專利名稱：三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法
技術領域：
本發明涉及5.1通路環繞聲技術領域，具體涉及一種三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法。
背景技術：
5.1通路系統已被推薦為環繞聲的國際標準，并已被廣泛應用于家用聲重發。它采用前方左L0、中C0、右R0以及左環繞LS0、右環繞RS0共五個獨立的全頻帶通路及揚聲器，再加上一路可選擇的低頻效果通路LFE0，從而重發出環繞傾聽者的聲音聽覺效果。按國際電信聯盟(ITU)推薦的標準，各揚聲器的方位角分別為(水平面內坐標選取為-180°＜θ≤180°，θ＝0°為正前方，θ＝90°為正左方)θL＝30°θR＝-30°θC＝0°θLS＝110°θRS＝-110° (1)但是5.1通路系統需要多個獨立的揚聲器，較為復雜。而對于電視及多媒體計算機等應用，以及由于室內條件的限制，有時并不一定適合布置環繞聲的多個揚聲器。
近年，國外有人提出了5.1通路環繞聲的兩揚聲器虛擬重發系統，如圖1所示。其基本原理是將(來自DVD等的)5.1通路信號經過頭相關傳輸函數(HRTF)進行信號處理和混合后(這里略去了低頻效果通路LFE0，事實上，對LFE通路信號的處理和C0信號是類似的)，變成兩通路信號，再利用一對布置在前方±30°的真實左、右揚聲器進行重發，從而將多通路系統的其它揚聲器虛擬出來，達到節省揚聲器，簡化系統的目的。這類系統普遍存在一定的缺陷，特別是聽音區域較窄。
為了擴大聽音區域，O.Kirkeby提出一種稱為“立體聲偶極”的虛擬重發系統，它的基本原理和兩揚聲器虛擬重發系統一樣，但將左、右揚聲器布置在±5°的位置上。由于“立體聲偶極”需要對信號的低頻部分作較大的提升，信號處理較為困難。
而J.L.Bauck和D.H.Copper提出采用前方左、中、右三個全頻帶揚聲器的三揚聲器虛擬重發系統，如圖2所示。其基本原理是將(來自DVD等的)5.1通路信號經過頭相關傳輸函數(HRTF)進行信號處理和混合后，變成三通路信號，再利用前方布置在±30°和0°的真實的左、右、中置揚聲器進行重發。雖然三揚聲器系統可提高虛擬聲像的穩定性，但在實際應用中，由于正前方已放置了電視機(或計算機的顯示器)，再布置一個全頻帶的中置揚聲器較困難，通常只能將中置揚聲器布置在電視機的上方。但這經常會導致中置與左右揚聲器不在同一水平面上，以及中置揚聲器系統的高低音單元不在正前方的位置，這些都會影響重發聲像的定位。
J.L.Bauck提出采用兩對不同張角的揚聲器的虛擬重發系統，如圖3所示。其中張角較大(如布置在電視機兩邊)的一對揚聲器重發低頻虛擬聲信號，另一對體積較小(布置在電視機上方)的“立體聲偶極”重發高頻虛擬聲信號。雖然這種重發方法改善了高頻聲像的穩定性，但信號處理和揚聲器布置較為復雜，且不易與普通立體聲兼容。
發明內容
本發明為解決上述現有技術中存在的缺陷，提供一種三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法，本發明采用高頻中置揚聲器，該方法能擴大重發時的聽音區域，在電視、多媒體計算機等實際應用中揚聲器也易于布置，同時也和普通立體聲兼容。
