(fù)的。
其次，我們不必獨(dú)立控制聲道幅度。音響工程上的一種普遍作法是通過(guò)或者放大或者衰減來(lái)改變信號(hào)幅度。因此，只要兩個(gè)立體聲聲道都以同一比率進(jìn)行改變，所載位置信息即無(wú)變化。重要且必須予以保持的就是幅度的比率或差值。只要保持這種差值，在本說(shuō)明中的全部效應(yīng)和幻覺(jué)就完全與重放的全部聲音電平無(wú)關(guān)。據(jù)此，借助類(lèi)似于上文所述用于定時(shí)或相位控制的一種操作，我們即可將全部幅度控制置于一個(gè)聲道中，而將另一聲道保留在一種固定的幅度狀態(tài)下。再者，給一聲道加一固定的剩余衰減可能是方便的，因而，使全部必要比率均可由另一聲道的衰減而達(dá)到。于是，僅在一聲道中應(yīng)用可變衰減器就可得到充分控制。
因此，我們可通過(guò)把微分衰減和延遲確定作為一單聲道的頻率函數(shù)，來(lái)規(guī)定全部必要的信息。可為第二聲道確定一個(gè)固定的、與頻率無(wú)關(guān)的衰減和延遲;如留下這些未指定時(shí)，我們即假定增益為一，而延遲為零。
從而，就任一聲象位置、也即任一左/右傳遞函數(shù)而言，可將微分相位和幅度調(diào)整(濾波)，全部組織在一個(gè)聲道或另一聲道或兩聲道之間的任何組合中?？蓪⒙曇籼幚砥?500、1501中的一個(gè)簡(jiǎn)化為不超過(guò)一可變阻抗或簡(jiǎn)化為僅為一條金屬直線(xiàn)。但不能是一條開(kāi)路。假定僅在一個(gè)聲道中完成相位和幅度調(diào)整，以提供雙聲道之間必要的差值，那么，傳遞函數(shù)就會(huì)如圖17A和17B所表示的那樣。
圖17A表示雙聲道不同相位的一種典型傳遞函數(shù)，其中，左聲道未予改變，而右聲道則在聲音頻譜范圍內(nèi)根據(jù)相關(guān)頻率基準(zhǔn)進(jìn)行相位調(diào)整。同樣，圖17B一般表示雙聲道差動(dòng)幅度的一種典型傳遞函數(shù)，其中，左聲道的幅度未予改變，而右聲道則在聲音頻譜范圍內(nèi)根據(jù)相關(guān)頻率基準(zhǔn)受到衰減。
下面指出圖16的聲音位置控制器1500、1501，舉例來(lái)說(shuō)，可以是模擬或數(shù)字式的，并可包含下列電路元件中的一些或全部元件它們是濾波器，延遲線(xiàn)，反相器，放大器，以及移相器等。可將這些功能性電路元件用任何方式組織，來(lái)得到傳遞函數(shù)。
該信息的若干等效表示法都是可能的，并且都普遍應(yīng)用于相關(guān)技術(shù)中。
例如，可采用各種等值、將延遲規(guī)定為以任何給定頻率狀態(tài)下的相位改變相位(度數(shù))＝360×(延遲時(shí)間)×頻率相位(弧度)＝2
×(延遲時(shí)間)×頻率應(yīng)用這種等值時(shí)必需小心，因?yàn)樗蛔阌诖_定相位的主要值;若上述等值成立，則需要全相位。
電子工程界所普遍采用的一種方便的表示法是復(fù)合S平面表示法。采用實(shí)時(shí)模擬元件(不是任意多的)，可實(shí)現(xiàn)的全部濾波器特性規(guī)定為L(zhǎng)APLACE復(fù)頻變數(shù)S中的兩個(gè)多項(xiàng)比值。其一般形式為T(mén)(s)＝ (Ein(s))/(Eout(s)) ＝ (N(s))/(D(s)) (5)式中T(s)是S平面中的傳遞函數(shù)，Ein(s)和Eout(s)分別是輸入和輸出信號(hào)是S的函數(shù)，而分子和分母函數(shù)N(s)和D(s)為下列形式N(s)＝a0+a1s+a2s2+a3s3+…ans11(6)D(s)＝b0+b1s+b2s2+b3s3+…bns11(7)這種標(biāo)志法的吸引力是它可以非常緊湊。要完全地指定所有頻率情況下的函數(shù)，無(wú)需內(nèi)插法，而只需要指定n+1個(gè)系數(shù)a以及n+1個(gè)系數(shù)b。具有這些指定的系數(shù)，在任何頻率情況下，都可利用眾所周知的方法方便地得到傳遞函數(shù)的幅度和相位。這種標(biāo)志法的另外吸引力是，它是最容易從一種模擬電路的分析中推導(dǎo)的形式，因此，作為指定這種電路的傳遞函數(shù)的最自然，最緊湊和被充分接受的方法。
