專利名稱：?jiǎn)温暤溃Ⅲw聲轉(zhuǎn)換設(shè)備、利用該設(shè)備的還音系統(tǒng)以及單聲道－立體聲轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，該設(shè)備包括接收輸入信號(hào)的輸入端，提供左聲道輸出信號(hào)的第一輸出端和提供右聲道輸出信號(hào)的第二輸出端。
本發(fā)明還涉及還音系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一音頻信號(hào)處理電路，該電路有著左聲道輸入端、右聲道輸入端、環(huán)繞聲道輸入端、左聲道輸出端和右聲道輸出端，左聲道和右聲道揚(yáng)聲器分別與左聲道和右聲道輸出端相連；所述電路包括上文提及的設(shè)備，其所述輸入端與環(huán)繞聲道輸入端相連，所述電路還包括定位裝置，其第一和第二輸入端分別與所述設(shè)備的第一和第二輸出端相連，用于將所述設(shè)備的輸出信號(hào)定位于其位置不同于左聲道和右聲道揚(yáng)聲器的虛擬聲源處。
本發(fā)明還涉及音頻/視覺還原系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括這樣的還原系統(tǒng)，一個(gè)殼體，其中安裝了一個(gè)圖形顯示屏和所述左聲道和右聲道揚(yáng)聲器。
本發(fā)明也涉及將輸入信號(hào)處理成左聲道和右聲道輸出信號(hào)的處理方法。
當(dāng)今的音頻設(shè)備用于還原立體聲信號(hào)。但是，并非所有的信號(hào)源都能夠給出立體聲信號(hào)。例如，一些電視臺(tái)或廣播電臺(tái)不能播送立體聲音頻信號(hào)。這使得單聲道信號(hào)與立體聲信號(hào)的再現(xiàn)效果有著明顯的聽覺差別。在公知領(lǐng)域，為了使聽者有立體聲感覺，出現(xiàn)了一些單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換辦法。但是，這些設(shè)備所產(chǎn)生的立體聲假象通常很有限，或者由于采用了相移和/或延遲而使聲音有色化。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)設(shè)備，該設(shè)備將單聲道信號(hào)還原為立體聲感得到改進(jìn)的立體聲信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括裝置，用于將第一信號(hào)的預(yù)定頻段分割為多個(gè)相鄰頻帶，將第一選定頻帶送往第一輸出端并且將第二選定頻帶送往第二輸出端，所述第一和第二選定頻帶基本上分離，第一和第二選定頻帶加在一起覆蓋了所述預(yù)定頻段。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即樂器的頻譜主要存在于某一有限的頻帶內(nèi)。故此不同樂器的音頻信號(hào)的頻譜有所不同。通過將音頻信號(hào)的頻譜分割為多個(gè)相鄰頻帶并且將不相同的或基本分離的選定頻帶送往相應(yīng)的左和右輸出端，音頻信號(hào)中的各種樂器即被定位于左或右輸出信號(hào)中。這樣，立體聲感覺得到了改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其特征在于采用了裝置將連續(xù)頻帶分別交替地送往第一和第二輸出端。這樣，實(shí)現(xiàn)了頻帶的或多或少的平衡分布，所得到的也是令人滿意的準(zhǔn)立體聲聲像。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其特征在于一頻帶的中心頻率基本上是序號(hào)較低的相鄰頻帶的中心頻率的兩倍。通過選擇相鄰頻帶的中心頻率，使之相差2倍，可以將各樂器加以恰當(dāng)?shù)胤蛛x。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其特征在于所述裝置用于向第一和第二輸出端提供頻率比預(yù)定頻段的下限值低的頻帶信號(hào)。由于低頻在聲場(chǎng)中不易定位，故此不必將這些低頻分割成單獨(dú)的頻帶。在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述下限值約為400Hz。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其特征在于所述裝置用于向第一和第二輸出端提供頻率比預(yù)定頻段的上限值高的信號(hào)。由于與低頻信號(hào)相似的原因，無須對(duì)這些高頻濾波，因?yàn)楦哳l信號(hào)的波長(zhǎng)短，如果頭作小幅度的運(yùn)動(dòng)就會(huì)使聽者的左右耳所感知聲音產(chǎn)生差別，所以將這些頻率分別置于左或右聲道輸出信號(hào)中不會(huì)提供有益的定位線索。