本發明的三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法，包括如下步驟第一步輸入原始的5.1通路信號左通路信號L0、右通路信號R0、中心通路信號C0、左環繞通路信號LS0、右環繞通路信號RS0、低頻效果通路信號LFE0；第二步將原始的左、右通路信號L0、R0分別直接饋到左、右全頻帶揚聲器的信號混合器；第三步將原始的中心通路信號C0經傳輸函數為HHP的高通濾波后饋到高頻中置揚聲器的信號混合器，以直接產生高頻的前方聲像；而中心通路信號C0經過傳輸函數為HLP的低通濾波和-3dB衰減后，同時饋給左、右全頻帶揚聲器的信號混合器，以合成低頻的前方聲像；第四步原始的左環繞通路信號LS0經過虛擬處理，也就是分別與三個從水平面90°頭相關傳輸函數得到的函數A’(90°，ω)、B’(90°，ω)、D’(90°，ω)進行頻域相乘，得到三個信號A’(90°，ω)LS0、B’(90°，ω)LS0、D’(90°，ω)LS0，然后分別饋到左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器的信號混合器，虛擬出90°方向的左環繞揚聲器；第五步原始的右環繞通路信號RS0經過虛擬處理，也就是分別與三個從水平面-90°頭相關傳輸函數得到的函數A’(-90°，ω)、B’(-90°，ω)、D’(-90°，ω)進行頻域相乘，得到三個信號A’(-90°，ω)RS0、B’(-90°，ω)RS0、D’(-90°，ω)RS0，然后分別饋到左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器的信號混合器，虛擬出-90°方向的右環繞揚聲器；第六步原始的低頻效果通路信號LFE0經-3dB衰減后，同時饋給左、右全頻帶揚聲器的信號混合器；第七步分別對饋給左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器的輸入信號進行混合(相加)，得到L″、R″、C″三個信號，然后分別饋給布置在±30°的左、右全頻帶揚聲器和0°的高頻中置揚聲器重發。
本發明的原理是在采用揚聲器的虛擬聲重發中，傾聽者偏離理想的聽音位置時，雙耳處的迭加聲壓將會改變。但對一定偏離距離，由于低頻聲波的波長較長，雙耳處迭加聲壓的相位改變較少，因而引起的聲像畸變較少；反之高頻聲波的波長較短，聲像畸變較大。本發明提出對高頻部分信號，采用左、中、右三個揚聲器重發，以提高聲像的穩定性，擴大聽音區域。低頻部分信號是由左、右兩揚聲器重發，由于低頻聲像隨傾聽者的位置漂移較少，所以也可以接受。實際應用中，可采用兩個全頻帶的左、右揚聲器，而中置揚聲器可采用體積較小的高頻揚聲器，這樣也容易布置(如中置揚聲器布置在電視機的上方)。同時，對于低頻信號，由于左、右揚聲器之間的張角不至于太小(相對立體偶極而言)，因而不會給信號處理帶來太大的困難，并且與普通的雙通路立體聲的揚聲器布置兼容。
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1.本發明對來自DVD等的5.1通路環繞聲的5+1個獨立原始(也可以是Dolby Surround的四路)信號進行處理后，用前方一對真實的左、右全頻帶揚聲器和一個高頻中置揚聲器進行重發，可產生整個前半平面的環繞聲效果，從而達到節省重發揚聲器的目的；2.本發明將重發虛擬環繞聲的一對左、右全頻帶揚聲器布置在±30°的位置，并采用高頻中置揚聲器，該布置可擴大聽音區域，方便于實際應用，信號處理也簡單可行，并且與普通的雙通路立體聲的揚聲器布置兼容，這種新的揚聲器布置特別適用于電視和多媒體計算機的應用；3.本發明可采用通用信號處理芯片(DSP硬件)電路或專用的集成電路實現，也可采用算法語言(如VC++)編制的軟件在多媒體計算機上實現；
4.本發明可作為算法寫入專用硬件芯片，用于DVD、電視(包括DTV和HDTV)、家庭影院等方面的聲音重發，也可作為硬件或軟件用在多媒體計算機的聲音重發。
圖1是5.1通路環繞聲的兩揚聲器虛擬重發系統；圖2是三揚聲器虛擬聲重發系統；圖3是兩對不同張角的揚聲器的虛擬重發系統；圖4是本發明的三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法的原理圖；圖5是圖4中5.1通路環繞聲的揚聲器布置及揚聲器到雙耳的傳輸示意圖；圖6是采用高頻中置揚聲器虛擬聲的原理圖；圖7是本發明的信號處理流程和揚聲器布置圖；圖8是信號處理軟件的流程圖；圖9是聲像定位的實驗結果圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步地說明。
