專利名稱：改善虛擬環繞中空間感的方法
技術領域：
本發明涉及音頻信號處理。更具體地說，本發明涉及改善當由兩個揚聲器再現時多聲道聲源的空間感。
背景技術：
諸如Dolby Pro Logic或Dolby Digital的多聲道聲音再現系統(Dolby、Dolby Pro Logic和Dolby Digital是杜比實驗室特許公司的商標)需要諸如五個揚聲器，放置在特定的位置和特定角度上。這可能是高成本和消耗空間的。希望在沒有后揚聲器的情況下具有環繞聲音，從而節省成本和空間。然而，常規上，前揚聲器僅提供前聲像。
已知這樣的技術，即處理代表來自許多方向的聲音的多個聲道，將它們組合成用于在耳機上再現的兩個信號，同時保留視在的多個方向。使用耳機再現，左信號進入左耳，右信號進入右耳，不存在串擾。聲音聽起來可能來自聽者的側面以及來自前面，或者在某些情況下來自后面。
將多聲道輸入的每個輸入視為代表來自特定方向的聲音，這種用于耳機的處理通常包括至少將合適的HRTF(頭部相關的傳遞函數)應用于每個輸入以模擬從其希望的視在方向到雙耳的路徑，以便耳機聽者感覺每個聲道好象來自所希望的方向。這種耳機處理器，它響應于兩個以上的輸入提供兩個輸出，具有多種名稱，例如“多軸雙耳控制”處理器、“多聲道雙耳合成器”、“耳機虛擬環繞”處理器、等等。除了應用定向HRTF之外，一些耳機處理器還提供這樣的處理，例如向一個或多個聲道添加模擬反射和/或仿真環境。所有這些處理器，無論是僅使用定向HRTF還是添加處理例如仿真反射和/或環境，在此都稱作“耳機處理器”。耳機處理器的一些例子包括在公開的國際申請WO99/14983(指定美國)和美國專利5,371,799、5,809,149和6,195,434B1中所描述的耳機處理器。所述的每個申請和專利在此全部引用作為參考。
常規的雙聲道立體聲資料希望在兩個揚聲器上再現。聽者的每只耳朵接收來自兩個揚聲器的聲音，當然，具有不同的路徑長度和頻率響應。換句話說，存在聲音串擾。通常，如此再現的所有聲音聽起來處于揚聲器之間的空間內。
在信號提供給兩個揚聲器之前修改信號以至少部分地消除聲音串擾也是公知的。這允許使聲音視在位置很好地處于揚聲器之間的空間之外，并且是“虛擬環繞”處理的基礎。就消除串擾而言，從兩個揚聲器進入耳朵的聲音類似于通過耳機提供的，即沒有串擾。串擾消除器(有時稱作“空間化器”或“全景處理器”)在本技術領域中是公知的，至少從美國專利3,236,949(Atal和Schroeder)開始，此專利在此全文引用作為參考。使用很低的個人計算機處理資源的計算機軟件實現的聲音串饋消除器在1997年3月14日提交的Davis等人的美國專利申請08/819,582中公開，此申請在此全文引用作為參考。
如公知的，代表多個聲道的信號，包括原先發自揚聲器之間的空間之外的聲音可以被處理為如同為了在耳機上再現，然后通過聲音串擾消除器饋送給在常規立體聲配置中設置的兩個前揚聲器，例如在計算機監視器或電視機顯像管側面。這種耳機處理和串擾消除的組合允許僅使用一對前揚聲器使聲源的視在位置處于側面，或者在一些情況下處于后部。
圖1是圖示現有技術裝置的示意方框圖，其中將諸如五聲道音源的多聲道音源的多個聲道(每個聲道代表一個方向，例如左前、中前、右前、左環繞和右環繞)提供給耳機處理器2。耳機處理器的兩個輸出提供給串擾消除器4，它也具有兩個輸出。串擾消除器的一個輸出提供給第一揚聲器6，另一個輸出提供給第二揚聲器8。
饋送一對揚聲器的耳機處理和串擾消除的組合比單獨的串擾消除器更好，因為用于耳機再現的處理通過引入定向HRTF(串擾消除器可能僅包括“一耳到另一耳”HRTF)和在一些耳機處理器中引入視在聲像位置(在揚聲器之外)與聽者的耳朵之間的模擬多條聲音路徑(包括反射)，引入了附加的方向提示。因而，使用組合的耳機處理和串擾消除，虛擬聲像可能聽起來不僅在聽者頭部側面，而且來自更后面。