利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備特別有助于環(huán)繞聲的還原。環(huán)繞聲通常包括前左聲道，前右聲道以及后環(huán)繞聲道。通過在還音系統(tǒng)中采用適于環(huán)繞聲還原的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，將單獨(dú)的后環(huán)繞聲道轉(zhuǎn)換為兩個(gè)類似立體聲的后環(huán)繞聲道，使環(huán)繞聲感得到較大的增強(qiáng)。
本發(fā)明的上述目的和特征在參考附圖閱讀了優(yōu)選實(shí)施例的下列說明之后將更為一目了然，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換設(shè)備，圖2是根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備中所采用的帶通濾波器的幅度-頻率轉(zhuǎn)移曲線圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備從輸入端到輸出端的另一幅度-頻率轉(zhuǎn)移曲線圖，圖4是包括根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的還音系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，
圖5是還音系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖，圖6是音頻-視覺還原系統(tǒng)的實(shí)施例，其形式比如是電視機(jī)。
在這些附圖中，相同的部件用相同的參考標(biāo)號(hào)表示。
許多國家播放的立體聲信號(hào)包括左聲道和右聲道信號(hào)。當(dāng)今的接收機(jī)，無論是無線電用還是電視接收機(jī)用，都是對(duì)立體聲信號(hào)還音。但是，并非所有的廣播都是立體聲節(jié)目。在這些情況下，期望從這些單聲道廣播中以某種方式提取立體聲音頻信號(hào)。通常采用的設(shè)備中包含了延遲或相移器，以獲得立體聲感。其缺點(diǎn)是這些設(shè)備常常使音頻信號(hào)有色化，即一些頻率比另一些頻率衰減得多。
本發(fā)明提供一設(shè)備，用于將單聲道信號(hào)轉(zhuǎn)換為左聲道和右聲道立體聲，它為了產(chǎn)生立體聲感從不同的角度著手。通過將單聲道信號(hào)頻譜分離為相鄰頻帶并且根據(jù)從這些頻帶中選出的兩套分離選定頻帶產(chǎn)生兩個(gè)新的信號(hào)，獲得準(zhǔn)立體聲聲音。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換裝置。所述裝置包括多個(gè)帶通濾波器110-160，其輸入端與輸入端10相連，以便接收輸入信號(hào)。帶通濾波器110、130和150的輸出端連接至第一加法器170，第一加法器170將帶通濾波器110、130和150的相加后的輸出信號(hào)送往第一輸出端12，以便提供左聲道輸出信號(hào)。帶通濾波器120、140和160的輸出端連接至第二加法器180，第二加法器180將帶通濾波器120、140和160的相加后的輸出信號(hào)送往第二輸出端14，以便提供右聲道輸出信號(hào)。帶通濾波器110-160的轉(zhuǎn)移特性優(yōu)選作如此選擇，當(dāng)所有帶通濾波器110-160的輸出信號(hào)相加時(shí)，所得到的轉(zhuǎn)移函數(shù)將在音頻頻段的大部分范圍上呈現(xiàn)基本上平坦的曲線。
圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備所采用的帶通濾波器的幅度-頻率轉(zhuǎn)移曲線的示意圖。H110、H120、H130、H140、H150和H160分別是帶通濾波器110、120、130、140、150和160的幅度-頻率轉(zhuǎn)移曲線。相鄰濾波器的中心頻率優(yōu)選相差2倍。這意味著帶通濾波器140的中心頻率是帶通濾波器130的中心頻率的兩倍，而帶通濾波器130的中心頻率又是帶通濾波器120的中心頻率的兩倍。例如，帶通濾波器110的中心頻率約為150Hz，帶通濾波器120的中心頻率是300Hz，如此等等。