圖4是本發明的三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法的原理圖，它對輸入的5.1通路環繞聲信號進行虛擬處理后，用一對布置在前方±30°的左、右全頻帶揚聲器和一個布置在正前方0°的高頻中置揚聲器重發。
對于5.1通路環繞聲原始的左、右通路信號L0和R0，本發明是分別直接饋給左、右全頻帶揚聲器，以產生前方范圍的立體聲像分布。
對于5.1通路環繞聲原始的中心通路信號C0，本發明利用高通和低通濾波器將其高頻和低頻部分分開。其中高頻部分是直接饋給高頻中置揚聲器重發，而低頻部分經-3dB衰減后同時饋給左、右全頻帶揚聲器重發(衰減-3dB是為保證信號的功率守恒)，以產生正前方的虛擬聲像。
對于5.1通路環繞聲原始的低頻效果通路信號LFE0，本發明是經-3dB衰減后同時饋給左、右全頻帶揚聲器重發。
對于5.1通路環繞聲原始的左、右環繞通路信號LS0、RS0，本發明提出利用高通和低通濾波器將其高頻和低頻部分分開。對信號的低頻部分，采用左、右兩真實的全頻帶揚聲器進行虛擬重發；對信號的高頻部分，采用左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器進行虛擬重發，也就是利用左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器將兩個環繞揚聲器虛擬出來。由于左、右環繞通路信號LS0、RS0的低頻和高頻部分分別用兩個和三個揚聲器進行虛擬重發，因而信號的高、低頻部分的處理是不同的。
圖5是圖4中5.1通路環繞聲的揚聲器布置及揚聲器到雙耳的傳輸示意圖。以左環繞通路信號LS0為例，在真實的5.1通路環繞聲重發中，布置在θ＝θLS方向的左環繞揚聲器到雙耳的頻域傳輸函數(HRTF)分別為HlLS、HrLS，它產生的雙耳聲壓PL，PR分別為PL＝HlLSLS0PR＝HrLSLS0(2)本發明中，左環繞通路信號LS0的低頻部分由布置在±30°的左、右全頻帶揚聲器虛擬重發。設左、右全頻帶揚聲器到傾聽者雙耳的四個頻域傳輸函數(HRTF)分別為H11、Hrl、H1r、Hrr(如圖1所示)，左、右全頻帶揚聲器的信號分別為L、R，那么傾聽者雙耳處的聲壓為PL′＝HllL+HlrRPR′＝HrlL+HrrR (3)如果適當選擇L和R，使得全頻帶揚聲器重發時的雙耳聲壓與單聲源時的情況相等，也就是(2)式與(3)式相等，就可在聽覺中虛擬出θLS方向的左環繞揚聲器(聲像)。考慮到揚聲器布置和人類聽覺器官的左右對稱性，可設Hll＝Hrr＝α，Hlr＝Hrl＝β，由此可得L=αHlLS-βHrLSα2-β2LS0---R=αHrLS-βHlLSα2-β2LS0---(4)]]>因而在兩揚聲器重發中，只要對輸入的左環繞通路信號LS0的低頻部分按上式進行處理即可得到相應方向的(低頻)虛擬揚聲器。
本發明中，左環繞通路信號LS0的高頻部分由左、右、中三個真實揚聲器進行虛擬重發。設新增加的高頻中置揚聲器到傾聽者左、右耳的傳輸函數為HlC＝HrC＝γ(如圖2所示)，和(4)式的推導類似，可以證明，當輸入的左環繞通路信號LS0的高頻部分按下式處理(式中α，β同(4)式，*號表示復數共軛)，并饋給三個揚聲器，即可在聽覺中產生θLS方向的虛擬左環繞揚聲器L′＝(XHlLS+YHrLS)LS0C′＝Z(HlLS+HrLS)LS0R′＝(YHlLS+XHrLS)LS0(5)X=Mα*-Pβ*M2-P2---Y=Mβ*-Pα*M2-P2---Z=Qγ*M2-P2---(6)]]>M＝|α|2+|β|2+|γ|2P＝|γ|2+αβ*+βα*Q＝|α|2+|β|2-αβ*-βα*圖6是采用高頻中置揚聲器虛擬聲的原理圖。