專利名稱：緊湊的環繞聲系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有多個通道的環繞聲系統，用于淹沒多方向聲場中的聽者。更具體而言，本發明屬于一種能從單個緊湊箱體中產生環繞聲的環繞聲系統。
背景技術：
近些年來已廣泛使用了音頻/視覺系統中的多通道立體聲聲音。該技術中的趨勢已遠離了常規的立體聲音再現系統，并且朝向“環繞聲”系統，在其中聲場被動態地(并且有意地)移動到聽者的側面和后面。
為改進聽者感覺到的特性，多通道聲音再現系統是已知的，其除了左和右(以及最優地，中央)聲道以外還包括一個或多個環繞聲通道(在過去常常被稱為“環境”或“特效”通道)。這些系統現在在運動畫面劇院中是相對常見的，并且在用戶的家中變得越來越常見。在消費者家中這種系統的增長后面的驅動力是環繞聲家用視頻軟件的廣泛可用性，主要是為劇院發行制作并且隨后被傳遞給家用視頻介質(例如，數字視頻盤(DVD)、錄像帶、視頻盤和廣播或有線電視)的環繞聲運動畫面(電影)。
在以提供在聽者后面擴大的聲場或將聲像定位于聽者后面的方式來再現聲音的情況下，兩個(前)揚聲器被安排在聽者的左前和右前以便于左和右通道再現，并且至少一個或兩個后揚聲器被另外安排在聽者的后面以便于環繞或后通道再現。另外，現代環繞聲系統可包括在左前和右前揚聲器之間在聽者前面安排的中央揚聲器。為改進聲音質量，音頻信號的低頻部分可被導向附加的亞低音揚聲器。相對于聽者的壓低音揚聲器的準確位置對于環繞聲系統的總體性能并不是關鍵的。
然而，在普通家庭中，在房間中安排五到六個揚聲器是困難的。由于新的環繞聲系統常常與任何現有立體聲系統不兼容，用戶被遺留了這樣的選擇在一個房間中具有兩個共存的系統(將揚聲器的數量增加到七或八)或放棄老系統。這顯然是不令人滿意的，在近些年來已嘗試減小揚聲器的數量以產生環繞聲或至少提供新環繞聲系統和任何遺留的立體聲設備之間的較好集成。
致力于減小硬件部件數量的最先進的系統被描述于共同擁有的公開的國際專利申請No.WO-0123104中。在WO-0123104中，變換器陣列產生許多可獨立操縱的聲束。在工作中，聲束被引導于聽者左邊和右邊的反射表面或墻壁的適當位置并且被導向聽者后面的墻壁的左和右角。經反射的聲音向著聽者位置，即所謂的“最有效點”而聚集，這是以與以下非常相同的方式進行的就好象從位于這些位置的揚聲器被投影。因此，該系統解決了在房間的多于一個的位置中具有揚聲器的需要。
盡管對于許多應用是令人滿意的，仍認識到需要減小這種系統的總體尺度以便于安裝在較小的房間中。
因此，本發明的目的是改進WO-0123104的設備以產生一種系統，其能從具有與常規電視機可比的尺度的單個箱體中產生環繞聲。
發明內容
根據以上目的，本發明提供了一種如在獨立的權利要求中所要求的設備。
依照本發明的第一方面，提供了一種用于響應于音頻輸入信號而產生多個環繞聲通道的音頻系統，其在單個箱體或外殼中包括適合于接收環繞聲輸入信號的放大器系統和多個電聲變換器，其一些被安排為定相陣列，適合于通過在不同方向上引導環繞聲通道而基于所述環繞聲輸入信號來發射環繞聲，其中所述箱體包括至少一個左和至少一個右電聲變換器以及濾波器以轉移(divert)所述輸入信號的低頻成分以便于通過所述左和右變換器而發射。
本發明本質上是能從常規電視機尺寸的外殼在聽者位置處產生真實環繞聲環境的緊湊環繞聲系統，其利用了至少兩個低音揚聲器，每個都位于所述箱體的側面，以及位于前面的變換器的定相陣列。
在本發明的第一實施例中，低音揚聲器被用于再現環繞聲信號的低頻成分，而變換器陣列產生在信號中存在的左、右、中央、環繞左/右和其它通道。