還有另一種用于說(shuō)明本發(fā)明的方便表示法是Z平面表示法。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，為了取得靈活性的優(yōu)點(diǎn)，信號(hào)處理器將起數(shù)字濾波器的作用。因?yàn)榭梢杂靡环N傳遞函數(shù)定義每個(gè)聲象位置，故需要一種形式的濾波器，在濾波器中，用最小的限制可以容易并迅速地實(shí)現(xiàn)傳遞功能，而在可達(dá)成該種功能時(shí)具有最小的限制。一種全可編程數(shù)字濾波器適合于滿(mǎn)足這種需求。
這種數(shù)字濾波器可在頻域內(nèi)工作，在該情況下，首先要將信號(hào)作FOURIER變換，以便將它自時(shí)域表示轉(zhuǎn)移到頻域表示。然后，將上述方法之一所決定的濾波器幅度和相位響應(yīng)通過(guò)復(fù)數(shù)乘法加到該信號(hào)頻域表達(dá)式。最后，應(yīng)用反FOURIER變換，把該信號(hào)恢復(fù)到時(shí)域，以供數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換之用。
另一方面，可將在時(shí)域的響應(yīng)直接規(guī)定為一種實(shí)時(shí)脈沖響應(yīng)。這種響應(yīng)數(shù)學(xué)上等效于頻域的幅度及相位響應(yīng)，并可應(yīng)用反FOURIER變換而從其獲得。通過(guò)用時(shí)域的信號(hào)表達(dá)式將其進(jìn)行褶合，可將該脈沖響應(yīng)直接應(yīng)用在時(shí)域。可以證明，時(shí)域中的褶合運(yùn)算與頻域中的乘法運(yùn)算數(shù)學(xué)上是等同的，因此，所述直接褶合完全等效于在前段中詳述的頻域運(yùn)算。
由于全部數(shù)字計(jì)算都是斷續(xù)的而不是連續(xù)的，所以最好用斷續(xù)表示而不用連續(xù)表示。根據(jù)系數(shù)直接規(guī)定響應(yīng)是很方便的，將這些系數(shù)應(yīng)用在一種遞歸直接褶合數(shù)字濾波器中，而采用與S平面符號(hào)平行的Z平面符號(hào)這是易于做到的。因此，若T(z)為等效于頻域T(s)的S時(shí)域響應(yīng)時(shí)，則T(z)＝ (N(z))/(D(z)) (8)式中N(z)和D(z)的形式為N(z)＝c0+c1z-1+c2z-2+…cnz-n(9)D(z)＝d0+d1z-1+d2z-2+…dma-m(10)在這種標(biāo)志法中，系數(shù)c和d如系數(shù)a和b在s一平面中一樣足以規(guī)定函數(shù)，因此，可能達(dá)到相等的緊密度。如將運(yùn)算數(shù)z解釋為如下時(shí)，則可直接執(zhí)行z平面濾波器;
Z-1為n個(gè)抽樣間隔的延遲。
于是，規(guī)定系數(shù)在執(zhí)行過(guò)程中直接為倍增系數(shù)。我們必須限制本說(shuō)明書(shū)只采用Z的負(fù)次冪，因?yàn)檫@些響應(yīng)相當(dāng)于正延遲。Z的正次冪則相當(dāng)于負(fù)延遲，亦即，加上激勵(lì)之前的響應(yīng)。
根據(jù)手頭這些標(biāo)志法，我們便可以說(shuō)明設(shè)備，給出寬頻帶響應(yīng)聲象和諸如演講及音樂(lè)等聲音的位置。為這些目的，本發(fā)明的聲音處理器，例如，圖8的處理器802，可將其實(shí)施為如圖18A所示的，具有可變路徑耦合衰減器的一種可變雙路模擬濾波器。
圖18A中，將單聲道或單耳輸入信號(hào)1601輸入到兩個(gè)濾波器1610、1630，同時(shí)也輸入到兩個(gè)電位器1651、1652。將來(lái)自濾波器1610、1630的輸出連接到電位器1653、1654。將四個(gè)電位器1651-1654配置成一種所謂的多向聲象移動(dòng)器使得它們差動(dòng)作用。一個(gè)多向聲象移動(dòng)器軸控制電位器1651、1652;例如，當(dāng)其一移動(dòng)時(shí)，以越過(guò)其輸入與輸出之比的較大比例通到其輸出，則使另一電位器機(jī)械地顛倒過(guò)來(lái)將其輸入的較小比例通到其輸出。電位器1653、1654根據(jù)第二個(gè)獨(dú)立的多向聲象移動(dòng)器軸類(lèi)似地操作。來(lái)自電位器1653、1654的輸出信號(hào)分別通往單位增益緩沖器1655、1656，后者依次分別激勵(lì)被耦合而一起作用的電位器1657、1658;它們同步增加或減少通往輸出的輸入比例。來(lái)自電位器1657、1658的輸出信號(hào)通往一倒向開(kāi)關(guān)1659，該開(kāi)關(guān)容許將濾波器信號(hào)直接或互換饋給相加元件1660、1670的第一輸入。
