專利名稱：音頻信號處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有多個定向信道的諸如所謂“環(huán)繞系統(tǒng)”的音頻系統(tǒng)中的音頻信號處理，尤其涉及這樣一種音頻信號處理，該音頻信號處理可以使多向信道系統(tǒng)適用于具有比定向信道的數(shù)目更少或者更多的揚聲器位置的音頻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國專利US5809153和US5870484是關(guān)于環(huán)繞音頻系統(tǒng)的背景技術(shù)。本發(fā)明的一個重要目的是提供一種用于在多信道音頻系統(tǒng)中處理定向信道的改良的音頻信號處理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，一個音頻系統(tǒng)有帶有振幅的一個第一音頻信號和一個第二音頻信號。處理音頻信號的方法包括將第一音頻信號分成一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；通過一個第一縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第一信號部分，其中第一縮放因子是與第二音頻信號的振幅成比例的；并用一個第二縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第二信號部分。
對于本發(fā)明的另一方面，一個音頻系統(tǒng)有一個第一音頻信號、一個第二音頻信號和一個定向揚聲器單元。用于處理音頻信號的方法包括直接對第一音頻信號進行電聲轉(zhuǎn)換生成一個第一信號輻射圖；直接對第二音頻信號進行電聲轉(zhuǎn)換生成一個第二信號輻射圖，其中第一信號輻射圖和第二信號輻射圖是作為選擇的，用戶可以選擇相似的或者不同的。
本發(fā)明的另一個方面，一個音頻系統(tǒng)有一個第一音頻信號，一個第二音頻信號，和一個第三音頻信號，第三音頻信號被完全限定在這樣一個頻率范圍其下限頻率的相應(yīng)的波長大約等于一個人的頭部尺寸。這個音頻系統(tǒng)進一步包括一個定向揚聲器單元，和一個截然不同于定向揚聲器單元的揚聲器單元。處理音頻信號的方法包括通過定向揚聲器單元把第一音頻信號直接電聲轉(zhuǎn)換，生成一個第一輻射圖；通過定向揚聲器單元把第二音頻信號直接電聲轉(zhuǎn)換，生成一個第二輻射圖；通過不同揚聲器單元把第三音頻信號直接電聲轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的另一個方面，音頻系統(tǒng)包括很多定向信道。相應(yīng)于多個信道的每一個的音頻信號處理方法包括把一個第一音頻信號分為一個第一音頻信號的第一頻譜帶信號和一個第一音頻信號的第二頻譜帶信號；用一個第一縮放因子對第一音頻信號的第一頻譜帶信號進行縮放以生成一個第一音頻信號的第一頻譜帶第一部分信號；用一個第二縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放以生成一個第一音頻信號的第一頻譜帶第二部分信號；將一個第二音頻信號分解為一個第二音頻信號第一頻譜帶信號和一個第二音頻信號第二頻譜帶信號；用一個第三縮放因子對第二音頻信號第一頻譜帶信號進行縮放以生成一個第二音頻信號第一頻譜帶第一部分信號；用一個第四縮放因子對第二音頻信號第一頻譜帶信號進行縮放以生成一個第二音頻信號第一頻譜帶第二部分信號。
本發(fā)明的另一個方面，一種處理音頻信號的方法，包括用一個與人腦的頻率響應(yīng)和時延相似的第一濾波器對信號進行濾波來生成一個進行過濾波的信號。該方法還進一步包括用一個第二濾波器對已經(jīng)濾波的音頻信號進行濾波，所述的第二濾波器的頻率響應(yīng)和時延效果在聲音的波長上是與人腦的頻率和時延是相倒置的。
本發(fā)明的另一個方面，音頻系統(tǒng)包括很多個定向信道，一個第一音頻信號和一個第二音頻信號，第一和第二音頻信號表示在正常傾聽位置的聽眾的相同側(cè)的相鄰的定向信道。處理音頻信號的方法包括將第一音頻信號分解為一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；用一個第一時間變化的計算縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放，以生成一個第一信號部分；用一個第二時間變化的計算縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放，以生成一個第二信號部分。
在本發(fā)明的另一個方面，音頻系統(tǒng)有一個音頻信號，一個第一電聲轉(zhuǎn)換器，被設(shè)計和構(gòu)造為在一個有較低的下限頻率的頻率范圍內(nèi)對聲波進行轉(zhuǎn)換，一個第二電聲轉(zhuǎn)換器，被設(shè)計和構(gòu)造為用于在一個下限頻率比第一轉(zhuǎn)換器的下限頻率低的頻率范圍內(nèi)對聲波進行轉(zhuǎn)換。音頻信號的處理方法，包括將音頻信號分解為一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；用一個第一縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放，以生成一個第一部分信號；用一個第二縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放，以生成一個第二部分信號；將第一部分信號傳送給第一電聲轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換；將第二部分信號傳送給第二電聲轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。
通過下面的參照附圖更為詳細的描述，我們會得知更多的其他特征，目的和有益效果。


圖1a-1c是本發(fā)明的用戶的揚聲器單元的配置圖。
圖2a是本發(fā)明音頻信號處理系統(tǒng)的方框圖。
圖2b和圖2c是用于生成與本發(fā)明一致的定向信道的音頻信號處理系統(tǒng)的方框圖。
圖3a-3d是圖2的音頻信號處理系統(tǒng)中的用戶的交替定向處理器的方框圖。
圖4是圖3a-3c中的定向處理器的一些部件的方框圖。
圖5是一個在對發(fā)明的說明有用的一個揚聲器的配置圖。
圖6是一個本發(fā)明的另一方面的用戶的揚聲器單元的配置。
圖7與本發(fā)明的另一個方面相應(yīng)的音頻信號處理系統(tǒng)的方框圖。
圖8是圖7中的音頻信號處理系統(tǒng)中的用戶的定向處理器的方框圖。
圖9是圖7的音頻信號處理系統(tǒng)中的用戶的預(yù)備定向處理器的方框圖。
圖10a-10c是描述本發(fā)明的另一個特征音頻系統(tǒng)的一些部件的頂部視圖。
圖11是一個圖3a-3d中的一些用于生成與本發(fā)明相一致的定向信道的部件的方框圖。
具體實施例方式
參考附圖尤其是圖1a-1c，表示了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)繞音頻揚聲器單元的三種配置的總體視圖。在圖1a中，每一個都包括了兩個全部范圍的(將在下面對圖2a-2c的描述中進行詳細說明)聲音驅(qū)動器的兩個定向天線陣被安放在聽眾14的前面。第一個天線陣10包括可以放在聽眾的左邊的聲音驅(qū)動器11和12和一個第二天線陣15包括可以放在聽眾的右邊的聲音驅(qū)動器16和17。此外，一個第一限制范圍(在下面對圖2a-2c的描述中進行詳細說明)的聲音驅(qū)動器22被放置在聽眾的后面，在聽眾的左邊，一個第二限制范圍的聲音驅(qū)動器24被放置在聽眾的后面，在聽眾的右邊。在圖1c中，每一個都包括了兩個全部范圍的聲音驅(qū)動器的兩個定向天線陣被安放在聽眾14的前面。第一個天線陣10包括可以放在聽眾的左邊的聲音驅(qū)動器11和12和一個第二天線陣15包括可以放在聽眾的右邊的聲音驅(qū)動器16和17。此外，一個第一全部范圍的聲音驅(qū)動器28被放置在聽眾的后面，在聽眾的左邊，一個第二限制范圍的聲音驅(qū)動器30被放置在聽眾的后面，在聽眾的右邊。其他的環(huán)繞聲揚聲器系統(tǒng)可能在另外的地點有揚聲器單元，例如在聽眾的正前方。環(huán)繞生系統(tǒng)可以以一種聽眾能感知聲音源的方式在一個相對于聽眾沒有揚聲器單元的方向(例如方向x)廣播聲波。環(huán)繞生系統(tǒng)還可以以嘗試用一種聽眾能感知聲音源在相對于觀察者移動(例如方向Y-Y’)的方式廣播聲波。