然而，這樣的組合耳機處理和串擾消除方案存在一些缺點。多聲道音源的前聲道(左前、中前和右前)希望在揚聲器上再現，并通過再現左前和右前聲道而且還提供虛擬或“幻象”中前聲像(當然，假設聽者相對于兩個揚聲器合適地定位)的兩個揚聲器滿意地再現。因此，處理前聲道不是必需的，應當避免(根據“最低處理”原則)。前聲道的耳機處理至少涉及應用可能導致例如音染或音色改變的定向HRTF。其它的耳機處理技術，例如反射或混響的模擬，可能引入前聲道信號的其它明顯的和不必要的改變，或者可能產生人為產物。串擾消除也可能不利地影響前聲道。當重放環境即聽音室幾乎不因為反射引入信號時，串擾消除是最有效的。因此，在實際的“真實聽音室”應用中，串擾消除是不完全的。因而，即使前聲道的耳機處理是透明的，在圖1所示類型的現有技術中隨后的串擾消除也將可能損傷再現的前聲道聲音。
根據本發明，在保持通過一對揚聲器的改進環繞聲道再現的優點的同時，避免了前聲道再現的損傷。
圖1是圖示現有技術裝置的示意方框圖，其中將多聲道音源的多個聲道，例如五聲道音源(每個聲道代表一個方向，例如左前、中前、右前、左環繞和右環繞)，通過耳機處理器和串擾消除器提供給一對前置揚聲器。
圖2是根據本發明的裝置的理想化功能方框圖。
發明內容
和優選實施例圖2圖示根據本發明的裝置的理想化功能方框圖，該裝置接收多聲道音源的多個聲道，例如五聲道音源(每個聲道代表一個方向，例如左前(L)、中前(C)、右前(R)、左環繞(Ls)和右環繞(Ls))，通過耳機處理器和串擾消除器將次聲道(例如左環繞和右環繞)提供給一對前置揚聲器，并將主聲道(例如左、中、右)在不經過耳機處理或串擾消除處理的情況下提供給該對前置揚聲器。
提供給圖2所示裝置的多方向音源的來源并非嚴格的，可以是任意合適的音源，包括例如Dolby Pro Logic音源、Dolby Digital音源、Digital Theater Systems Corporation(“DTS”)音源(“DTS”是商標)、離散音源或某些其它音源。盡管本發明結合具有三個主聲道和兩個次聲道的實施例進行描述，但是本發明并不限于此。例如，可能僅存在兩個主聲道，例如左和右，和/或可能存在兩個以上的次聲道，例如五個次聲道(例如左前環繞(LFS)、左后環繞(LRS)、右前環繞(RFS)、右后環繞(RRS)和中環繞(CS))。次聲道的數量僅受耳機處理器的復雜性及其模擬在大量方向上布置聲音的能力的限制。
如圖2所示，裝置的一部分是配置為3:2編碼器的常規的現有技術的Dolby MP矩陣編碼器。矩陣編碼器10接收三個分立的輸入信號左前、中前和右前(L，C，R)，并生成兩個最后的輸出，即左總和右總(Lt和Rt)。C輸入被等分，并在電平降低3dB后與L和R輸入相加，從而維持恒定的聲音功率。
左總(Lt)和右總(Rt)編碼信號可以表示為Lt＝L+0.707C；和Rt＝R+0.707C，其中L是左前輸入信號，R是右前輸入信號，而C是中前輸入信號。當Lt編碼信號通過位于左部的前揚聲器再現時和Lt編碼信號通過位于右部的前揚聲器再現時，位于合適位置上的聽者可以感覺到虛擬或“幻象”中央聲道聲像。中央聲道的使用并不是必需的，可以予以省略，在這種情況下，L和R輸入信號可以直接耦合到揚聲器，而不需要任何矩陣來與中央聲道混合。如果使用編碼器矩陣，它不需要與中央聲道在-3dB下混合，而是可以使用某個其它的混合電平。在任何情況下，根據本發明，將希望通過兩個前置揚聲器再現的主聲道(例如左前、中前(如果使用的話)和右前聲道)并不通過耳機處理器和/或串擾消除器提供給兩個揚聲器。
依然參見圖2，將左環繞(Ls)和右環繞(Rs)輔助聲道信號提供給耳機處理器12的左環繞(Ls)和右環繞(Rs)輸入。耳機處理器12具有如上所述的特性。這種耳機處理器還可以具有用于左前(L)、中前(C)和右前(R)信號的輸入，如圖2所示；然而，并不使用這些輸入。如上面所解釋的，可能存在提供給耳機處理器12的其它輔助聲道信號，假如該設備能夠處理兩個以上的次聲道輸入的話。耳機處理器12提供兩個輸出信號左耳機(Lh)和右耳機(Rh)。這些輸出將向耳機聽者提供每個次聲道輸入來自所希望方向的感覺。Lh和Rh輸出信號并不提供給耳機，而是提供給串擾消除器14，它又提供Lh和Rh信號的串擾消除形式，在此標識為左消除(Lc)和右消除(Rc)。Lc信號可以附加地在加法器16內與Lt信號組合以生成左虛擬(Lv)信號，Rc信號可以附加地在加法器18內與Rt信號組合以生成右虛擬(Rv)信號。Lv信號隨后可以被耦合到合適的位于左前部的揚聲器(未圖示)，Rv信號隨后可以被耦合到合適的位于右前部的揚聲器(未圖示)。通過這些揚聲器對Lv和Rv信號的再現向位于合適位置上的聽者提供主聲道聲音的感覺，而沒有耳機處理器和/或串擾消除器處理的缺陷，同時提供次聲道聲音的改善的幻象聲像。