每個(gè)響應(yīng)的相加元件1660、1670在其第二輸入端接受來(lái)自電位器1651、1652的輸出。相加元件1670激勵(lì)反相器1690，而開(kāi)關(guān)1691容許選擇直接或反相信號(hào)以激勵(lì)衰減器1689的輸入1684。衰減器1689的輸出就是所謂的右聲道信號(hào)。同樣，相加元件1660激勵(lì)反相器1681，而開(kāi)關(guān)1682容許在點(diǎn)1683處選擇直接或反相信號(hào)。開(kāi)關(guān)1685容許選擇信號(hào)1683或輸入信號(hào)1601作為給衰減器1686的激勵(lì)以產(chǎn)生左聲道輸出1688。
濾波器1610、1630是相同的，并在圖18B中詳細(xì)示出一個(gè)。單位增益緩沖器1611接受輸入信號(hào)1601并經(jīng)由電容器1612作電容性耦合以激勵(lì)濾波器元件1613。將類(lèi)似的濾波器1614至1618進(jìn)行級(jí)聯(lián)，并經(jīng)由電容器1619和單位增益緩沖器1620耦合最后的濾波器元件1618，以激勵(lì)反相器1621。開(kāi)關(guān)1622容許在濾波器輸出1623處選擇緩沖器1620或反相器1621的輸出。
濾波器元件1613直至1618是相同的，并在圖18C中詳細(xì)示出。它們只在其各自的電容器1631的數(shù)值上有所不同。將輸入1632連接到電容器1631和電阻器1633，而將電阻器1633耦合到運(yùn)算放大器1634的反相輸入端，輸出端1636就是濾波器元件輸出端。反饋電阻器1635以習(xí)慣的方式連接到運(yùn)算放大器1634。從電容器1631和開(kāi)關(guān)1643所選擇的電阻器1637至1642中之一的接點(diǎn)，激勵(lì)運(yùn)算放大器1634的非反相輸入端。這種濾波器是具有相移的全通濾波器，所述相移根據(jù)開(kāi)關(guān)1643的設(shè)定的頻率而變化。
表1列出用在每一濾波器元件1613-1618中電容器1631的數(shù)值，而表2列出開(kāi)關(guān)1642所選擇的電阻器數(shù)值;這些電阻器數(shù)值對(duì)全部濾波器元件1613-1618都是相同的。
圖18D中示出相加元件1660、1670的一個(gè)實(shí)施例，其中，供運(yùn)算放大器1663中相加用的兩個(gè)輸入1661、1662產(chǎn)生單一輸出1664。由電阻器1665、1667和反饋電阻器1666決定從輸入至輸出的增益。在兩種情況下，分別由來(lái)自開(kāi)關(guān)1659的信號(hào)激勵(lì)輸入1662，由來(lái)自多向聲移動(dòng)器電位器1651、1652的信號(hào)激勵(lì)輸入1661。
作為聲象位置實(shí)例，表3示出各項(xiàng)設(shè)定和相應(yīng)的聲象位置，以使聲象“飛行”。這是相應(yīng)于遠(yuǎn)高出包括揚(yáng)聲器和收聽(tīng)者所在平面的位置處一架直升機(jī)的聲象。為要獲得按照本發(fā)明用于處理的所需要的單聲道信號(hào)，曾將音效盤(pán)上的立體聲徑跡相加起來(lái)。在列表所示配置設(shè)備的情況下，在空間以這種方式，即收聽(tīng)者感覺(jué)到在表列位置處有一架直升機(jī)，投影出逼真的聲象。
表3注兩種情況中倒向開(kāi)關(guān)的設(shè)定如下即來(lái)自元件1657的信號(hào)激勵(lì)元件1660，而來(lái)自元件1658的信號(hào)激勵(lì)元件1670。