輸入的左環繞通路信號LS0經低通和高通濾波器后，分別按(4)和(5)式進行兩揚聲器和三揚聲器虛擬聲信號處理，分別得到兩組信號L、R和L’、R’、C’，再把它們混合后饋給揚聲器。設低通和高通濾波器的頻域傳輸函數分別為HLP(ω，ω0)、HHP(ω，ω0)，ω0為濾波器的分頻角頻率。由圖5和(4)、(5)兩式，實際重發中饋給左、右和中置三個揚聲器的信號分別為L′′=L+L′=[αHlLS-βHrLSα2-β2HLP(ω,ω0)+(XHlLS+YHrLS)HHP(ω,ω0)]LS0]]>R′′=R+R′=[αHrLS-βHlLSα2-β2HLP(ω,ω0)+(YHlLS+XHrLS)HHP(ω,ω0)]LS0]]>C″＝C′＝[Z(HlLS+HrLS)HHP(ω，ω0)]LS0(7)其中，X、Y、Z由(6)式給出。
低通和高通濾波器的設計與通常的揚聲器系統的分頻網絡類似。它們的傳輸函數為|HLP|=11+(ω/ω0)2n---|HHP|=(ω/ω0)n1+(ω/ω0)2n---|HLP|2+|HHP|2=1---(8)]]>n為濾波器的階數(這里取n＝6)，在ω＝ω0時，濾波器有-3dB衰減，而右邊的式表明濾波器的輸出總功率與頻率無關。
(7)式還可以寫成以下的形式L″＝A(θLS，ω)LS0R″＝B(θLS，ω)LS0C″＝D(θLS，ω)LS0(9)其中A(θLS，ω)、B(θLS，ω)和D(θLS，ω)分別表示(7)式給出的三個公式中方括號內的量。
(9)式表明，輸入的左環繞通路信號LS0分別與A(θLS，ω)、B(θLS，ω)、D(θLS，ω)三個函數進行頻域相乘后即可得到L″、R″和C″，將它們分別饋給左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器后，即可虛擬出θLS方向的左環繞揚聲器。而A、B、D三個函數是和擬產生的虛擬環繞揚聲器方向θLS有關的。事實上，(9)式相當于把圖4的信號處理的頻率分頻、兩揚聲器和三揚聲器虛擬處理、信號混合等步驟合在一起進行。由于圖4的系統是線性系統，這顯然是可行的。
用類似的方法，只要將輸入的右環繞通路信號RS0分別與A(θRS，ω)、B(θRS，ω)、D(θRS，ω)三個函數進行頻域相乘后可得到L″、R″和C″，將它們分別饋給左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器后，即可虛擬出θRS方向的右環繞揚聲器。而A、B、C三個函數只要在(7)式方括號內的量中，將HlLS、HrLS換為HlRS、HrRS(布置在θ＝θRS方向的右環繞揚聲器到雙耳的頻域傳輸函數)即可。
至于虛擬環繞揚聲器布置角度θLS、θRS的選擇，由于在虛擬重發中，利用前半平面的揚聲器布置是不可能產生穩定的后半平面聲像的，后半平面聲像會出現在前半平面的鏡像位置上。作為一種妥協的方法，本發明為確保前半平面±90°范圍內的聲像，將兩個環繞揚聲器虛擬在±90°的方向而不是±110°方向上。事實上，按Dolby實驗室的標準，在實際的5.1通路環繞聲重發中，當房間條件受到限制時，是可以將兩個環繞揚聲器前移到±90°的方向的。