參考圖2a，畫出了為圖1a-1c中的揚聲器單元提供音頻信號的音頻信號處理系統(tǒng)框圖。一個音頻信號源32與一個解碼器34連接，該解碼器把音頻信號從音頻信號源解碼到多個信道中一個低頻效果(LFE)信道，一個低音信道，許多定向信道，包括一個左環(huán)繞(LS)信道，一個左(L)信道，一個左中央(LC)信道，一個右中央(RC)信道，一個右(R)信道，和一個右環(huán)繞(RS)信道。其他的解碼系統(tǒng)可能輸出一系列不同的信道。在一些系統(tǒng)中，低音信道不獨立地從定向信道中分離出去，而是與定向信道保持聯(lián)合在一起。在另外地系統(tǒng)中，可能有一個單獨中央(C)信道，代替RC和LC信道，或者可能有一個單獨環(huán)繞信道。根據(jù)本發(fā)明的音頻系統(tǒng)可能通過要么改變信號處理以適應(yīng)信道，要么解碼定向信道來產(chǎn)生額外的定向信道來使用任何定向信道的復(fù)合體。圖2b示出了把單個C信道解碼成RC信道和LC信道的一種方法。C信道被分離為一個LC信道和一個RC信道，并且LC和RC信道通過一個縮放因子進行縮放，例如0.707。類似的，圖2c示出了一個把單個S信道解碼為一個RS信道和一個LS信道的方法。S信道被分離為一個LS信道和一個RS信道，并且LS和RS信道通過一個縮放因子進行縮放，例如0.707。如果音頻輸入信號沒有環(huán)繞信道，有幾種已知的方法把現(xiàn)存的信道合成為環(huán)繞信道，或者系統(tǒng)在沒有環(huán)繞聲的情況下進行操作。
一些環(huán)繞聲系統(tǒng)有獨立的低頻單元用于廣播低頻頻譜成分和用于廣播頻率高于低頻單元所廣播的頻譜成分的“衛(wèi)星”揚聲器單元。低頻單元有很多叫法，包括“低音用揚聲器”“低音箱”等等。
在既有LFE信道和一個低音信道的環(huán)繞聲系統(tǒng)，可以通過低頻單元進行組合和廣播LFE和低音信道，例如圖2a所示。在沒有聯(lián)合低音信道的環(huán)繞聲系統(tǒng)，每一個定向信道(包括每一個定向信道的低音部分)可以通過獨立的定向揚聲器單元進行廣播，僅僅LFE被通過低頻單元廣播。其他的環(huán)繞聲系統(tǒng)也可以包括不止一個低頻單元，其中一個用于廣播低音頻率，另一個用于廣播LFE信道。這里所用的“全部范圍”是指頻率高于被低頻單元所廣播的聲音頻譜成分。如果一個音頻系統(tǒng)沒有低頻單元，“全部范圍”是指全部的聽得到的頻率的頻譜。這里所用的“定向信道”是一個包含將被轉(zhuǎn)換為看起來從一個特定的方向傳來的聲波的音頻信號的音頻信道。LFE信道和包含從兩個或者多個定向信道合成的低音信號的信道是不與定向信道一樣的用于上面所說的目的的。
定向信道，LS，L，LC，RC，R和RS由定向處理器36進行處理來產(chǎn)生輸出音頻信號，該信號在用于音頻系統(tǒng)的聲音驅(qū)動器的輸出信號線38a-38f處進行輸出。由定向處理器36輸出的信號和信號線40中的低頻單元信號可以進一步由系統(tǒng)均衡(EQ)和動態(tài)范圍控制電路42進行處理。(所示的系統(tǒng)EQ和動態(tài)范圍控制電路只是是舉例說明了典型的音頻處理電路的各個部件的放置，但是并沒有實現(xiàn)與本發(fā)明相關(guān)的功能，因此，在后面的圖中沒有示出系統(tǒng)EQ和動態(tài)范圍控制電路42，也沒有對它的功能做進一步的描述，其他的音頻處理元件，例如與本發(fā)明沒有密切關(guān)系的放大器，沒有畫出，也不對其進行描述)。然后，定向信道被傳送到音頻驅(qū)動器用于轉(zhuǎn)換為聲波。標(biāo)號為“左前置(LF)天線陣驅(qū)動器A”的信號線38a直接到天線陣10(圖1a-1c)的音頻驅(qū)動器12；標(biāo)號為“左前置(LF)天線陣驅(qū)動器B”的信號線38b直接到天線陣10(圖1a-1c)的音頻驅(qū)動器11；標(biāo)號為“右前置(RF)天線陣驅(qū)動器A”的信號線38c直接到天線陣15(圖1a-1c)的音頻驅(qū)動器17；標(biāo)號為“右前置(RE)天線陣驅(qū)動器B”的信號線38d直接到天線陣15(圖1a-1c)的音頻驅(qū)動器16。標(biāo)號為“左環(huán)繞(LS)驅(qū)動器”的信號線38e直接到圖1b的音頻驅(qū)動器22或者圖1c的音頻驅(qū)動器28的限制范圍，這些將在下面進行介紹，標(biāo)號為“右環(huán)繞(RS)驅(qū)動器”的信號線38f直接到圖1b的音頻驅(qū)動器24或者圖1c的音頻驅(qū)動器30，這些也將在下面進行介紹。在一些實施例中，LS輸出終端38e或者RS輸出終端38f中的一個或者兩個沒有輸出信號。在另外一些實施例中，LS輸出終端38e或者RS輸出終端38f中的一個或者兩個根本就不存在，這種情況將在下面進行描述。
現(xiàn)在參考圖3a-3d，這里有表示如圖1a-1c所示的環(huán)繞聲擴音器系統(tǒng)中的用戶的音頻定向處理器36的4副方框圖。圖3a-3d表示了用于LC，LS和L信道的定向處理器的部分。在每個實施例中，都有一個用于處理RC，RS，和R信道的映像方法。在圖3a-3d中，相應(yīng)的元件使用相應(yīng)的標(biāo)號，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。
圖3a中示出了在后方?jīng)]有揚聲器的配置中的定向處理器36的邏輯安排。在圖3a中，L信道與顯示模式處理器102和電平檢測器44相連。指定為L的顯示模式處理器102的輸出終端35與加法器47相連。對顯示模式處理器102的操作將在下面對圖11的描述中進行說明。LS信道與電平檢測器44以及分頻器46相連。電平檢測器提供前置/后置的縮放器48，帶有信號電平的前置有關(guān)的傳遞函數(shù)(HRTF)濾波器和后置的HRTF濾波器使對下面要討論的濾波系數(shù)的計算簡便。分頻器46將信號分離為一個包括在門限頻率之下的第一頻譜帶，和一個在門限頻率之上的第二頻譜帶信號。門限頻率的相應(yīng)的波長大約為人腦的尺寸。一個比較簡便的頻率是2KHZ，相應(yīng)的波長大約是6.8英寸。在下文中，頻率在門限頻率之上的環(huán)繞信號的部分稱為“高頻環(huán)繞信號”，頻率在門限頻率之下的環(huán)繞信號部分稱為“低頻環(huán)繞信號”。低頻環(huán)繞信號由信號通路43輸入到加法器54，或者輸入下面將要討論的圖3d中的加法器47。高頻環(huán)繞信號由信號通路45輸入到前置/后置縮放器48，該縮放器以下面要討論的圖4中的方式把高頻環(huán)繞信號分離為一個“前置”部分和一個“后置”部分。高頻環(huán)繞信號的“前置”部分由信號線49傳送給前置相關(guān)的傳遞函數(shù)(HRTF)濾波器50，其中它通過圖4中所要討論的方式進行了改進。改進的前置高頻環(huán)繞信號由延時器52隨意延時5ms，并輸入到加法器54。高頻環(huán)繞信號的“后置”部分由信號線51傳送給后置HRTF濾波器56，其中它通過圖4中所要討論的方式進行了改進。改進后的后置部分由延時器58隨意延時10ms，并在加法器54和前置部分以及低頻環(huán)繞信號進行相加。相加的前置，后置和低頻環(huán)繞部分由前面的揚聲器所放置的補償器60(由對下面圖4和圖5的討論進一步進行解釋)進行改進，并輸入到加法器47中，這樣，在加法器47中，L信道，低頻環(huán)繞聲，和改進后的高頻環(huán)繞聲進行相加。然后加法器47的輸出信號由放大器57代表的左/右平衡控制進行調(diào)節(jié)，然后被相減地輸入通過時延器61到達加法器62和相加地到加法器58。LC信道與顯示模式處理器102相連。輸出終端37，稱為顯示模式處理器102的LC’相加地與加法器62相連，并相減地通過時延器64到加法器58。加法器58的輸出信號傳送給音頻驅(qū)動器11(圖1和圖2中的)。加法器62的輸出信號傳送給音頻驅(qū)動器12(圖1和圖2中的)。時延器61和64使加法器47合成的信號的定向廣播更為容易?？梢韵胂?，用一個因子，例如.631對時延器61和64的輸出進行縮放來提高定向廣播功能。定向廣播中使用的時延器在美國專利US5809153和US5870484中討論過并將在下面進行進一步的討論。
圖3b示出了一個在有一個限定范圍的后置揚聲器的配置中的定向處理器36，也就是，一個設(shè)計為對在門限頻率之上的頻率進行廣播的揚聲器。圖3b中的電路中，沒有畫出圖3a中的加法器54。前置HRTF濾波器和任選的5毫秒時延器通過前置揚聲器放置的補償器60連接到加法器47和后置HRTF濾波器。任選的10毫秒延時器連接到后置揚聲器放置補償器66，補償器依次連接到限定范圍的圖1和2中的音頻驅(qū)動器22。
圖3c示出了有一個全部范圍的后置揚聲器的放置中的定向處理器36，也就是，一個設(shè)計為對在由低頻單元所輻射的頻率之上的所有音頻頻譜進行廣播的揚聲器。圖3c的電路與圖3b中的電路是相似的，但是分頻器46的輸出低頻環(huán)繞信號與后置HRTF濾波器的輸出信號以及任選的10毫秒延時器58在加法器70進行相加，加法器70輸出到全部范圍的音頻驅(qū)動器28。