通過(guò)對(duì)上述電路增加兩個(gè)額外元件，就會(huì)提供收聽(tīng)區(qū)域橫向移位的特別方便。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這對(duì)于聲象之產(chǎn)生并非必不可少的。圖19中示出所述額外元件，其中，可分別由圖16的信號(hào)處理器的輸出1688、1689供給左方和右方信號(hào)1701、1702。在每一聲道中，分別插入延遲1703、1704，而來(lái)自延遲1703、1704的輸出信號(hào)就成為聲音處理器的輸出1705、1706。
由這種外加設(shè)備引進(jìn)各聲道的延遲與頻率無(wú)關(guān)。因此，單個(gè)實(shí)數(shù)完全可確定它們各自的特征。設(shè)定左聲道延遲為t(l)，右聲道延遲為t(r)。如在上述情況下，只有延遲間的差值是有意義的，而我們可完全通過(guò)規(guī)定延遲間的差值而控制該設(shè)備。在執(zhí)行過(guò)程中，我們將對(duì)每一聲道加一固定延遲，以確保為達(dá)到所需差值至少不會(huì)要求負(fù)延遲。把差值延遲t(d)定義為t(d)＝t(r)-t(l) (11)若t(d)為零，所產(chǎn)生的效應(yīng)根本不受外加設(shè)備的影響。若t(d)為正，將使收聽(tīng)區(qū)域的中心沿圖3的尺寸e橫移向右方。t(d)為正值相當(dāng)(e)為正值，意味著向右位移。同樣，向左位移相當(dāng)(e)為負(fù)值，可借助于t(d)為負(fù)值來(lái)獲得。用這種方法，在聽(tīng)眾感覺(jué)到幻覺(jué)的整個(gè)收聽(tīng)區(qū)域內(nèi)，可以橫向投影到揚(yáng)聲器之間或之外的任何點(diǎn)上?？臻g尺寸(e)可容易地超過(guò)空間尺寸S的一半，并曾在超出極端位移之外即空間尺寸(e)為空間尺寸(s)的83%時(shí)獲得過(guò)良好的效果。這不可能是該項(xiàng)技術(shù)的極限，但代表了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的極限。
權(quán)利要求
1.用于產(chǎn)生并定位視在聲源的方法，該聲源由電信號(hào)所選擇，該電信號(hào)相當(dāng)于包含收聽(tīng)者的三維空間內(nèi)任何地方，經(jīng)預(yù)定和局部化位置中所選定的聲音，其特征在于該方法包括以下各步驟將所述電信號(hào)分成相應(yīng)第一和第二聲道信號(hào)；根據(jù)預(yù)定的相關(guān)頻率基準(zhǔn)，至少對(duì)第一及第二聲道之一改變信號(hào)幅度和移動(dòng)信號(hào)相位，因而，至少產(chǎn)生一個(gè)第一聲道或第二聲道修正的信號(hào)，并形成兩聲道信號(hào)之間的差值相位和幅度；以及至少將第一和第二聲道修正的信號(hào)分別加到位于三維空間內(nèi)并與收聽(tīng)者空間隔開(kāi)的第一和第二聲音變換器裝置上，以產(chǎn)生顯然起源于三維空間中某一預(yù)定位置處的聲音，該位置可以與所述聲音變換器裝置的位置不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將對(duì)所述信號(hào)改變幅度和移動(dòng)相位的步驟應(yīng)用于所述第一和第二聲道信號(hào)兩者上，同時(shí)保持其間的所述相位和幅度差值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)一步包括的步驟為至少將所述第一和第二聲道信號(hào)之一加到包含運(yùn)算放大器部分的至少一個(gè)全通濾波器上，所述濾波器具有預(yù)定的頻率響應(yīng)和拓?fù)?