每個(gè)帶通濾波器的帶寬約為1倍頻程寬。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，大多數(shù)儀器的譜成分主要在有限的頻段內(nèi)。這意味著通過將輸入信號(hào)頻譜的第一部分送往左輸出端12，頻譜的第二部分送往右輸出端14，其中所述第一部分可以包含吉它聲而所述第二部分可以包含低音吉它聲或其它低頻樂器聲，可以獲得準(zhǔn)立體聲聲像。通過將輸入信號(hào)的頻譜分割為相鄰頻帶并將這些頻帶信號(hào)分配到左和右輸出端，就在左和右輸出端12和14實(shí)現(xiàn)了立體聲聲像。在左或第一輸出端有第一選定頻帶信號(hào)，而在右或第二輸出端有第二選定頻帶。這些第一和第二選定頻帶不應(yīng)相同，但是某些頻帶可以在兩個(gè)輸出端處都出現(xiàn)。事實(shí)上，第一和第二選定頻帶可以是分離的。但是，第一和第二選定頻帶應(yīng)當(dāng)覆蓋輸入信號(hào)的所述頻段，至少是其預(yù)定部分。由于在進(jìn)行單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換的過程中未使用額外的相移或延遲，因此不會(huì)由于這一單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換而給聲場(chǎng)帶來任何有色化。這是有利的特征。
圖3是從根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的輸入端到輸出端的另一幅度-頻率轉(zhuǎn)移曲線的示意圖。例如實(shí)線表示從輸入端10至第一輸出端12的轉(zhuǎn)移曲線，而虛線表示從輸入端10至第二輸出端14的轉(zhuǎn)移曲線。在從約400Hz至約10kHz的預(yù)定頻段內(nèi)，可以清楚地看到某些頻帶僅被送往第一輸出端12，而另一些頻帶則僅被送往第二輸出端14。一條曲線的峰與另一曲線的谷重合。頻帶到第一或第二輸出端的分配可以交替地進(jìn)行第一頻帶送往第一輸出端，第二頻帶到第二輸出端，第三頻帶到第一輸出端，等等。這樣該結(jié)構(gòu)類似于梳狀濾波器結(jié)構(gòu)。
對(duì)于低于所述預(yù)定頻段的400Hz下限的頻率，由于聽者要將這些低頻信號(hào)分量定向是非常困難的，故此無須作這樣的選擇。因此這些低頻分量可能同時(shí)出現(xiàn)在第一和第二輸出端12和14，但是它們對(duì)立體聲聲像沒有貢獻(xiàn)。對(duì)于高于預(yù)定頻段的10kHz上限的頻率，頭部的微小運(yùn)動(dòng)可能已經(jīng)導(dǎo)致對(duì)信號(hào)方向的不同感知。對(duì)于杜比環(huán)繞信號(hào)，所述上限甚至可以是5-7kHz，因?yàn)榄h(huán)繞信號(hào)的頻率范圍已被限制為這一上限。這意味著這些高頻分量也不必作為選擇的一部分，并且，如果需要，它們可以都出現(xiàn)在二個(gè)輸出上，它們亦對(duì)立體聲聲像沒有明顯的貢獻(xiàn)。這事實(shí)上意味著，例如，濾波器110可以實(shí)現(xiàn)為低通濾波器，濾波器160可以按高通濾波器設(shè)計(jì)。圖3的曲線是利用6個(gè)二階數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)的。
圖4是包含根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的還音系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖。該還音系統(tǒng)適于作多聲道音頻信號(hào)還原，為此它包括三個(gè)輸入端，第一輸入端22用于接收左聲道輸入信號(hào)L，第二輸入端24用于接收右聲道輸入信號(hào)R，第三輸入端26用于接收第三輸入信號(hào)，比如環(huán)繞輸入信號(hào)S。這三個(gè)輸入信號(hào)可以由例如杜比ProLogic譯碼器或其它環(huán)繞聲譯碼器提供。第一輸入端22與前置左聲道揚(yáng)聲器240相連。第二輸入端24與前置右聲道揚(yáng)聲器250相連。第三輸入端26與轉(zhuǎn)換設(shè)備200的輸入端10相連，轉(zhuǎn)換設(shè)備200即為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，例如如圖1所示。所述設(shè)備的第一輸出端12與后置左聲道揚(yáng)聲器260相連。第二輸出端14與后置右聲道揚(yáng)聲器270相連。