圖3d示出了一個可以不與后置揚聲器而是與一個限定范圍的后置揚聲器或者一個全部范圍的后置揚聲器一塊使用的定向處理器36。圖3d安排了一個開關(guān)68和一個加法器69，這樣，在開關(guān)68關(guān)的時候，低頻環(huán)繞信號指向加法器70。當(dāng)開關(guān)68開的時候，低頻環(huán)繞信號指向的加法器47用于從前置揚聲器天線陣進行廣播。圖3d進一步包括一個開關(guān)72和一個加法器73，設(shè)計為當(dāng)開關(guān)72開的時候，加法器70的輸出信號直接到后置揚聲器放置補償器66用于從后置揚聲器廣播信號。當(dāng)開關(guān)72在關(guān)的狀態(tài)從加法器70的輸出信號直接到加法器54。當(dāng)開關(guān)72在開的位置68在開的位置，圖3d的電路就成為圖3b中的電路。當(dāng)開關(guān)72在開的位置68在關(guān)的位置，圖3d的電路就成為圖3c中的電路。當(dāng)開關(guān)72在關(guān)的位置68在關(guān)的位置，圖3d的電路(圖3d的實施例中的與加法器54連接的線43上的信號的效果在功能上等于圖3a的實施例中的與加法器54直接相連的線43上的信號)就成為圖3a中的電路。當(dāng)開關(guān)72在關(guān)的位置68在開的位置，圖3d的電路就成為圖3a中的電路，低頻環(huán)繞信號直接與加法器47相連。
在操作中，當(dāng)存在一個后置揚聲器的時候，開關(guān)72設(shè)置為開的位置，當(dāng)沒有后置揚聲器的時候設(shè)置為關(guān)的位置。對于限定范圍的后置揚聲器，開關(guān)68設(shè)置為開的位置，對于全部范圍的后置揚聲器，開關(guān)68設(shè)置為關(guān)的位置。邏輯上，如果開關(guān)72設(shè)置為關(guān)，開關(guān)68的設(shè)置是與其不相關(guān)的。在上面的段落里聲明了如果開關(guān)72是關(guān)的位置，低頻環(huán)繞信號與高頻環(huán)繞信號在前置揚聲器放置補償器之前或者之后根據(jù)開關(guān)68的位置進行相加。然而，如下面在圖4中將要討論的，前置和后置揚聲器放置補償器對低于門限頻率的頻率作用很小，所以低頻環(huán)繞信號與高頻環(huán)繞信號在前置揚聲器放置補償器之前還是之后進行相加是沒什么關(guān)系的。作為選擇的，開關(guān)68和72是可以相連的，這樣如果開關(guān)72在關(guān)的位置，開關(guān)68可以根據(jù)所希望的自動設(shè)置在開或者是關(guān)的位置。
在一個優(yōu)選實施例中，一個定向處理器36由一個數(shù)字信號處理器(DSP)根據(jù)需要用數(shù)?；蛘吣?shù)轉(zhuǎn)換執(zhí)行指令來實現(xiàn)的。在其他的實施例中，定向處理器36可以根據(jù)需要作為一個數(shù)字信號處理器(DSP)，模擬電路元件，模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)合體。
圖4更為詳細地示出了圖3a-3c的一個分頻器46，前置/后置縮放器48，前置HRTF濾波器50和后置HRTF濾波器56。分頻器46是由一個高通濾波器74和一個加法器76實現(xiàn)的。高通濾波器74和加法器76被安排使高通濾波器LS信道與LS信道信號相減，以便低頻環(huán)繞聲可以在線43處輸出。高通濾波器74與信號線45直接相連，以便高頻環(huán)繞聲在信號線45上輸出。前置/后置縮放器是由一個加法器78和一個乘法器80來實現(xiàn)的。乘法器80通過一個與LS信道和L信道中的信號的振幅相關(guān)的縮放因子對信號進行縮放。在圖4的實施例中，縮放因子是|LS‾||LS‾|+|L‾|]]>。加法器78和乘法器80被安排以便使被縮放的信號與沒有被縮放的信號相減，并在信號線49上輸出，這樣在信號線49的信號是被縮放了(1-|LS‾||LS‾|+|L‾|)]]>的輸入信號。乘法器直接與信號線51相連，這樣使信號線51上的信號是被縮放了|LS‾||LS‾|+|L‾|]]>的輸入信號。可以看出，如果 接近零，輸入信號中直接到信號線49的部分接近1，輸入信號中直接到信號線51的部分接近0。相似的，如果 比 大很多，輸入信號中直接到信號線49的部分接近0，輸入信號中直接到信號線51的部分接近1。如果 和 差不多，那么輸入信號中直接到信號線49的部分與輸入信號中直接到信號線51的部分大概差不多。前置/后置縮放器的效果在于確定相對于聽眾來說明顯的聲音源方向。如果 比 大很多，高頻環(huán)繞信號的很大一部分被直接送到前置揚聲器單元，明顯的聲音源是朝前的。如果 比 大很多，高頻環(huán)繞信號的很大一部分被直接送到后置揚聲器單元(或者在缺少揚聲器單元時，通過處理以便使它好像是從后面?zhèn)鱽淼?，明顯的聲音源是朝后的。如果 和 使差不多相等，那么差不多相等的高頻環(huán)繞信號被直接送到前置和后置揚聲器單元，明顯的聲源是朝旁邊的。值 和 可以由圖3a-3d的電平探測器44提供給乘法器80?？s放因子|LS‾||LS‾|+|L‾|]]>和(1-|LS‾||LS‾|+|L‾|)]]>在現(xiàn)實中是可以計算出來的。在一個實施例中，縮放因子是每5毫秒重新計算一次。
前置HRTF濾波器50可以由按順序串連的一個乘法器82，一個顯示磁頭頻率黑斑效果的第一濾波器84(下文稱磁頭黑斑濾波器)，一個用于顯示磁頭的衍射路徑時延的第二濾波器86(下文是稱磁頭衍射路徑時延濾波器)，一個用于表示耳廓衍射路徑延時的第三濾波器88(下文稱之為耳廓衍射路徑時延濾波器)，和一個加法器90來組成。加法器90把從耳廓衍射延路徑時延濾波器88的輸出信號與磁頭衍射路徑時延濾波器86的輸出，磁頭黑斑濾波器84的輸出以及沒有相乘的前置HRTF濾波器50的輸入信號進行相加。后置HRTF濾波器56可以由按順序串連的乘法器82，磁頭黑斑濾波器84，耳廓衍射路徑時延濾波器88，磁頭衍射路徑時延濾波器86，一個表示耳廓的后置外表的頻率黑斑效果的第四濾波器92(下文稱之為耳廓后置頻率黑斑濾波器)，和一個加法器94來組成的。加法器94將耳廓后置頻率黑斑濾波器92的輸出，磁頭衍射路徑時延濾波器86的輸出，耳廓衍射路徑時延濾波器88，和沒有相乘的后置HRTF濾波器56的輸入信號相加。在一個實施例中，從磁頭衍射路徑時延濾波器86輸入到加法器94的信號由一個縮放因子0.5進行縮小，耳廓后置頻率黑斑濾波器92輸入到加法器94的信號由一個縮放因子2進行擴大。
磁頭黑斑濾波器84是由一個單獨的實際極點為-2.7KHZ的第一級高通濾波器來實現(xiàn)的；磁頭衍射路徑時延濾波器86是由四實際極點在-3.27KHZ和四實際零點在3.27KHZ的第四級全通網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的；耳廓衍射路徑時延濾波器88是由四實際極點在-7.7KHZ和四實際零點在7.7KHZ的第四級全通網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的；耳廓后置頻率黑斑濾波器92是由一個單獨實際極點為-7.7KHZ的第一級高通濾波器來實現(xiàn)的。乘法器82用一個因子Y(Y-|LS‾|)+(Y-|L‾|+Y]]>對輸入信號進行縮放，其中Y比 和 大很多。值 和 是通過圖3a-3d中的電平檢測器44提供給乘法器80。這里所用的“耳廓”是指在p1367Gray’s Anatomy，38thEdition，Churchill Livingston 1995中所示的外部耳朵的外耳部分。這里所用的“耳廓后置”或者“耳廓的后置表面”是指外耳的前面表面，或者指在附錄1中的箭頭所指的方向觀察的外耳。耳廓是一個從各個方向來的聲音的表面，而后置耳廓是一個僅僅是從旁邊到后面的聲音的聲音表面。
可以用一個與上面所述的濾波器(包括有一個平坦的頻率響應(yīng)的濾波器，例如一個直接的電連接)不同特性的濾波器來代替圖4中所示并在該發(fā)明的所附部分中進行了描述的濾波器。
圖5示出了圖3a-3d中的前置揚聲器放置補償器60和后置揚聲器放置補償器66的效果。前置揚聲器放置補償器是由一個或者一系列濾波器來實現(xiàn)的，這些濾波器是當(dāng)前置HRTF濾波器50對從第一個特殊的角幅射來的信號進行作用的時候與前置HRTF濾波器50的效果是相互倒置的。相似的，后置揚聲器放置補償器是由一個或者一系列濾波器來實現(xiàn)的，這些濾波器是當(dāng)后置HRTF濾波器56對從第二個特殊的角幅射來得信號進行作用的時候與后置HRTF濾波器56的效果是相互倒置的。