在更優選的實施例中，所述系統包括發射模式控制以便于迅速適應于不同的環境。更具體而言，新型的音頻系統能改變環繞聲再現的左和右通道被發射的模式，從而使變換器能為了發射特定通道的目的而被激勵或停用。新特征增強了在各種環境中的和用于各種用戶喜好的系統可用性。
從參照以下附圖進行的對非限制性實例的以下詳述來看，本發明的這些和其它方面將是顯而易見的。
在附圖中圖1A是依照本發明的音頻系統的透視圖；圖1B是圖1A的系統的水平橫截面；圖2是依照本發明的音頻系統的方塊圖；圖3是說明圖2系統的部分方面的示意圖；圖4是說明圖2系統的進一步細節的示意圖；并且圖5說明了圖2系統的發射模式控制的細節。
具體實施例方式
在圖1的附圖中，所示為具有單個箱體(或外殼)110的音頻系統100。前板111承載變換器陣列121。左和右側面112、113分別被用于安裝左和右低音揚聲器122(WL)、123(WR)。借助箱體110進一步封裝的是放大器部130，其通過輸入插座131而連接于諸如DVD播放器或接收器的外部音頻信號源。放大器部具有由主電源133饋送的功率單元132。
圖2的基本方塊圖示出了放大器部130的主要部件。多通道音頻信號被假定作為經編碼的數字位流211而到達。數字數據進入解碼器系統212，其將所述信號分成各種音頻通道信號，包括左L、右R和中央C通道、環繞通道SC(環繞或左后、環繞或右后等)以及低頻效果通道LFE。
由此被解碼的信號形成到交叉系統(crossover system)213的輸入，該系統控制各種音頻通道中的低頻成分的分配。如圖3中所示，適當的增益調節311之后的L、R、C通道和n個環繞通道均使用高通和低通濾波器312、313來進行帶分裂，并且其低頻成分與LFE信號一起被添加給低音通道以最終通過左和右低音通道WL、WR來發射。高頻成分被通過。
要通過WL和WR通道發射的其它信號是由待在以下描述的發射模式控制系統214來確定的。
圖2中所示的交叉系統213和發射模式控制系統214兩者均在常規情況下被實施為數字信號處理單元215的子部分，該處理單元為整個定相變換器陣列121和低音WL、WR而控制功率驅動器單元216。該系統能產生要直接被投影向聽者或從墻壁和/或天花板反射的聲音的可獨立操縱的窄束。這樣的系統是可用的并且可從申請人Limited處購買。有關定相變換器陣列的實施和操作的進一步細節在以下參照圖4而被描述。
在圖4中，環繞通道43將輸入提供給多通道采樣速率轉換器44以便于轉換成標準采樣速率和位長度。采樣速率轉換器級44的輸出被組合成包括所有通道的單個高速串行信號。
經串行化的數據進入數字信號處理(DSP)單元45以進一步處理該數據。該單元包括一對商用Texas Instruments TMS320C6701 DSP，其以133MHz運行并且以浮點格式進行大部分計算。
第一DSP進行濾波以補償所使用的變換器的頻率響應中的不規律性。它提供了四倍的過度采樣和插值以去除由過度采樣過程產生的高頻成分。
第二DSP進行量化和噪聲成形從而以195kHz的采樣速率將字長度減小到九位。
來自第二DSP的輸出被使用總線451而并行分配給十一個商用Xilinx XCV200現場可編程門陣列(FPGA)46。門陣列為每個通道和每個變換器施加唯一的時間延遲。其輸出是輸入的許多不同版本或復制品，其數量等于變換器的數量乘以通道的數量。由于在該實例中，變換器121的數量是74，輸入的幾百個不同版本或復制品被產生于該級。通道的各個版本被求和于用于每個變換器的加法器47-1到47-n并且被傳遞給脈沖寬度調制器(PWM)48-1到48-n。每個脈沖寬度調制器都驅動D級(class-D)輸出級49-1到49-n，其電源電壓可被調節以控制到變換器121的輸出功率。值得注意的是，從系統控制的觀點來看，左和右低音揚聲器WL、WR可被當作陣列的變換器121。