單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換設(shè)備200將單聲道環(huán)繞輸入信號(hào)S轉(zhuǎn)換為左聲道環(huán)繞信號(hào)Sl和右聲道環(huán)繞信號(hào)Sr。然后這些左和右聲道環(huán)繞信號(hào)由置于試聽位置LP之后或者其附近的揚(yáng)聲器260和270還原。通過將單聲道環(huán)繞信號(hào)S轉(zhuǎn)換為立體聲環(huán)繞信號(hào)Sl和Sr，環(huán)繞聲像得到了增強(qiáng)。在該實(shí)施例中，采用了定位裝置，使信號(hào)Sl和Sr偏離揚(yáng)聲器240和250定位。這些定位裝置由試聽位置之后的額外揚(yáng)聲器260和270實(shí)現(xiàn)。
圖5是還音系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖。圖5區(qū)別于圖4之處在于-取消后置揚(yáng)聲器260和270，-提供定位化裝置210用于使左和右環(huán)繞信號(hào)Sl和Sr在經(jīng)前置揚(yáng)聲器240和250還原時(shí)以預(yù)定揚(yáng)聲器角度定位，-提供第一加法裝置220用于將左聲道信號(hào)L和定位的左聲道環(huán)繞信號(hào)Sl相加并且將所得和值送往左聲道揚(yáng)聲器240，-提供第二加法裝置230用于將右聲道信號(hào)R和定位的右聲道環(huán)繞信號(hào)Sr相加并且將所得和值送往左聲道揚(yáng)聲器240。
現(xiàn)在所述定位裝置包括第一和第二加法裝置220和230、定位化裝置210，事實(shí)上還包括前置揚(yáng)聲器240和250。定位化裝置210用于將環(huán)繞信號(hào)Sl和Sr定位于虛擬揚(yáng)聲器位置260和270處，如圖5所示。這是提供利用與頭部有關(guān)的轉(zhuǎn)移函數(shù)完成的，該轉(zhuǎn)移函數(shù)是一種公知的定位信號(hào)使虛擬聲源偏離實(shí)際揚(yáng)聲器的技術(shù)，下文不再予以詳細(xì)討論。還可以使用其它的定位化裝置，比如EP-A664661所公開的立體聲增強(qiáng)電路?？偟膩碚f，通過如此使用定位化裝置210，可以僅利用前置揚(yáng)聲器而仍然獲得環(huán)繞聲場(chǎng)。這對(duì)于實(shí)際4聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)仍然成立，在這樣的系統(tǒng)中，環(huán)繞聲由前左聲道、前右聲道、后左環(huán)繞聲道以及后右環(huán)繞聲道構(gòu)成。對(duì)于3聲道環(huán)繞系統(tǒng)，單聲道-立體聲轉(zhuǎn)換所帶來的環(huán)繞效果更具空間感或更為明顯。采用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備200的優(yōu)點(diǎn)之一是它不會(huì)使聲音有色化。這一點(diǎn)使得它特別適于與定位化裝置210組合使用。在這些實(shí)施例中，并沒有考慮環(huán)繞聲系統(tǒng)中存在前中間聲道的可能情況，因?yàn)檫@不是本發(fā)明的必要組成部分。
圖6是音頻-視覺還原系統(tǒng)的實(shí)施例，其形式比如是電視機(jī)。音頻-視覺還原系統(tǒng)包括殼體30，該殼體中容納了一個(gè)顯示視覺圖象的圖象顯示屏40。圖象顯示屏40的左側(cè)設(shè)置了左揚(yáng)聲器240。右聲道揚(yáng)聲器250設(shè)置于圖象顯示屏的右側(cè)。揚(yáng)聲器240和250由圖5的音頻信號(hào)還原裝置控制。如此便實(shí)現(xiàn)了音頻-視覺還原系統(tǒng)的一個(gè)緊湊組合，通過它仍然能獲得改進(jìn)的環(huán)繞聲場(chǎng)。
顯然，圖1的設(shè)備也可以用于常規(guī)的立體聲電視機(jī)或音頻裝置，以便將單聲道音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為立體聲音頻信號(hào)。此外，可以將該設(shè)備結(jié)合比如EP-A664661所披露的立體聲增強(qiáng)電路使用。
很顯然，所述濾波器還可以模擬或數(shù)字實(shí)現(xiàn)。濾波器的階數(shù)可以隨意選擇，但是據(jù)證實(shí)二階濾波器的效果即已令人滿意。采用的濾波器數(shù)可以自由確定，而不限于圖1所示的六個(gè)濾波器。
本發(fā)明不僅可以用于電視機(jī)中，還可以用于多媒體組合、計(jì)算機(jī)聲卡、便攜音頻設(shè)備等等。