圖5是對一個根據(jù)圖3b所示的配置的聲音系統(tǒng)的解釋，其中在點Z有一個希望的明顯的聲源，它與相關(guān)的聽眾14的夾角是θ。圖5中的所有的角都是在一個水平面上，其中包括進入聽眾14的耳道的入口。角的參考線是一條經(jīng)過從入口到聽眾14的耳道距離相等的點的線。從聽眾14前面以反時針方向測量這些角。在點Z放置明顯聲源是部分地由圖3a-3c和圖4中的前置/后置縮放器48來實現(xiàn)。前置/后置縮放器直接把比送到后置揚聲器單元多的高頻環(huán)繞信號送到前置天線陣10中，這樣，該明顯的聲源就有點向前。在點Z設(shè)置明顯聲源進一步分別由前置/后置HRTF濾波器50和56(圖3a-3d中的)來實現(xiàn)。前置和后置HRTF濾波器50和56改變音頻信號以便當(dāng)信號被前置天線陣10和限定范圍的音頻驅(qū)動器22電聲轉(zhuǎn)換為聲波時，聲波的頻率內(nèi)容和相位關(guān)系好像是聲波是在點Z起源的并由聽眾14的頭96和耳廓98進行了修改。然而，當(dāng)聲波真的是由前置天線陣10和后置限定范圍的音頻驅(qū)動器22進行電聲轉(zhuǎn)換時，聲波的頻率內(nèi)容和相位關(guān)系將由聽眾14的頭96和耳廓98來改變，實際上聲波到達耳道時的頻率內(nèi)容和相位關(guān)系由聽眾14的頭和耳廓在角φ1上進行了兩次改進。前置揚聲器放置補償器60改進音頻信號以便當(dāng)它由前置天線陣10進行電聲轉(zhuǎn)換時，聲波將不會在角φ1上發(fā)生頻率內(nèi)容和相位關(guān)系的變化，而是在音頻信號中在角θ和角φ1之間的差別上發(fā)生頻率和相位關(guān)系的變化。然后，當(dāng)聲波是由前置天線陣10進行了電聲轉(zhuǎn)換并由聽眾的頭和耳廓進行了改進，這樣到達耳道的聲波將具有如來自于角度θ的聲源的聲音的頻率和相位關(guān)系。相似的，后置揚聲器放置補償器66對音頻信號進行改進，以便當(dāng)它通過后置限定范圍的音頻驅(qū)動器22進行電聲轉(zhuǎn)換時，聲波在角φ2上沒有頻率內(nèi)容和相位關(guān)系的變化，而是在角θ和角φ2之間的差別上發(fā)生頻率和相位關(guān)系的變化。然后，當(dāng)聲波是由后置限定范圍的音頻驅(qū)動器22進行了電聲轉(zhuǎn)換，到達耳道的聲波將具有如來自于角度θ的聲源的聲音的同樣的頻率和相位關(guān)系。如果揚聲器的配置是如圖3a中的配置，那么就是相同的解釋。然而這種具有有限范圍后置揚聲器的配置選擇來表示前置和后置HRTF濾波器50和56和前置和后置揚聲器放置補償器60和66，所有的都在相應(yīng)的波長大約為人頭的尺寸的頻率例如2KHZ以下有很小的影響。在一個實施例中，測量角φ1和φ2，并輸入到音頻系統(tǒng)中以便揚聲器放置補償器60和66使用精確的角來進行計算。一種測量角φ1和φ2的方法是實際測量。在第二個實施例中，揚聲器放置補償器被設(shè)定為角φ1和φ2的預(yù)先選定的典型值(例如30度和150度)。第二個實施例給出了可以接受的結(jié)果，但是不需要對揚聲器放置的角度進行實際測量并且可以要求在揚聲器放置補償器60和66中復(fù)雜度較低的計算。
揚聲器放置補償器60和66可以通過有與前置和后置HRTF濾波器相倒置的效果的濾波器來實現(xiàn)，分別通過使用以下從關(guān)系式中導(dǎo)出來的值分別計算角φ1和φ2的選擇值。φ1=arcsin[1-[Y-|LS‾|+Y-|L‾|Y]]]]>和φ2=arcsin[1-[Y-|LS‾|+Y-|L‾|Y]]]]>如果一些不同于圖4中的濾波器的排列用于前置HRTF濾波器50和后置HRTF濾波器56的濾波器的排列，那么前置揚聲器放置補償器60和后置揚聲器放置補償器66也可以相應(yīng)地進行改進。如果HRTF濾波器50和56有一個平坦的頻率響應(yīng)，那么前置揚聲器放置補償器60和后置揚聲器放置補償器66可以由一個有著平坦頻率響應(yīng)的濾波器來代替(例如直接的電連接)。
現(xiàn)在參考圖6，其中示出了用于解釋本發(fā)明的另一個特性的一個有多于兩個音頻揚聲器配置的例子。在圖6中，有一個音頻驅(qū)動器天線陣10，與圖1a-1c中的音頻驅(qū)動器天線陣相似，放置在一個與聽眾14成30度的角的點。此外，還有限定范圍的音頻驅(qū)動器，與圖1a-1c的限定范圍的音頻驅(qū)動器相似，在60度，90度，120度，150度，或者與圖1a-1c中的全部范圍的音頻驅(qū)動器28相似的全部范圍的音頻驅(qū)動器28。限定范圍的音頻驅(qū)動器分別指定為22-60，22-90，22-120，和22-150，來表明這些限定范圍的音頻驅(qū)動器的角坐標(biāo)。這些預(yù)備的全部范圍的音頻驅(qū)動器分別指定為28-60，28-90，28-120，和28-150，來表明這些限定范圍的音頻驅(qū)動器的角坐標(biāo)。圖6中的所有角都是在包括到聽眾14的耳道的入口的水平面上。這些角的參考線是一條通過從入口到聽眾的耳道相同距離的點的線。在聽眾14的左邊的音頻驅(qū)動器單元的角是從聽眾前面參考線逆時針方向測量的。在聽眾14右邊的驅(qū)動器單元的角是從聽眾前面的參考線順時針方向測量的。也可能有其他的一些沒有在視圖中畫出的音頻驅(qū)動單元，例如一個中心信道音頻驅(qū)動單元或者一個低頻率單元。
圖7示出了一個向圖6中的揚聲器單元提供音頻信號的音頻信號處理系統(tǒng)的方塊圖。一個音頻信號源32與用于把音頻源從音頻信號源解碼到很多信道中的解碼器34相連，在這種情況下，包括一個低頻效果(LFE)信道，一個低音信道；多個定向信道，包括一個左(L)信道，一個左中心(LC)信道，進一步包括很多左信道，L60，L90，L120和LS，其中在相對于聽眾的信道上的角度上有很多符合角位移的指示器。有相應(yīng)的右信道RC，R，R60，R90，R12O和RS。以下的介紹將重點在左信道上，因為對右信道的處理是與左信道相似的。左信道信號由定向處理器36進行處理來產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號是用于在信號線38a上的低頻(LF)天線陣驅(qū)動器12，信號線38b上的LF天線陣驅(qū)動器11，信號線39a上的驅(qū)動器22-60L或者驅(qū)動器28-60L，信號線39b上的驅(qū)動器22-90L或者驅(qū)動器28-90L，信號線39c上的驅(qū)動器22-120L或者28-120L，信號線39d上的驅(qū)動器22-150L或者驅(qū)動器28-150L。在圖2a中的實施例，信號線上的輸出是由系統(tǒng)EQ和動態(tài)范圍控制器42進行處理的。
在一個典型的實施例中，定向處理器36是由數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)的，該處理器在需要的時候可以執(zhí)行指令來實現(xiàn)數(shù)?；蛘吣?shù)轉(zhuǎn)換。在另一些實施例中，定向處理器可以是DSP，模擬電路元件，和數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)合體。
圖8示出了一個圖7中的用于由限定范圍邊和后置音頻驅(qū)動器執(zhí)行的定向處理器36的方塊圖。定向處理器具有用于五個左定向信道的輸入。這五個定向信道可以從有兩個信道的音頻信號處理系統(tǒng)中生成，所述的兩個信道分別為一個左(L)信道，設(shè)計成例如在30度角進行幅射，和一個左環(huán)繞(LS)信道，設(shè)計為，例如在150度進行幅射?？梢愿鶕?jù)美國專利US08/796285中的方法對L和LS信道進行解碼來產(chǎn)生信道L90(假設(shè)在90度進行幅射)，這里作為參考。信道L和L90和LS然后被解碼來分別產(chǎn)生信道L60和L120。本發(fā)明在有較少的定向信道和較多的定向信道是都工作的一樣好。如圖7的音頻信號處理系統(tǒng)有幾個與圖3a-3d中的系統(tǒng)的元件相似的元件，并且這些元件的功能也與圖3a-3d中的相應(yīng)的元件的功能相似。相似的元件使用相對應(yīng)的相似的標(biāo)號。在圖3a-3d中的一些與本發(fā)明沒有密切關(guān)系的元件(例如乘法器57)沒有在圖8中畫出。一個鏡像音頻處理系統(tǒng)可以構(gòu)造來處理與左定向信道相應(yīng)的右定向信道。
現(xiàn)在參考圖8，信道L60，L90，L120和LS的輸入終端與電平檢測器44相連，用于對縮放器和HRTF濾波器進行測量。信道L的輸入終端是與顯示方式處理器102相連的。顯示模式處理器102的輸出終端35，圖中為L’，與加法器47相連。信道LC的輸入終端與顯示模式處理器102相連。顯示模式處理器102的輸出終端37，圖中為LC’相減地與加法器58相連，并通過時延58相加地與加法器62相連。信道L60中的音頻信號被分頻器46a分為一個低頻(LF)部分和一個高頻(HF)部分。LF部分輸入到加法器47中。信道L60中的音頻信號的HF部分輸入到前置/后置縮放器48a中(與輸入到圖3a-3d和圖4中的前置/后置縮放器48相似)，分別使用值 和 代替圖4中的 和 前置/后置縮放器48a將信道L60中的音頻信號的HF部分分為一個“前置”部分和一個“后置”部分。信道L60中的音頻信號的HF部分的前置部分通過前置HRTF濾波器50a進行處理(與圖3a-3d和圖4的前置HRTF濾波器50相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 。揚聲器放置補償器60a，(與圖3a-3d和圖4的揚聲器放置補償器60相似)，進行30度的計算，并輸入到加法器47。信道L60中的音頻信號的后置部分通過前置HRTF濾波器50b進行處理(與圖3a-3d和圖4的前置HRTF濾波器相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 ，揚聲器放置補償器60a，(與圖3a-3d和圖4的揚聲器放置補償器60相似)，進行60度的計算，并輸入到加法器100-60。
