專利名稱：虛擬環(huán)繞聲處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對耳機音響系統(tǒng)的虛擬環(huán)繞聲處理方法。
背景技術(shù)：
當用耳機欣賞立體聲音樂時，為了增加立體聲的包圍感，我們會采用虛擬環(huán)繞聲 的方法，對音樂信號進行信號處理，產(chǎn)生不同角度不同方位的虛擬聲源，加入到原始音樂信 號中，增加音樂的包圍感、立體感。由于人耳的耳廓效應(yīng)，到達耳膜的聲波頻譜特征是與聲源的方向有關(guān)，人耳的聽 覺系統(tǒng)在功能上相當于一個與聲音空間方向有關(guān)的濾波器，對不同空間方向聲音的頻譜信 息，都通過該濾波器處理到達耳膜，該頻率特性稱為人腦音頻變換函數(shù)HRTF (Head-Related Transfer Function)。當虛擬不同方向聲源時，需要用到傳輸函數(shù)HRTF。比如，輸入的音樂信號分為L信 號和R信號，虛擬水平方向、與人腦雙耳垂線呈60度角的虛擬聲源時，需要用到該方向的傳 輸函數(shù) HRTF，即 HRTF (60，0)。圖1是聲源點A與人腦雙耳垂線成60度角的HRTF函數(shù)傳輸路徑示意圖。圖1中， 60度方向是指以人腦中心作為原點與y軸的角度，設(shè)定聲源點A位于60度方向時到左耳的 傳輸函數(shù)HRTF為H60L，而到右耳的傳輸函數(shù)HRTF為H60R。由于軸對稱性，聲源位于300 度方向的傳輸函數(shù)HRTF為到左耳H60R，到右耳H60L。傳輸函數(shù)HRTF需要利用人腦和音頻測試系統(tǒng)來測量獲得，假設(shè)已測得聲源距離 1. 4m處傳輸函數(shù)HRTF的數(shù)據(jù)，便可以虛擬出距離人腦中心1. 4m處的虛擬聲源將L信號虛擬成300度方向的聲源，需要L*H60R輸入左耳，L*H60L輸入右耳；將R信號虛擬成60度方向的聲源，需要R*H60L輸入左耳，R*H60R輸入右耳；其中， *代表卷積。此時，由傳輸函數(shù)HRTF可以得到距離人腦中心1.4m處，方位是60度角的虛擬聲 源點A。如果需要得到距離人腦中心其他距離的虛擬聲源點的數(shù)據(jù)，如距離人腦中心0. 3m 處的虛擬聲源點的數(shù)據(jù)，需要再次測量0. 3m處的傳輸函數(shù)HRTF。然而，每一次測量傳輸函 數(shù)HRTF不僅復(fù)雜且耗時。由此看來，有必要提供一種虛擬環(huán)繞聲處理方法，可以有效減少測量傳輸函數(shù) HRTF次數(shù)而得到虛擬聲源點。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有測量傳輸函數(shù)HRTF復(fù)雜且耗時的問題，本發(fā)明提供一種有效減少傳輸 函數(shù)HRTF測量次數(shù)而得到虛擬聲源點的虛擬環(huán)繞聲處理方法。一種虛擬環(huán)繞聲處理方法，包括以下步驟提供一耳機，耳機內(nèi)置處理芯片，該處理芯片中預(yù)存頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF，測得虛擬聲源點N的傳輸HRTF函數(shù)(c，0)，設(shè)虛擬聲源點N的方位角為c ；確定待知虛擬聲源點M距離人腦中心處的水平距離設(shè)為f ；經(jīng)過人腦雙耳和所述待知虛擬聲源點M點分別作兩條直線與所述虛擬聲源點N所 在的圓相交至L點和P點，所述L點和P點分別與y軸所成的角為a、b，設(shè)所述角度a和角 度b的傳輸函數(shù)HRTF分別為HaR，HaL，HbR，HbL ；處理芯片依據(jù)已測得所述虛擬聲源點N的傳輸函數(shù)HRTF，推導(dǎo)出HaR，HaL, HbR, HbL ；耳機將R*HaR輸入至右耳，將R*HbL輸入至左耳，即得到所述待知虛擬聲源點M。作為上述虛擬環(huán)繞聲處理方法的進一步改進，當輸入耳機音響系統(tǒng)的音樂信號分 為L信號和R信號時，通過虛擬環(huán)繞處理之后的音樂信號應(yīng)該為Lout = mxL+L*H60R+R*H60L ；Rout = mxR+R*H60R+L*H60L，其中*代表卷積，m是系數(shù)，指調(diào)節(jié)原始信號在處理 后信號中的比例。作為上述虛擬環(huán)繞聲處理方法的進一步改進，所述虛擬聲源點N是將R*HcL輸入 左耳，R*HcR輸入右耳獲得。作為上述虛擬環(huán)繞聲處理方法的進一步改進，所述虛擬聲源點N的方位角c是60度。作為上述虛擬環(huán)繞聲處理方法的進一步改進，所述待知虛擬聲源點M與所述虛擬 聲源點N處于方位角相同。作為上述虛擬環(huán)繞聲處理方法的進一步改進，所述虛擬聲源點N距離人腦中心處 的距離為1. 4m。作為上述虛擬環(huán)繞聲處理方法的進一步改進，所述待知虛擬聲源點M距離人腦中 心處的水平距離f為0. 3m。本發(fā)明所述虛擬環(huán)繞聲處理方法中，只需測量某一虛擬聲源點的傳輸函數(shù)HRTF， 就可在已測得傳輸函數(shù)HRTF值的基礎(chǔ)上通過幾何作圖的方法推導(dǎo)出位于同一方位、不同 水平方向的另一虛擬聲源點，減少測量傳輸HRTF的次數(shù)。綜上所述，所述虛擬環(huán)繞聲處理方法具有減少測量傳輸函數(shù)HRTF次數(shù)而得到虛 擬聲源點的特點。