應當理解本發明及其各個方面的其它的改變和修改的實現對于本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本發明并不受所描述的這些本發明及其各個方面可以用硬件實現，或者實現為在數字信號處理器、編程的通用數字計算機和/或專用數字計算機內執行的軟件功能，或者實現為硬件和軟件功能的組合。模擬和數字信號流之間的接口可以通過合適的硬件和/或軟件和/或固件內的功能來實現。
權利要求
1.一種用于改善當由兩個揚聲器再現時多個聲道的空間感的方法，每個聲道代表一個方向，該方法包括經過耳機和串擾消除處理將所述聲道中的一些聲道提供給所述揚聲器；和在不經過耳機和串擾消除處理的情況下將所述聲道中的其它聲道提供給所述揚聲器。
2.根據權利要求1的方法，其中所述兩個揚聲器通常位于聽者前部，而且其中經過耳機和串擾消除處理將表示除了前方向之外的方向的聲道提供給所述揚聲器，而在不經過耳機和串擾消除處理的情況下將代表前方向的聲道提供給揚聲器。
3.根據權利要求1或2的方法，其中所述耳機處理包括將定向HRTF應用于經過耳機和串擾消除處理提供給所述揚聲器的聲道。
4.根據權利要求3的方法，其中所述耳機處理還包括將模擬反射和/或仿真環境添加給經過耳機和串擾消除處理提供給所述揚聲器的聲道。
5.根據權利要求1至4中任一權利要求的方法，其中在不經過耳機和串擾消除處理的情況下將聲道提供給所述揚聲器包括編碼這樣的聲道，以便當存在兩個以上的這樣的聲道時將這樣的聲道的數量減少到兩個。
6.根據權利要求5的方法，其中所述編碼包括矩陣編碼。
7.根據權利要求6的方法，其中所述矩陣編碼是3:2矩陣編碼。
8.一種用于改善當由兩個揚聲器再現時多個聲道的空間感的音頻設備，每個聲道代表一個方向，該設備包括一個處理器，接收所述聲道中的一些聲道，并提供兩個輸出信號，所述聲道處理器包括使用定向HRTF的耳機處理器和串擾消除器；第一加性組合器，接收所述處理器的輸出之一，根據其方向使用相對比例接收除提供給所述處理器的聲道之外的聲道，并提供用于所述揚聲器之一的信號；第二加性組合器，接收所述處理器的另一個輸出，根據其方向使用相對比例接收除提供給所述處理器的聲道之外的聲道，并提供用于所述揚聲器中另一個的信號。
9.權利要求8的設備，其中所述兩個揚聲器通常位于聽者的前部，而且其中將代表前方向的聲道耦合到第一和第二加性組合器，將代表除了前方向之外的方向的聲道耦合到所述耳機處理器。
10.根據權利要求8或9的設備，其中所述耳機處理器還包括模擬反射和/或仿真環境處理器。
11.根據權利要求8至10中任一權利要求的設備，還包括N:2矩陣編碼器，其中所述多個聲道中不耦合到耳機處理器的聲道通過N:2編碼器耦合到所述加性組合器。
12.根據權利要求8的設備，其中存在五個聲道L、C、R、Ls和Rs，所述處理器接收所述Ls和Rs信號，所述L、C和R聲道以相對比例提供給所述第一和第二加性組合器，使得L聲道的全部被所述組合器之一接收而R聲道不被其接收，R聲道的全部被所述組合器中另一個接收而L聲道不被其接收，C聲道以基本上相等的比例被每個所述組合器接收。
全文摘要
一種用于改善當由通常位于聽者前方的兩個揚聲器再現時多個聲道的空間感的方法，每個聲道代表一個方向，經過耳機和串擾消除處理將諸如代表除了前方向之外的其它方向的聲道的一些聲道提供給揚聲器，并在不經過耳機和串擾消除處理的情況下將諸如代表前方向的聲道的其它聲道提供給揚聲器。耳機處理包括將定向HRTF應用于經過耳機和串擾消除處理提供給揚聲器的聲道，還可以包括將模擬反射和/或仿真環境添加給經過耳機和串擾消除處理提供給揚聲器的聲道。
文檔編號H04S5/02GK1605226SQ02825105
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月6日 優先權日2001年12月18日
發明者克里斯托弗·查巴尼 申請人:杜比實驗室特許公司