信道L90中的音頻信號被分頻器46b分為一個低頻(LF)部分和一個高頻(HF)部分。LF部分輸入到加法器47中。信道L90中的音頻信號的HF部分輸入到前置/后置縮放器48b中(與輸入到圖3a-3d和圖4中的前置/后置縮放器48相似)，分別使用值 和 代替圖4中的 和 。前置/后置縮放器48b將信道L90中的音頻信號的HF部分分為一個“前置”部分和一個“后置”部分。信道L90中的音頻信號的HF部分的前置部分通過前置HRTF濾波器50c進行處理(與圖3a-3d和圖4的前置HRTF濾波器相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 。揚聲器放置補償器60b，進行60度的計算，并輸入到加法器100-60。信道L60中的音頻信號的后置部分通過前置HRTF濾波器50d進行處理(與圖3a-3d和圖4的前置HRTF濾波器相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 ，揚聲器放置補償器60d，(與圖3a-3d和圖4的揚聲器放置補償器60相似)，進行90度的計算，并輸入到加法器100-90。
信道L120中的音頻信號被分頻器46cb分為一個低頻(LF)部分和一個高頻(HF)部分。LF部分輸入到加法器47中。信道L120中的音頻信號的HF部分輸入到前置后/后置縮放器48c中(與輸入到圖3a-3d和圖4中的前置/后置縮放器48相似)，使用值 和 代替圖4中的 和 。前置/后置縮放器48c將信道L120中的音頻信號的HF部分分為一個“前置”部分和一個“后置”部分。信道L120中的音頻信號的HF部分的前置部分通過前置HRTF濾波器50e進行處理(與圖3a-3d和圖4的前置HRTF濾波器50相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 。揚聲器放置補償器60e，(與圖3a-3d和圖4的前置揚聲器放置補償器60相似)，進行90度的計算，并輸入到加法器100-90。信道L120中的音頻信號的后置部分通過后置HRTF濾波器56a進行處理(與圖3a-3d和圖4的后置HRTF濾波器56相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 ，揚聲器放置補償器60f，(與圖3a-3d和圖4的揚聲器放置補償器60相似)，進行120度的計算，并輸入到加法器100-120。
信道LS中的音頻信號被分頻器46d分為一個低頻(LF)部分和一個高頻(HF)部分。LF部分輸入到加法器47中。信道LS中的音頻信號的HF部分輸入到前置/后置縮放器48d中(與輸入到圖3a-3d和圖4中的前置/后置縮放器48相似)，使用值 和 代替圖4中的 和 。前置/后置縮放器48d將信道LS中的音頻信號的HF部分分為一個“前置”部分和一個“后置”部分。信道LS中的音頻信號的HF部分的前置部分通過后置HRTF濾波器56b進行處理(與圖3a-3d和圖4的后置HRTF濾波器56相似)，使用值 和 分別代替圖4中的值 和 。揚聲器放置補償器60fg，(與圖3a-3d和圖4的揚聲器放置補償器60相似)，進行120度的計算，并輸入到加法器100-120。信道LS中的音頻信號的后置部分通過后置HRTF濾波器56c進行處理(與圖3a-3d和圖4的后置HRTF濾波器56相似)。揚聲器放置補償器60h，(與圖3a-3d和圖4的揚聲器放置補償器60相似)，進行150度的計算。
加法器47的輸出信號相加地傳送到加法器58，并經(jīng)過時延61相減地傳送到加法器62。加法器58的輸出信號被傳送到全部范圍的音頻驅(qū)動器11(揚聲器天線陣10的)用于聲電轉(zhuǎn)換為聲波。加法器62的輸出信號被傳送到全部范圍的音頻驅(qū)動器12用于轉(zhuǎn)換為聲波。時延器61使在加法器47合成的信號的定向幅射容易進行。加法器100-60，100-90，100-120和揚聲器放置補償器60h的輸出信號分別傳送給限定范圍的音頻驅(qū)動器22-60，22-90，22-120和22-150，用于聲電轉(zhuǎn)換為聲波。
圖9示出了圖7中的執(zhí)行具有全部范圍的邊和后置音頻驅(qū)動器的定向處理器。圖9有和圖7一樣的輸入信道。本發(fā)明經(jīng)工作在有更少或者更多的定向信道。圖7中的音頻信號處理系統(tǒng)有幾個和圖3a-3d中的系統(tǒng)類似的元件，并且執(zhí)行與圖3a-3d中對應(yīng)元件類似的功能。相似的元件使用相似的相對應(yīng)的標(biāo)號。一個鏡像音頻處理系統(tǒng)可以用來處理與左定向信道相應(yīng)的右定向信道。
圖9除了下面所述的，其他部分和圖8相似。從分頻器46a出來的低頻(LS)信號線與加法器100-60相連而不是與加法器47相連；從分頻器46b出來的LF信號線與加法器100-90相連而不是與加法器47相連；從分頻器46c出來的LF信號線與加法器100-120相連而不是與加法器47相連；從分頻器46d出來的LF信號線與加發(fā)器100-150相連而不是加法器47相連；并且揚聲器放置補償器60h的輸出與加法器100-150相連。加法器100-60，100-90，100-12和100-150的輸出信號分別傳送給全部范圍的音頻驅(qū)動器28-60，28-90，28-120和28-150，用于聲電轉(zhuǎn)換為聲波。
現(xiàn)在參考圖10a-10c，示出了本發(fā)明的描述另一個特征的音頻系統(tǒng)的一些元件的三個頂部視圖。如同在美國專利US5809153和US5870484中描述的，音頻天線陣和信號處理方法可以設(shè)計成定向輻射聲波。通過從兩個相減的音頻驅(qū)動器輻射相同的聲波(功能上等效于反相)并時延，一個輻射的圖案可以產(chǎn)生，其中，在一個軸上(這里指一個主軸)有最大的音頻輸出，在另一個方向(這里指零軸)的音頻輸出最小。在圖10a-10c中，一個天線陣10，包括音頻驅(qū)動器11和12，其設(shè)置和圖1a-1c，2a，和圖3a-3d中所示的音頻系統(tǒng)中相同。圖3a-3d中的時延器64的參數(shù)被設(shè)定以便傳送到音頻驅(qū)動器12的信號沒有進行時延，傳送到音頻驅(qū)動器11的信號進行了時延，并且經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換的結(jié)果是輻射圖在方向104有一個主軸，對著聽眾14的一個典型的收聽的位置，在方向106有一個零軸，該方向通常是遠離聽眾14的典型的聽眾位置，一個用實線來表示的輻射圖105。圖3a-3d中的時延器61的參數(shù)被設(shè)定，以便傳送到音頻驅(qū)動器11的信號沒有進行時延，傳送到音頻驅(qū)動器12的信號進行了時延，并且經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換的結(jié)果是輻射圖在方向106有一個主軸，該方向通常是遠離聽眾14的典型的聽眾位置，在方向104有一個零軸，該方向通常指向聽眾14的典型的聽眾位置，一個用虛線來表示的輻射圖107。在圖10a中，對信道LC中的音頻信號進行了處理和輻射，以便輻射圖在方向104有一個主軸在方向106有一個零軸，對信道L和LS中的音頻信號進行了處理和輻射，以便輻射圖在方向106有一個主軸。在圖1b中，對信道L和信道LC中的音頻信號進行處理和輻射，以便輻射圖在方向104有一個主軸在方向106有一個零軸，對信道LS中的音頻信號進行處理和輻射，以便它在方向106有一個主軸在方向104有一個零軸。在圖10c中，對信道L和信道LC，LS中的音頻信號進行處理和輻射，以便輻射圖在方向106有一個主軸在方向104有一個零軸。下文，輻射圖、主軸和零軸的合成體稱之為“顯示模式”。通常，當(dāng)音頻系統(tǒng)用作一個家庭劇院系統(tǒng)時，圖10a中的顯示模式是首選的，在所述的家庭劇院系統(tǒng)中，希望有一個強的中心聲音圖象并且對定向信道有很強的感覺。當(dāng)音頻系統(tǒng)用來放音樂的時候，圖10b的顯示模式是首先的，在這時候中心圖象就不那么重要了。當(dāng)音頻系統(tǒng)被放置成一個天線陣10必須放置在離一個中心線很近的位置的時候(也就是當(dāng)圖5中的角φ1很小)，圖10c的顯示模式是首選的。有前述的幾個圖，我們可以通過鏡像音頻系統(tǒng)來處理右邊的定向信道。
現(xiàn)在參考圖11，更為詳細地描述顯示模式處理器102(圖3a-3c，8，9)。信道L的輸入與加法器108相加地相連，并連到開關(guān)110的一端。開關(guān)110的另一端相加地連到加法器112和相減地與加法器108相連。信道LC相加地與加法器112相連，該加法器112相加地與加法器116相連，和連接到開關(guān)118的一端。開關(guān)118的另一端相加地與加法器114相連，相減地與加法器116相連。加法器114與標(biāo)為L’的終端35相連。加法器116與標(biāo)為LC’的終端37相連。根據(jù)開關(guān)110和118的開或者關(guān)的狀態(tài)，在輸出終端35上的信號(標(biāo)為L’)可以是從信道L輸入的信號，或者從信道L和LC的合成的輸入的信號，或者是沒有信號。根據(jù)開關(guān)110和118是在開或者是關(guān)的狀態(tài)，在輸出終端37上的信號(標(biāo)為LC’)可以是從信道LC輸入的信號，或者從信道L和LC的合成的輸入的信號，或者是沒有信號。