圖1是與本發(fā)明相關(guān)的HRTF函數(shù)傳輸路徑示意圖。圖2是本發(fā)明虛擬環(huán)繞聲處理方法中HRTF函數(shù)傳輸路徑示意圖。圖3是圖2中HRTF函數(shù)(60，0)的沖擊響應(yīng)時域圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的虛擬環(huán)繞聲處理方法進行說明。本發(fā)明提供一種虛擬環(huán)繞聲處理方法，其主要目的是如何通過已測得某方位虛擬 聲源點的傳輸函數(shù)HRTF來得到同方位、不同水平方向處的虛擬聲源點。圖2是本發(fā)明虛擬環(huán)繞聲處理方法的HRTF函數(shù)傳輸路徑示意圖。圖2中，虛擬聲源點N沿水平方向、與人腦雙耳垂線成c度方位角，該方向傳輸函數(shù)HRTF，即HRTF (c，0)。本 實施方式中，c取60度。圖3是HRTF(60，0)的沖擊響應(yīng)時域圖。圖3中上圖為左耳的傳輸函數(shù)H60L，下 圖為右耳的傳輸函數(shù)H60R。傳輸函數(shù)HRTF需要利用人腦和音頻測試系統(tǒng)來測量獲得，圖3 中傳輸函數(shù)HRTF是所述虛擬聲源點N距離人腦水平方向1. 4m測得的數(shù)據(jù)。所述虛擬聲源點N的60度方位角是指以人腦的中心作為原點與y軸所夾的角，設(shè) 定所述虛擬聲源點N位于60度角時到人腦左耳的傳輸函數(shù)HRTF為H60L，到人腦右耳的傳 輸函數(shù)HRTF為H60R。當輸入耳機音響系統(tǒng)的音樂信號分為L信號和R信號時，利用圖3中的數(shù)據(jù)，可以 虛擬出沿水平方向、距離人腦中心1. 4m處的所述虛擬聲源點N 將L信號虛擬成300度方向的聲源，需要L*H60R輸入左耳，L*H60L輸入右耳；將R信號虛擬成60度方向的聲源，需要R*H60L輸入左耳，R*H60R輸入右耳；那么，通過虛擬環(huán)繞處理之后的音樂信號應(yīng)該為Lout = mxL+L*H60R+R*H60L ；Rout = mxR+R*H60R+L*H60L其中，*代表卷積，m是系數(shù)，指調(diào)節(jié)原始信號在處理后信號中的比例。如此，圖2中所述虛擬聲源點N即表示距離人腦中心1. 4m、方位為60度角的虛擬 聲源點。即是說，將R*H60L輸入左耳，R*H60R輸入右耳，便能感覺到聲音是從該點發(fā)出。接著，利用已測得1. 4m處傳輸函數(shù)HRTF的數(shù)據(jù)虛擬距離人腦中心的水平距離為 f、與人腦的雙耳垂線呈角度方向仍為60度角的第二位置，即待知虛擬聲源點M。本實施方 式中，f取0. 3m。具體做法如下所述如圖3所示，通過雙耳和所述待知虛擬聲源點M作兩條直線與以人腦中心為圓點、 1. 4m為半徑的圓相交至L點和P點，得到虛線0L和虛線0P，所述虛線0L與y軸所成角設(shè) 為a，所述虛線0P與y軸所成角設(shè)為b。由于HRTF函數(shù)的最初一些采樣點近似為零，對應(yīng) 的是聲源到雙耳的傳輸延時，即聲音從聲源處傳輸?shù)诫p耳所用時間里的采樣值為零。圖3 中，L點到右耳與M點到右耳的傳輸函數(shù)在最初的若干零值采樣點不同，同理，P點到左耳與 M點到左耳的傳輸函數(shù)在最初的若干零值采樣點不同。而L點到M點與P點到M點的采樣 點最多只相差幾個點，可以近似為相等。所以，可以用角度a與b的傳輸函數(shù)HRTF代替60 度的傳輸函數(shù)HRTF。即是說，只要知道1. 4m處，角度a和角度b的傳輸函數(shù)HRTF、HaR、HaL、HbR與HbL， 即可虛擬出所述待知虛擬聲源點M 將R*HaR輸入至右耳，將R*HbL輸入至左耳，即能感覺 到聲音是從所述待知虛擬聲源點M發(fā)出。根據(jù)軸對稱原理，也可虛擬出所述待知虛擬聲源點M關(guān)于y軸對稱在以0. 3m為半 徑的圓上的另一點的虛擬聲源將L*HbL輸入至右耳，將L*HaR輸入至左耳即可。本發(fā)明所述虛擬環(huán)繞聲處理方法，通過已測得1. 4m處的傳輸函數(shù)HRTF數(shù)據(jù)，利用 幾何作圖方法，得出角度a和角度b后，再依據(jù)已測得的傳輸函數(shù)HRTF (60,0)值，即可推導(dǎo) 出0. 3m處的傳輸函數(shù)HRTF值，無需再次測量0. 3m處的傳輸函數(shù)HRTF值，減少測量傳輸函 數(shù)HRTF的次數(shù)而得到想要的所述待知虛擬聲源點M。