權(quán)利要求
1．一種設(shè)備，包括一個(gè)接收輸入信號(hào)的輸入端、用于提供左聲道輸出信號(hào)的第一輸出端和用于提供右聲道輸出信號(hào)的第二輸出端，其特征在于所述設(shè)備包括將第一信號(hào)的預(yù)定頻段劃分為多個(gè)相鄰頻帶，將第一選定頻帶送往第一輸出端并且將第二選定頻帶送往第二輸出端，第一和第二選定頻帶基本上是分離的，第一和第二選定頻帶的和覆蓋所述預(yù)定頻段。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于采用了所述裝置，用于將連續(xù)的頻帶分別交替地送往第一和第二輸出端。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于頻帶的中心頻率基本上是序號(hào)較低的相鄰頻帶的中心頻率的兩倍。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)備，其特征在于采用了所述裝置，用于將比預(yù)定頻段的下限低的頻率信號(hào)同時(shí)提供給第一和第二輸出端。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于所述下限約為400Hz。
6．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的設(shè)備，其特征在于采用了所述裝置，用于將比預(yù)定頻段的上限高的頻率信號(hào)同時(shí)提供給第一和第二輸出端。
7．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于所述上限約為10kHz。
8．還音系統(tǒng)，包括音頻信號(hào)處理電路，所述音頻信號(hào)處理電路包括左聲道輸入端、右聲道輸入端、環(huán)繞聲道輸入端、左聲道輸出端和右聲道輸出端，左聲道和右聲道揚(yáng)聲器分別與左聲道和右聲道輸出端相連，所述電路包括根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的設(shè)備，其所述輸入端與所述環(huán)繞聲道輸入端相連，所述電路還包括定位裝置，所述定位裝置的第一和第二輸入端分別與所述設(shè)備的第一和第二輸出端相連，用于將所述設(shè)備的輸出信號(hào)定位于偏離左聲道和右聲道揚(yáng)聲器的虛擬聲源處。
9．音頻/視覺還原系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的還音系統(tǒng)，以及將圖象顯示屏和左聲道和右聲道揚(yáng)聲器安裝于其內(nèi)的殼體。
10．將輸入信號(hào)處理為左聲道和右聲道輸出信號(hào)的方法，其特征在于所述方法包括下列步驟-將所述輸入信號(hào)的預(yù)定頻段劃分為多個(gè)相鄰頻帶，-提供第一選定頻帶，以形成左聲道輸出信號(hào)，-提供第二選定頻帶，以形成右聲道輸出信號(hào)，所述第一和第二選定頻帶基本上是分離的，第一和第二選定頻帶覆蓋了所述預(yù)定頻段。
全文摘要
本發(fā)明提供通過選擇性將輸入信號(hào)(10)的頻帶(110—160)分配給左(12)和右(14)輸出端從而將單聲道信號(hào)轉(zhuǎn)換為立體聲信號(hào)的設(shè)備。本發(fā)明還提供還音系統(tǒng),該還音系統(tǒng)包括音頻信號(hào)處理電路,該電路包括所述設(shè)備,還提供包括所述還音系統(tǒng)的音頻/視覺還音系統(tǒng)。最后本發(fā)明提供一種處理方法,通過將輸入信號(hào)的預(yù)定頻段劃分為多個(gè)相鄰頻帶(110—160),提供第一選定頻帶(110、130、150)以形成左聲道輸出信號(hào)、第二選定頻帶(120、140、160)以形成右聲道輸出,其方式為所述第一和第二選定頻帶基本上是分離的并且第一(170)和第二(180)選定頻帶之和覆蓋了所述預(yù)定頻段,從而將輸入信號(hào)(10)處理為左聲道(12)和右聲道(14)輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H04S5/00GK1208541SQ97191707
公開日1999年2月17日 申請(qǐng)日期1997年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月15日
發(fā)明者R·M·阿茨, R·T·J·圖仁德克爾斯 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司