但是(9)式的信號處理是和頻率有關的，因而會引起重發的音色改變。為了減少重發中音色的改變，本發明還引入了對音色進行重新均衡的信號處理。由于在立體聲的揚聲器重發中，聲像位置只是由通路信號間的相對振幅和相對相位所決定的，各通路的信號同時乘(除)以一個頻率的函數并沒有改變信號的相對振幅和相位關系，因而不會引起虛擬聲像位置的改變。但這種處理改變了系統輸出的總功率譜，因而就改變了音色。可利用這種方法對音色進行重新均衡。以左環繞通路信號LS0為例，在(9)式的信號處理中，如果各式同時除以一個因子(|A|2+|B|2+|D|2)1/2，則可得到經過均衡后的重發信號L″＝A′(θLS，ω)LS0R″＝B′(θLS，ω)LS0C″＝D′(θLS，ω)LS0(10)其中(11)A′(θLS,ω)=A(θLS,ω)|A(θLS,ω)|2+|B(θLS,ω)|2+|D(θLS,ω)|2]]>B′(θLS,ω)=B(θLS,ω)|A(θLS,ω)|2+|B(θLS,ω)|2+|D(θLS,ω)|2]]>D′(θLS,ω)=D(θLS,ω)|A(θLS,ω)|2+|B(θLS,ω)|2+|D(θLS,ω)|2]]>可以看出，(10)式的信號滿足|L″|2+|R″|2+|C″|2＝|LS0|2(12)所以經過均衡后，各通路信號的總功率將等于或正比于原始左環繞通路信號LS0的功率|LS0|2，而信號處理不會引起音色的改變。
類似地，也可對右環繞通路信號RS0的信號處理進行音色均衡。只要在(10)和(11)式中，將參數θLS換為θRS即可。
圖7是本發明的信號處理流程和揚聲器布置圖。本發明可以利用通用的信號處理芯片所做成的硬件電路實現，也可以設計成專用的集成電路芯片實現，還可以設計成軟件在多媒體計算機上實現。本發明可用于DVD、電視、家庭影院、多媒體計算機等方面。
實施例一 DVD與電視的應用將DVD解碼輸出或從數字電視廣播得到的5.1通路環繞聲(數字)信號按圖7的方法進行虛擬處理后，得到三路信號L″、R″和C″，然后分別饋給一對前方±30°的全頻帶揚聲器和一個布置在正前方(電視機上方)的高頻中置揚聲器，重發出環繞聲的效果。其中，虛擬信號處理可作為DVD機內的一部分硬件電路，也可作為電視機的一部分硬件電路。
實施例二 家庭影院的應用將DVD解碼輸出的5.1通路環繞聲(數字)信號饋給家庭影院的放大器，圖7的虛擬信號處理是作為放大器內的一部分功能電路。得到三路信號L″、R″和C″，然后分別饋給外接的全頻帶左、右和高頻中置揚聲器進行重發。
實施例三 多媒體計算機的應用由計算機的DVD-ROM讀取，并經解碼得到5.1通路環繞聲(數字)信號，然后用計算機軟件實行圖7的虛擬信號處理，也可以在計算機的聲卡上用專用的硬件電路實現，得到三路信號L″、R″和C″，由聲卡輸出到外接的全頻帶左、右和高頻中置揚聲器進行重發。
本發明具體介紹用軟件在多媒體計算機上的實現信號處理所用的頭相關傳輸函數HRTF可通過理論計算或實驗測量得到，這里所用的HRTF函數采樣頻率為是44.1kHz，長度512點(也可以是256點或128點)，分辨率16bit，自由場均衡。
圖8是信號處理軟件的流程圖，信號處理過程就是(從DVD-ROM或硬盤)讀入原始的5.1通路環繞聲信號，在對它進行虛擬處理后，饋給揚聲器重發。假定5.1通路環繞聲的原始信號是時域的數字信號第一步在DVD-ROM中讀入原始的5.1通路時域信號，記為l0、r0、c0、ls0、rs0、lfe0。
第二步利用FFT算法將5.1通路時域信號轉換為原始的頻域信號左通路信號L0、右通路信號R0、中心通路信號C0、左環繞通路信號LS0、右環繞通路信號RS0、低頻效果通路信號LFE0，并存入緩存器。
第三步將原始的中心通路信號C0與高通濾波器的傳輸函數HHP相乘，得到HHPC0；將原始的中心通路信號C0與低通濾波器的傳輸函數HLP相乘，并乘0.707，得到0.707 HLPC0。
第四步將原始的低頻效果通路信號LFE0乘0.707，得到0.707 LFE0。
第五步將原始的左環繞通路信號LS0分別與頻域函數A’(90°，ω)、B’(90°，ω)、D’(90°，ω)進行相乘，得到A’(90°，ω)LS0、B’(90°，ω)LS0、D’(90°，ω)LS0。
第六步將原始的右環繞通路信號RS0分別與頻域函數A’(-90°，ω)、B’(-90°，ω)、D’(-90°，ω)進行頻域相乘，得到A’(-90°，ω)RS0、B’(90°，ω)RS0、D’(90°，ω)RS0。