現(xiàn)在參考圖3a-3c中的任何一個，終端35的輸出信號與環(huán)繞信道的低頻部分在加法器47處進行相加，并傳送給加法器58，所述的加法器58與音頻驅(qū)動器11相連，并通過時延器61送到加法器62，加法器62與音頻驅(qū)動器12相連。終端37的輸出信號與加法器62相連，并通過時延器64到加法器58。這樣，終端35的輸出與左環(huán)繞信號(LS)的低頻(LF)部分相加，并不經(jīng)過時延傳送到音頻驅(qū)動器11，經(jīng)過時延后傳送到音頻驅(qū)動器12。終端37的輸出不經(jīng)過時延傳送到音頻驅(qū)動器12，經(jīng)過時延后傳送到音頻驅(qū)動器11。如上面對圖10a-10c的描述，時延器64的參數(shù)可以被設(shè)定，以便一個不經(jīng)過時延的傳送到音頻驅(qū)動器12，經(jīng)過時延傳送到音頻驅(qū)動器11并經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換的音頻信號的輻射圖在圖10a-10b的104方向有一個主軸。相似的，圖10a-10c的描述講授了時延器61的參數(shù)可以被設(shè)置，以便一個不經(jīng)過時延傳送到音頻驅(qū)動器11，經(jīng)過時延傳送到音頻驅(qū)動器12并經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換的音頻信號的輻射圖在圖10a-10b的106方向有一個主軸。因此，通過設(shè)定顯示模式處理器102中的開關(guān)110和118到“關(guān)”或“開”的狀態(tài)，用戶可以實現(xiàn)如圖10a-10c中的顯示模式。圖11中的電路的下面表格顯示了開關(guān)110和118的“開”和“關(guān)”的各種組合的效果。對于每一種組合，表格顯示了信道L和LC中的哪一個在標(biāo)為L’和LC’(終端35和37)的終端上輸出，當(dāng)輻射的時候哪些信道的幅射圖在方向104有一個主軸在方向106有一個零軸，哪些信道在方向106有一個主軸在方向104有一個零軸，以及開關(guān)設(shè)定的組合實現(xiàn)了圖10a-10c中的哪些信道。在圖3a-3c，10和11中，環(huán)繞信道LS的低音頻部分總是在主軸方向106上輻射。同樣，如果開關(guān)118在關(guān)的狀態(tài)，圖10c中的輻射圖的結(jié)果，可一個不考慮開關(guān)110的狀態(tài)。
在圖8和圖9中，顯示模式處理器102在輸入信道L和LC上有相同的效果和在輸出終端35和37(分別標(biāo)為L’和LC’)上有相同的信號。
顯然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對本發(fā)明所揭示的特定的裝置和方法的不脫離本發(fā)明精神的各種修改是可以的。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明包括這里描述的每一個新穎特征和新穎的特征合成，并且僅由所附權(quán)利要求的實質(zhì)和范圍限定。
權(quán)利要求
1.在一個有一個第一音頻信號和一個第二音頻信號的音頻系統(tǒng)中，所述的第一和第二音頻信號都有振幅，一種用于處理所述的音頻信號的方法，包括將所述的第一音頻信號分解為一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；通過一個第一縮放因子對所述的第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第一信號部分，其中所述的第一縮放因子是與第二音頻信號的振幅是成比例的；和通過一個第二縮放因子對所述的第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第二信號部分。
2.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第二縮放因子是與所述第一音頻信號的振幅成比例的。
3.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一和第二音頻信號是與一個多信道音頻系統(tǒng)中的定向信道相關(guān)的。
4.權(quán)利要求3所述的音頻信號處理方法，進一步包括，用一個第一濾波器對所述的第一信號部分進行濾波，生成一個已濾波的第一信號部分，和用一個第二濾波器對所述的第二信號部分進行濾波，生成一個已濾波的第二信號部分。
5.權(quán)利要求4所述的音頻信號處理方法，其特征在于SF1SF2=ampl2ampl1]]>，其中SF1是所述的第一縮放因子，SF2為第二縮放因子，ampl1是所述的第一音頻信號的振幅，ampl2是所述的第二音頻信號的振幅。
6.如權(quán)利要求5中所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器和所述的第二濾波器包括一個具有與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分。
7.如權(quán)利要求5中所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第一信號部分和所述第二音頻信號進行合成。
8.如權(quán)利要求5中所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第二信號部分和所述的第二頻譜帶信號進行合成。
9.如權(quán)利要求5中所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第一信號部分，所述的已濾波過的第二信號部分和所述的第二頻譜帶信號進行合成。
10.如權(quán)利要求4中所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第一信號部分和所述的第二音頻信號進行合成的步驟。
11.如權(quán)利要求4中所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第二信號部分和所述的第二頻譜帶信號進行合成。
12.如權(quán)利要求4中所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第一信號部分和所述的已濾波過的第二信號部分以及所述的第二頻譜帶信號進行合成的步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，其特征在于SF1SF2=ampl2ampl1,]]>其中SF1是所述的第一縮放因子，SF2為第二縮放因子，ampl1是所述的第一音頻信號的振幅，ampl2是所述的第二音頻信號的振幅。
14.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，進一步包括，用一個第一濾波器對所述的第一信號部分進行濾波，生成一個已濾波過的第一信號部分，和用一個第二濾波器對所述的第二信號部分進行濾波，生成一個已濾波過的第二信號部分。
15.如權(quán)利要求14所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器和所述的第二濾波器包括一個具有與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分。
16.如權(quán)利要求15所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器或所述的第二濾波器中的一個包括在聲波是從所述的人腦的前部到達時具有與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分，所述第一或第二濾波器中的另一個包括在聲波是從所述的人腦的后端到達時具有與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分。
17.如權(quán)利要求15所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器和所述的第二濾波器包括一個在聲波是從所述的人腦的前部到達時具有與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分。
18.如權(quán)利要求15所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器和所述的第二濾波器包括一個在聲波是從所述的人腦的后部到達時具有與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分。
19.如權(quán)利要求15所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器和所述的第二濾波器包括一個具有頻率響應(yīng)和時延效果的濾波部分，該頻率響應(yīng)和時延效果與具有類似于人腦的頻率響應(yīng)和時延效果的所述濾波器相反。
20.如權(quán)利要求14所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器或第二濾波器中的一個有平坦的頻率響應(yīng)。