故，本發(fā)明所述虛擬環(huán)繞聲處理方法，只需測量某一虛擬聲源點的傳輸函數(shù)HRTF， 就可在已測得傳輸函數(shù)HRTF值的基礎(chǔ)上通過幾何作圖的方法推導(dǎo)出同一方位、不同水平 方向的另一虛擬聲源點，減少測量傳輸HRTF的次數(shù)。而HRTF函數(shù)的計算，可以借助內(nèi)置在耳機中的處理芯片處理，該處理芯片中預(yù)存 HRTF函數(shù)。綜上所述，所述虛擬環(huán)繞聲處理方法具有減少測量傳輸HRTF函數(shù)次數(shù)而得到虛 擬聲源點的特點。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施案例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于耳機音響系統(tǒng)的虛擬環(huán)繞聲處理方法，包括以下步驟提供一耳機，耳機內(nèi)置一處理芯片，該處理芯片中預(yù)存頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF，測得虛擬聲源點N的傳輸函數(shù)HRTF(c，0)，設(shè)虛擬聲源點N的方位角為c；確定待知虛擬聲源點M距離人腦中心處的水平距離設(shè)為f；經(jīng)過人腦雙耳和所述待知虛擬聲源點M點分別作兩條直線與所述虛擬聲源點N所在的圓相交至L點和P點，所述L點和P點分別與y軸所成的角為a、b，設(shè)所述角度a和角度b的傳輸函數(shù)HRTF分別為HaR，HaL，HbR，HbL；處理芯片依據(jù)已測得所述虛擬聲源點N的傳輸函數(shù)HRTF，推導(dǎo)出HaR，HaL，HbR，HbL；耳機將R*HaR輸入至右耳，將R*HbL輸入至左耳，即得到所述待知虛擬聲源點M。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬環(huán)繞聲處理方法，其特征在于當輸入耳機音響系統(tǒng)的 音樂信號分為L信號和R信號時，通過虛擬環(huán)繞處理之后的音樂信號應(yīng)該為Lout = mxL+L*H60R+R*H60L ；Rout = mxR+R*H60R+L*H60L，其中*代表卷積，m是系數(shù)，指調(diào)節(jié)原始信號在處理后信 號中的比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬環(huán)繞聲處理方法，其特征在于所述虛擬聲源點N是將 R*HcL輸入左耳，將R*HeR輸入右耳獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的虛擬環(huán)繞聲處理方法，其特征在于所述虛擬聲源點N的方 位角c是60度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的虛擬環(huán)繞聲處理方法，其特征在于所述待知虛擬聲源點M 與所述虛擬聲源點N處于方位角相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的虛擬環(huán)繞聲處理方法，其特征在于所述虛擬聲源點N距離 人腦中心處的距離為1.4m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的虛擬環(huán)繞聲處理方法，其特征在于所述待知虛擬聲源點M 距離人腦中心處的水平距離f為0. 3m。
全文摘要
本發(fā)明虛擬環(huán)繞聲處理方法，其包括以下步驟測得虛擬聲源點N處傳輸函數(shù)HRTF(c，0)；確定待知虛擬聲源點M距離人腦中心處的水平距離設(shè)為f；經(jīng)過人腦雙耳和所述待知虛擬聲源點M點分別作兩條直線與所述虛擬聲源點N所在的圓相交至L點和P點，所述L點和P點分別與y軸所成的角為a、b，設(shè)所述角度a和角度b的傳輸函數(shù)HRTF分別為HaR，HaL，HbR，HbL；依據(jù)已測得所述虛擬聲源點N的傳輸函數(shù)HRTF，推導(dǎo)出HaR，HaL，HbR，HbL；將R*HaR輸入至右耳，將R*HbL輸入至左耳，即得到所述待知虛擬聲源點M。本發(fā)明所述虛擬環(huán)繞聲處理方法具有減少測量傳輸函數(shù)HRTF次數(shù)而得到待知虛擬聲源點的特點。
文檔編號H04R5/033GK101835072SQ20101014487
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者周榮冠, 王小軍 申請人:瑞聲聲學科技(深圳)有限公司;瑞聲光電科技(常州)有限公司