，其特征為?duì)LAPLACE復(fù)頻變數(shù)(s)憑經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)的傳遞函數(shù)T(s)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于將所述信號(hào)中至少一個(gè)加到至少一個(gè)濾波器的步驟包括將所述至少一個(gè)信號(hào)加到一串聯(lián)成列濾波器的另外步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)一步包括的步驟為將所述第一和第二聲道信號(hào)以及自其中取得的修正信號(hào)存儲(chǔ)在一種能夠按以后選定時(shí)間再生所述存儲(chǔ)信號(hào)的介質(zhì)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于改變幅度和移動(dòng)相位的步驟包括將所述第一和第二聲道中至少一個(gè)通過(guò)一個(gè)聲音處理器，該聲音處理器具有預(yù)定的相位傳遞函數(shù)以產(chǎn)生所述差值相移，它還具有預(yù)定的幅度傳遞函數(shù)以產(chǎn)生所述差值幅度改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于根據(jù)頻率為40H2間隔的有關(guān)頻率編制預(yù)定的相位和幅度傳遞函數(shù)。
8.一種應(yīng)用兩個(gè)設(shè)置于自由空間中的變換器，使信號(hào)達(dá)到所要求狀態(tài)的系統(tǒng)，該信號(hào)用于產(chǎn)生并定位視在聲源的聽(tīng)覺(jué)幻覺(jué)，該視在聲源從相應(yīng)所選聲音的一種電信號(hào)產(chǎn)生和定位，為設(shè)置在包括收聽(tīng)者的三維空間內(nèi)預(yù)定的和局部化位置處的至少一種選定聲音，該系統(tǒng)包括兩者都接受電信號(hào)的第一和第二聲道裝置，所述第一和第二信號(hào)聲道裝置之一包括根據(jù)相關(guān)頻率基準(zhǔn)用于對(duì)相應(yīng)電信號(hào)的改變幅度和移動(dòng)相位角的裝置，以便自其中產(chǎn)生一種相應(yīng)的改正信號(hào)，因而，其特征在于就聲頻頻譜中每一頻率間隔而言，在二聲道之間發(fā)生的幅度和相移差值為一預(yù)定值時(shí)，即將所述第一和第二聲道饋給兩個(gè)變換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在另外聲道中用來(lái)產(chǎn)生一第二修正信號(hào)的第二裝置，其特征在于發(fā)生在第二修正信號(hào)中的幅度改變和相移也是在依賴(lài)頻率方式下完成并且保持幅度和相移差值的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括連接到用于改變的所述裝置和存儲(chǔ)裝置，該裝置用于把所述修正信號(hào)存儲(chǔ)在一種介質(zhì)中，該介質(zhì)能夠按以后選定的時(shí)間再生所述存儲(chǔ)信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于用于改變幅度和移相的裝置包含聲音處理器，該處理器有預(yù)定的幅度傳遞函數(shù)和預(yù)定的相位傳遞函數(shù)，幅度傳遞函數(shù)根據(jù)相關(guān)的頻率產(chǎn)生幅度差值，相位傳遞函數(shù)根據(jù)相關(guān)的頻率產(chǎn)生相位差值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于決定頻率間隔為40HZ的頻率基準(zhǔn)。
全文摘要
兩個(gè)普通隔離的揚(yáng)聲器可產(chǎn)生一種聲象，這種聲象使得收聽(tīng)者在感覺(jué)上似乎合成聲音并非發(fā)自揚(yáng)聲器的實(shí)際位置。本發(fā)明的聲音處理涉及將每一單耳或單聲道信號(hào)分成兩個(gè)信號(hào)，然后，根據(jù)相關(guān)頻率基準(zhǔn)憑經(jīng)驗(yàn)取得的傳遞函數(shù)調(diào)整雙聲道的差值相位和幅度。如果適當(dāng)取得這種傳遞函數(shù)，即可視需要設(shè)置明顯的聲源位置。
文檔編號(hào)H04S5/00GK1050119SQ8910916
公開(kāi)日1991年3月20日 申請(qǐng)日期1989年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月28日
發(fā)明者丹尼·D·洛, 約翰·W·李斯 申請(qǐng)人:求桑德有限公司