系統初始化處于微控制器491的控制下。一旦被初始化，微控制器被用于通過紅外線遠程控制器(未示出)從用戶獲取方向和音量調節命令，在系統顯示器上顯示它們，并且將其傳遞給第三DSP 492。
系統中的第三DSP 492被用于計算每個變換器上的每個通道所需的時間延遲以能將每個通道操縱到不同方向上。例如，第一對通道可被導向房間的右和左側壁(相對于環繞聲再現系統的位置)，而第二對被導向后壁的右和左方以產生環繞聲。由此建立的延遲要求在相同的并行總線451上被分配給FPGA 46以作為數據采樣。以上步驟的大多數被更詳細地描述于在此引入作為參考的WO-0123104中。
通過用控制變換器121的輸出的發射矩陣來覆蓋通道信息，微控制器491和DSP 492可控制發射模式。
在圖5的實例中，發射矩陣是n個數的陣列或矢量，其中陣列中數的位置表示由該數的值來控制的變換器。發射矩陣可被實施為“1”和“0”的集合。“1”表示變換器將輸出討論中的通道而零阻塞它。
不同的發射模式是通過將對應的發射矩陣加載到微控制器的存儲器中而實施的。三個特定的發射模式被預期用于左和右信號通道第一L/R發射模式將左和右通道分別導向左和右低音。在圖5A中，用于該模式的矩陣被示出有表示低音變換器的底部角位置WL和WR。被示出為圖5B中的矩陣的第二L/R發射模式將左通道導向陣列的變換器的第一列而將右通道正好導向變換器陣列的最后列，然而不包括低音。在如圖5C中所示的第三發射模式中的是簡單的直通模式，其允許左和右通道由全陣列來發射并因此被發射為可操縱的束。這些束被對著反射表面而引導并且在反射之后，被感覺成源自反射點。
容易理解發射模式可如何被適配以包括根據需要對發射通道添加或減去變換器的其它變換器配置。例如，低頻成分可被導向位于陣列以下或中間的前面處的低音揚聲器。
權利要求
1.一種用于響應于音頻輸入信號而產生多個環繞聲通道的音頻系統，包括單個箱體中的放大器系統，其適合于接收環繞聲輸入信號，以及多個電聲變換器，其被部分地安排成定相陣列并適合于基于所述環繞聲輸入信號而發射環繞聲，其中所述箱體包括至少一個左和至少一個右電聲變換器和濾波器以轉移所述輸入信號的低頻成分以便于通過所述左和右變換器而發射。
2.權利要求1的音頻系統，其具有被安裝在所述箱體的前面上的定相陣列以及相應側面處的左和右變換器。
3.權利要求2的音頻系統，包括配置系統以在預定環繞聲發射模式之間選擇，所述模式激勵和停用變換器以便于發射環繞聲的特定通道。
4.權利要求3的音頻系統，其中配置系統在環繞聲的左和右通道的發射模式之間選擇。
5.權利要求4的音頻系統，其中配置系統適合于根據外部控制信號的設置將左和右的通道的發射開關到左和右變換器、定相陣列的變換器的左和右列、全定相陣列或其組合。
全文摘要
一種用于響應于音頻輸入信號而產生多個環繞聲通道的音頻系統，在單個箱體中包括放大器系統，其適合于接收環繞聲輸入信號，以及多個電聲變換器，其被部分地安排成定相陣列并適合于基于所述環繞聲輸入信號而發射環繞聲，其中所述箱體包括至少一個左和至少一個右電聲變換器和濾波器以轉移所述輸入信號的低頻成分以便于通過所述左和右變換器而發射。
文檔編號H04R3/14GK1636420SQ03804235
公開日2005年7月6日 申請日期2003年2月17日 優先權日2002年2月19日
發明者P·T·特羅頓, I·A·比內克, M·R·謝潑德 申請人:1...有限公司