21.如權(quán)利要求20所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一濾波器或第二濾波器中的另一個有平坦的頻率響應(yīng)。
22.如權(quán)利要求14所述的音頻信號處理方法，進一步包括將所述的已濾波過的第一信號部分和所述的第二音頻信號進行合成以生成一個第一合成信號。
23.如權(quán)利要求22所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)包括一個定向揚聲器單元，所述的合成步驟進一步包括合成所述的第二頻譜帶和所述的已濾波過的第二信號部分以便所述的第一合成信號包括所述的已進行過濾波的第一信號部分、所述的已進行過濾波的第二信號部分、所述的第二頻譜帶和所述的第二音頻信號，還進一步包括，通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
24.如權(quán)利要求22所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)還包括一個定向揚聲器單元和一個不同于所述的定向揚聲器單元的揚聲器單元，還進一步包括，將所述的第二頻譜帶信號和已濾波過的第二信號部分進行合成以生成一個第二合成信號；通過所述的揚聲器單元對所述的第二合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；和通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
25.如權(quán)利要求22所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)包括一個定向揚聲器單元和一個不同于所述的定向揚聲器單元的揚聲器單元，在所述的不同的揚聲器單元被主要地限定在所述第一頻譜帶的輻射頻譜部分，所述的合成步驟進一步包括，合成所述的第二頻譜帶信號以便所述的第一合成信號包括所述的已經(jīng)進行過濾波的第一信號部分、所述的第二頻譜帶信號、和所述的第二音頻信號，所述的方法進一步包括，通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；和通過所述的揚聲器單元對所述的已濾波的第二信號部分進行電聲轉(zhuǎn)換。
26.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一縮放因子和所述的第二縮放因子是時間的變量。
27.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第一縮放因子和所述的第二縮放因子的和是1。
28.在有一個第一音頻信號和一個第二音頻信號和一個定向擴音器單元的音頻系統(tǒng)中，一種用于處理所述的音頻信號的方法，包括，對所述的第一音頻信號進行定向電聲轉(zhuǎn)換來生成一個第一信號輻射圖；對所述的第二音頻信號進行定向電聲轉(zhuǎn)換來生成一個第二信號輻射圖；其特征在于所述的第一信號輻射圖和第二信號輻射圖是作為選擇的，用戶選擇相似的或者是不同的。
29.如權(quán)利要求28中的處理音頻信號的方法，其中音頻系統(tǒng)包括一個第三音頻信號源和一個與所述的定向揚聲器單元分開的揚聲器單元，進一步包括，用所述的揚聲器單元對所述的第三音頻信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
30.如權(quán)利要求29中的處理音頻信號的方法，其特征在于所述的第三音頻信號被完全限定在這樣一個頻率范圍其下限頻率具有的一個相應(yīng)的波長大約為一個人腦的尺寸；和其中所述的揚聲器單元被構(gòu)造和安排為對具有在所述的頻率范圍內(nèi)的頻率的音頻信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
31.如權(quán)利要求30中的處理音頻信號的方法，其特征在于所述的第三音頻信號包括一個已進行過縮放和濾波的音頻信號的第一頻譜帶，所述的音頻信號表示一個多信道音頻系統(tǒng)中的一個定向信道。
32.如權(quán)利要求29中的處理音頻信號的方法，其特征在于所述的第三音頻信號包括一個輸入音頻信號的已進行過縮放和濾波的第一頻譜帶和一個所述的輸入音頻信號的第二頻譜帶，所述輸入音頻信號代表一個多信道音頻系統(tǒng)中的一個定向信道。
33.在具有一個第一音頻信號、一個第二音頻信號、一個第三音頻信號、一個定向揚聲器單元、和一個不同于定向揚聲器單元的擴音器單元的音頻系統(tǒng)中，其中第三音頻信號被完全限定在這樣一個頻率范圍其下限頻率具有的一個相應(yīng)的波長大約為一個人腦的尺寸，一種用于處理所述的音頻信號的方法，包括，用所述的定向揚聲器單元對所述的第一音頻信號進行定向電聲轉(zhuǎn)換來生成一個第一輻射圖；用所述的定向揚聲器單元對所述的第二音頻信號進行定向電聲轉(zhuǎn)換來生成一個第二輻射圖；和用所述的不同的揚聲器單元對所述的第三音頻信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
34.如權(quán)利要求33所述的信號處理方法，其特征在于所述的直接電聲轉(zhuǎn)換包括對所述的第一音頻信號進行定向的電聲轉(zhuǎn)換以便所述的第一輻射圖在第一方向有一個主軸，并且所述第二幅射圖在一個不同于第一方向的第二方向有一個主軸。
35.如權(quán)利要求33所述的信號處理方法，其特征在于所述的第三音頻信號包括一個已經(jīng)進行過縮放和濾波的音頻信號的第一頻譜帶，該音頻信號代表多信道音頻系統(tǒng)中的定向信道。
36.在一個包含多個定向信道的音頻系統(tǒng)中，一種用于處理分別相應(yīng)于多個信道中的每一個的音頻信號的方法，包括，將所述的第一音頻信號分解為一個第一音頻信號第一頻譜帶信號和一個第一音頻信號第二頻譜帶信號；通過一個第一縮放因子對所述的第一音頻信號第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第一音頻信號第一頻譜帶第一部分信號；通過一個第二縮放因子對所述的第一音頻信號第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第一音頻信號第一頻譜帶第二部分信號；將所述的第二音頻信號分解為一個第二音頻信號第一頻譜帶信號和一個第二音頻信號第二頻譜帶信號；通過一個第三縮放因子對所述的第二音頻信號第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第二音頻信號第一頻譜帶第一部分信號；和通過一個第四縮放因子對所述的第二音頻信號第一頻譜帶信號進行縮放，生成一個第二音頻信號第一頻譜帶第二部分信號。
37.如權(quán)利要求36的音頻信號處理方法，進一步包括，通過一個第一濾波器對所述的第一音頻信號第一頻譜帶第一部分信號進行濾波以生成一個經(jīng)過濾波的第一音頻信號第一頻譜帶第一部分信號；通過一個第二濾波器對所述的第一音頻信號第一頻譜帶第二部分信號進行濾波以生成一個經(jīng)過濾波的第一音頻信號第一頻譜帶第二部分信號；通過一個第三濾波器對所述的第二音頻信號第一頻譜帶第一部分信號進行濾波以生成一個經(jīng)過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第一部分信號；和通過一個第四濾波器對所述的第二音頻信號第一頻譜帶第一部分信號進行濾波以生成一個經(jīng)過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第一部分信號。
38.如權(quán)利要求37中的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)具有一個定向揚聲器單元，一個第一揚聲器單元和一個第二揚聲器單元，這兩個揚聲器單元都不同于所述的定向揚聲器單元，并且它們兩者也是不同的，所述的第一和第二不同的揚聲器單元被完全限定于所述的第一頻譜帶的輻射頻率，其中所述的頻譜帶具有的下限頻率的相應(yīng)的波長大約為人腦的尺寸，所述的方法進一步包括，將所述的第一音頻信號第二頻譜帶信號、所述的第二音頻信號第二頻譜帶信號和第三音頻信號進行合成來生成一個第一合成信號；通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；將所述的已經(jīng)進行過濾波的第一音頻信號第一頻譜帶第二部分和所述的已經(jīng)進行過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第一部分進行合成來生成一個第二合成信號；通過所述的第一不同的揚聲器單元對所述的第二合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；和通過所述的第二不同的揚聲器單元對所述的已經(jīng)進行過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第二部分進行電聲轉(zhuǎn)換。