第七步將左通路信號L0、0.707 HLPC0、A’(90°，ω)LS0、A’(-90°，ω)RS0、0.707 LFE0相加，得到L″。
第八步右通路信號R0、0.707 HLPC0、B’(90°，ω)LS0、B’(-90°，ω)RS0、0.707 LFE0相加，得到R″。
第九步將HHPC0、D’(90°，ω)LS0、D’(-90°，ω)RS0相加，得到C″。
第十步將L″、R″、C″三個信號分別用IFFT變換到時域，并經D/A變換為模擬信號，饋給揚聲器。
如上所述，即可較好地實現本發明。
用聲像定位實驗驗證本發明的實際效果。用軟件(Cooledit Pro 1.2)在計算機聲頻工作站中產生原始的5.1通路信號，信號采樣頻率為44.1kHz，量化精度為16bit，并存在硬盤上。由于在原始的5.1通路系統中，信號是通過分立一對的方法饋給揚聲器的，也就是將信號只饋給某一揚聲器而其它揚聲器的信號為零，利用單一揚聲器產生其方向上的聲像。而將信號(同相位)饋給一對相鄰的揚聲器，利用信號的聲級差產生這對揚聲器之間的聲像。例如將信號饋給圖5的前方C0揚聲器(0°)和L0揚聲器(30°)，而其它揚聲器信號為零，通過調節中心通路信號C0和左通路信號L0的振幅比(聲級差)，就可以得到這對揚聲器之間的聲像。因此，在本發明中也是按分立--對的方法產生具有不同的通路聲級差的原始5.1通路信號。
將原始的5.1通路信號按圖7進行虛擬信號處理后，饋給左、右和高頻中置三個真實揚聲器進行重發。實驗在一混響時間為0.15s的聽音室內進行，揚聲器布置在半徑為2.0m的圓周上，其中左、右揚聲器布置張角分別取±15°和±30°兩種情況。信號處理所用的HRTF采用的剛球模型計算所得的數據。而高通和低通濾波器的分頻點f0＝300Hz。實驗所用的是語言信號(普通話男聲)，信號時間長度為20秒。
實驗時，讓傾聽者判斷具有不同的通路聲級差的5.1原始通路信號在虛擬重發時的聲像位置，取八名傾聽者的平均值作為最后的實驗結果，并算出相應的均方差σ。
由于重發虛擬聲的左、右全頻帶揚聲器的位置與原始的5.1通路系統的標準完全一致(見(1)式)，并不需要虛擬的方法。因而對于前方(0°≤θI≤30°)聲像，是由兩個±30°真實揚聲器和一個正前方(0°)的高頻(真實)揚聲器產生，其原理和普通的聲級差型立體聲類似，并且過去研究已有相應的實驗結果，在此就不再重復。
5.1通路環繞聲的側向聲像是通過左通路和左環繞通路產生的，在原始的5.1通路信號中，左通路信號L0、左環繞通路信號LS0不為零，而其他通路的信號R0＝C0＝RS0＝0。而對虛擬重發的情況，側向聲像是由位于30°的真實揚聲器和90°的虛擬揚聲器共同產生。通過調節原始通路信號的聲級差d＝20log(LS0/L0)(dB)，可產生不同方向的側向聲像。圖9是聲像定位的實驗結果圖，它給出了虛擬重發的側向聲像方向θI的實驗值和均方差。為比較，圖9中還給出了用以下的多通路環繞聲聲像定位公式計算所得到的，把左通路信號L0、左環繞通路信號LS0饋給假設布置于30°和90°揚聲器的聲像位置的理論值。
sinθI=0.5L0+LS0L0+LS0---(13)]]>由圖9可以看出，在原始通路信號聲級差d＝20log(LS0/L0)由-24dB變化到24dB的過程中，聲像位置的實驗值和(13)式的理論值(理想值)的變化趨勢是一致的(當d由-∞dB連續變化到+∞dB時，θI的理論值由+30°連續變化到+90°)，但數值上有一定的差別。特別是側向聲像，實驗值較理論值向前方偏移。例如，對d＝24dB，θI的理論值為76.2°，實驗值為64.0°。側向聲像位置畸變主要是由實際的傾聽者的頭部尺寸與虛擬聲信號處理所用頭部模型的尺寸的差別引起的。