39.如權(quán)利要求38中所述的音頻信號處理方法，進一步包括，將所述的已經(jīng)進行過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第二部分信號和一個代表相鄰信道的信號的已經(jīng)進行過濾波、頻譜帶受限的部分進行合成來生成一個第三合成信號；和通過所述的第二不同的揚聲器單元對所述的第三合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
40.如權(quán)利要求37中所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)包括一個定向揚聲器單元、一個不同于所述的定向揚聲器單元的第一揚聲器單元、一個不同于所述的定向揚聲器單元和所述的第一不同的揚聲器單元的第二揚聲器單元，所述的方法進一步包括，將所述的多個音頻信號中的第三音頻信號和所述的進行過濾波的第一音頻信號第一頻譜帶第一部分進行合成來生成一個第一合成音頻信號；通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；將所述的已經(jīng)進行過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第一部分和所述的已經(jīng)進行過濾波的第一音頻信號第一頻譜帶第二部分以及所述的第一音頻信號第二頻譜帶信號進行合成來生成一個第二合成信號；通過所述的第一不同的揚聲器單元對所述的第二合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；將所述的已經(jīng)進行過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第二部分和所述的第二音頻信號第二頻譜帶信號進行合成來生成一個第三合成信號；和通過所述的第二不同的揚聲器單元對第三合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
41.如權(quán)利要求40的音頻信號處理方法，進一步包括，將所述的已經(jīng)進行過濾波的第二音頻信號第一頻譜帶第二部分信號和一個代表相鄰的信道的信號的已經(jīng)進行過濾波、頻譜帶受限的部分進行合成來生成一個第三合成信號；和通過所述的第二不同的揚聲器單元對第三合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
42.一種用于處理音頻信號的方法，包括，用一個第一濾波器對所述的音頻信號進行濾波生成一個進行過一次濾波的音頻信號，所述的第一濾波器有一個與人腦相似的頻率響應(yīng)和時延效果；用一個第二濾波器對所述的進行過一次濾波的音頻信號進行濾波，所述的第二濾波器的頻率響應(yīng)和時延效果在一個聲波上是與人腦的頻率響應(yīng)和時延效果相倒置的。
43.如權(quán)利要求42所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述的第二濾波器在相對與所述的人腦的預(yù)先選定的方向的原點處的聲波上的頻率響應(yīng)和時延效果是與人腦的頻率響應(yīng)和時延效果相倒置的。
44.如權(quán)利要求43所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述預(yù)先選定的方向是一個與人腦大約為30度角的方向。
45.如權(quán)利要求43所述的音頻信號處理方法，其特征在于所述預(yù)先選定的方向是一個測量過的角度。
46.在一個有多個定向信道第一音頻信號和一個第二音頻信號的音頻系統(tǒng)中，所述的第一和第二音頻信號代表在通常的聽眾位置中的聽眾的相同側(cè)面上的相鄰的定向信道，一種用于處理所述的音頻信號的方法，包括，將所述的第一音頻信號分解為一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；用一個第一時間變量計算的縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放生成一個第一信號部分；用一個第二時間變量計算的縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放生成一個第二信號部分；
47.如權(quán)利要求46所述的音頻信號處理方法，進一步包括，用一個第一濾波器對所述的第一信號部分進行濾波來產(chǎn)生一個進行過濾波的第一信號部分，和用一個第二波器對所述的第二信號部分進行濾波來產(chǎn)生一個進行過濾波的第二信號部分。
48.如權(quán)利要求47所述的音頻信號處理方法，進一步包括，把所述的進行過濾波的第一信號部分和所述的第二音頻信號進行合成來生成一個第一合成信號。
49.如權(quán)利要求48所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)包括一個定向揚聲器單元，所述的合成步驟進一步包括將所述的第二頻譜帶信號和所述的進行過濾波的第二信號部分進行合成以便所述的第一合成信號包括所述的進行過濾波的第一信號部分，所述的進行過濾波的第二信號部分，所述的第二頻譜帶信號和所述的第二音頻信號，所述的方法進一步包括，通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
50.如權(quán)利要求48所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)進一步包括一個定向揚聲器單元，和一個不同于所述的定向揚聲器單元的揚聲器單元，所述的方法進一步包括，將所述的第二頻譜帶信號和所述的進行過濾波的第二信號部分進行合成來生成一個第二合成信號；通過所述的揚聲器單元對所述的第二合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；和通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換。
51.如權(quán)利要求48所述的音頻信號處理方法，其中的音頻系統(tǒng)進包括一個定向揚聲器單元，和一個不同于所述的定向揚聲器單元的揚聲器單元，所述的不同的揚聲器單元被完全限定于所述第一頻譜帶中的輻射頻譜部分，所述合成的方法進一步包括，將所述的第二頻譜帶信號合成，以便所述第一合成信號包括所述的進行過濾波的第一信號部分，所述的第二頻譜帶信號，和所述的第二音頻信號，所述方法進一步包括，通過所述的定向揚聲器單元對所述的第一合成信號進行電聲轉(zhuǎn)換；和通過所述的揚聲器單元對所述的進行過濾波的第二信號部分進行電聲轉(zhuǎn)換。
52.在一個有音頻信號的音頻系統(tǒng)中，一個被設(shè)計和構(gòu)造為在一個下限頻率較低的頻率范圍對聲波進行電聲轉(zhuǎn)換的第一電聲轉(zhuǎn)換器，一個被設(shè)計和構(gòu)造為在一個下限頻率比上述的下限頻率還低的的頻率范圍對聲波進行電聲轉(zhuǎn)換的第二電聲轉(zhuǎn)換器，一種用于處理音頻信號的方法，包括，將所述的音頻信號分解為一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；用一個第一縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放生成一個第一部分信號；用一個第二縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放生成一個第二部分信號；將第一部分信號傳送到第一電聲轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換；和將第二部分信號傳送到第二電聲轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。
53.如權(quán)利要求52的音頻信號處理方法，其特征在于所述的音頻信號對應(yīng)于多信道音頻系統(tǒng)中的定向信道。
54.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理方法，進一步包括對相對于所述的第二頻譜帶信號來說的第一頻譜帶信號進行時延。
全文摘要
一種用于處理并轉(zhuǎn)換音頻信號的方法。一個音頻系統(tǒng)包括帶有振幅的一個第一音頻信號和一個第二音頻信號。一種用于處理音頻信號的方法，包括將第一音頻信號分解為一個第一頻譜帶信號和一個第二頻譜帶信號；用一個與第二音頻信號的振幅成比例的第一縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放；用一個第二縮放因子對第一頻譜帶信號進行縮放來生成一個第二信號部分。本發(fā)明的其他部分說明了將該信號處理方法應(yīng)用到多信道的音頻系統(tǒng)和有不同的定向揚聲器，全范圍的揚聲器以及限定范圍的揚聲器組合的音頻系統(tǒng)中。
文檔編號H04R3/00GK1406100SQ0213039
公開日2003年3月26日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者J·理查德艾爾沃德, E·E·安德森 申請人:伯斯有限公司