對真正的5.1通路環繞聲重發，后方聲像是通過布置在±110°左、右環繞揚聲器產生。但在虛擬重發中，布置在前半平面的真實揚聲器是不能產生穩定的后半平面的聲像的。事實上，在真正的5.1通路環繞聲重發中，如果將兩個環繞揚聲器布置在±90°的方向上，也不能產生穩定的后半平面聲像。因此這里沒有給出虛擬重發時后方聲像的定位結果。
本發明用前方一對真實的左、右全頻帶揚聲器和一個高頻中置揚聲器進行重發，可產生整個前半平面的環繞聲效果，從而達到節省重發揚聲器的目的；另外本發明將重發虛擬環繞聲的一對左、右全頻帶揚聲器布置在±30°的位置，并采用高頻中置揚聲器，該布置可擴大聽音區域，方便于實際應用，信號處理也簡單可行，并且與普通的雙通路立體聲的揚聲器布置兼容，這種新的揚聲器布置特別適用于電視和多媒體計算機的應用。
本發明的研究得到《國家自然科學基金，編號10374031》的資助。
權利要求
1.一種三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法，其特征是，包括如下步驟第一步輸入原始的5.1通路信號左通路信號L0、右通路信號R0、中心通路信號C0、左環繞通路信號LS0、右環繞通路信號RS0、低頻效果通路信號LFE0；第二步將原始的左、右通路信號L0、R0分別直接饋到左、右全頻帶揚聲器的信號混合器；第三步將原始的中心通路信號C0經傳輸函數為HHP的高通濾波后饋到高頻中置揚聲器的信號混合器，以直接產生高頻的前方聲像；中心通路信號C0經過傳輸函數為HLP的低通濾波和-3dB衰減后，同時饋給左、右全頻帶揚聲器的信號混合器，以合成低頻的前方聲像；第四步原始的左環繞通路信號LS0經過虛擬處理，得到三個信號A’(90°，ω)LS0、B’(90°，ω)LS0、D’(90°，ω)LS0，然后分別饋到左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器的信號混合器，虛擬出90°方向的左環繞揚聲器；第五步原始的右環繞通路信號RS0經過虛擬處理，得到三個信號A’(-90°，ω)RS0、B’(-90°，ω)RS0、D’(-90°，ω)RS0，然后分別饋到左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器的信號混合器，虛擬出-90°方向的右環繞揚聲器；第六步原始的低頻效果通路信號LFE0經-3dB衰減后，同時饋給左、右全頻帶揚聲器的信號混合器；第七步分別對饋給左、右全頻帶揚聲器和高頻中置揚聲器的輸入信號進行混合，得到L″、R″、C″三個信號，然后分別饋給布置在±30°的左、右全頻帶揚聲器和0°的高頻中置揚聲器重發。
2.根據權利要求1所述的三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法，其特征是，第四步中對原始的左環繞通路信號LS0的虛擬處理，就是將左環繞通路信號LS0分別與三個從水平面90°頭相關傳輸函數得到的函數A’(90°，ω)、B’(90°，ω)、D’(90°，ω)進行頻域相乘。
3.根據權利要求1所述的三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法，其特征是，第五步中對原始的右環繞通路信號RS0的虛擬處理，就是將原始的右環繞通路信號RS0分別與三個從水平面-90°頭相關傳輸函數得到的函數A’(-90°，ω)、B’(-90°，ω)、 D’(-90°，ω)進行頻域相乘。
全文摘要
本發明公開了一種三揚聲器虛擬5.1通路環繞聲的信號處理方法，它先輸入5.1通路信號L
文檔編號H04S5/00GK1596037SQ20041002806
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月14日 優先權日2004年7月14日
發明者謝菠蓀, 仝菁 申請人:華南理工大學