耳機虛擬環繞聲信號處理方法、裝置及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及音頻信號處理技術領域，具體地說，設及一種立體聲耳機重放的虛擬 環繞聲信號處理方法、裝置及系統。
【背景技術】
[0002] 為了全面反映聲場的空間信息，通常利用環繞聽音者的若干方位揚聲器實現聲信 號的S維音效回放，常見的環繞聲系統有5.1通路環繞聲系統、6.1通路環繞聲系統、7.1通 路環繞聲系統等。雖然運些環繞聲系統能夠再現原聲場中各聲源的方位信息，使聽音者有 一種被來自不同方向的聲音包圍的感覺，猶如身臨其境，但是運些環繞聲系統一般需要5至 8個揚聲器，成本高且需要占據一定空間，難W在手機或平板電腦等小型設備上使用。
[0003] 隨著環繞聲技術的發展與應用，出現了其他種類的環繞聲系統，比如虛擬環繞聲 系統。由于虛擬環繞聲系統只需兩個獨立的揚聲器或耳機，硬件上較為簡單。
[0004] 在雜志《電聲技術》第2/2000期中，文獻《虛擬環繞聲信號的原理與誤區》記載了 SRS公司開發的SRS 3D系統，如圖1所示，其對聲信號的處理過程包括：（1)對左聲道輸入信 號以。與右聲道輸入信號Rin進行和差處理，即相加獲得和信號M=Lin+Rin，和信號M包含前方的 聲場信息，相減獲得差信號S=Lin-Rin,差信號S包含環繞周圍環境的聲場信息，（2)對和信號 M進行放大處理并輸出第一左聲道信號^，對S信號進行頻率補償處理并輸出第一右聲道信 號Ri, (3)將左聲道輸入信號kn、第一左聲道信號^及第一右聲道信號Ri混合并輸出左聲道 輸出信號Uut= kn+ Ll+ Rl,將右聲道輸入信號Rin、第一左聲道信號^及第一右聲道信號Rl 的反相f曰號混合并輸出右尸道輸出f曰號Rout= Rin+ Ll- Rlo
[0005] 該虛擬環繞聲系統算法簡單并能夠增強聲音的包圍感，但是其會使左右方向的聲 源方位往中間偏移，并且，并未有效地解決頭中定位的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的主要目的是提供一種有效地增加聲音包圍感的同時，削弱聲音頭中定位 現象的耳機虛擬環繞聲信號處理方法； 本發明的另一目的是提供一種有效地增加聲音包圍感的同時，削弱聲音頭中定位現象 的耳機虛擬環繞聲信號處理裝置； 本方明的再一目的是提供一種W上述耳機虛擬環繞聲信號處理裝置構建的耳機虛擬 環繞聲信號處理系統。
[0007] 為了實現上述主要目的，本發明提供的耳機虛擬環繞聲信號處理方法包括和差處 理步驟、串聲反饋步驟、前期反射聲生成步驟及混合步驟。和差處理步驟包括對左聲道輸入 信號與右聲道輸入信號進行和差處理得到第一左聲道信號與第一右聲道信號。串聲反饋步 驟包括對第一左聲道信號與第一右聲道信號進行串聲反饋處理得到第二左聲道信號與第 二右聲道信號。前期反射聲生成步驟包括對第二左聲道信號與第二右聲道信號進行前期反 射聲處理W生成左聲道前期反射聲信號與右聲道前期反射聲信號。混合步驟包括第二左聲 道信號與左聲道前期反射聲信號相加得到左聲道輸出信號，第二右聲道信號與右聲道前期 反射聲信號相加得到右聲道輸出信號。
[000引由W上方案可見，通過和差處理步驟，對左聲道信號與右聲道信號進行求和處理， 得到前方聲場的信息；對左聲道信號與右聲道信號進行求差處理，得到環繞周圍環境的聲 場信息。通過串聲反饋步驟W虛擬出串聲信號，在聲信號中引入適量的串聲信息。通過前期 反射聲生成步驟W虛擬出前期反射聲。通過混合步驟將串聲信號與前期反射聲信號疊加至 經過和差處理的左右聲道信號中，從而在增加聲場包圍感的同時，削弱虛擬環繞聲的頭中 定位現象。
[0009] 具體的方案為還包括均衡處理步驟，于和差處理步驟后及串聲反饋步驟前進行均 衡處理，W得到均衡處理后的第一左聲道信號與第一右聲道信號。均衡處理包括對和差處 理步驟中得到的第一左聲道信號中預定頻帶信號進行衰減，W得到第一均衡信號;對和差 處理步驟中得到的第一右聲道信號中預定頻帶信號進行增益，W得到第二均衡信號，第一 均衡信號與第二均衡信號相加得到均衡處理步驟中的第一左聲道信號，第一均衡信號與第 二均衡信號相減得到均衡處理步驟中的第一右聲道信號。對和差處理步驟中的第一左聲道 信號，即和信號中預定頻段部分進行衰減處理W提升人聲能量的比例，同時可有效地防止 齒音過重現象;對和差處理步驟中的第一右聲道信號，即差信號中預定頻段進行增益處理， 增加差信號的低頻能量，W增加包圍感;并對均衡處理后的信號進行求和及求差處理，將信 號還原成播放的左、右聲道信號。
[0010] -個優選的方案為第一左聲道信號的串聲反饋處理為對第二右聲道信號進行延 時、帶通濾波及衰減得到第一串聲反饋信號，從第一左聲道信號中減去第一串聲反饋信號 得到第二左聲道信號；第一右聲道信號的串聲反饋處理為對第二左聲道信號進行延時、帶 通濾波及衰減得到第二串聲反饋信號，從第一右聲道信號中減去第二串聲反饋信號得到第 二右聲道信號。
[0011] 另一個優選的方案為前期反射聲處理包括生成一對W上的左前期反射聲信號與 右前期反射聲信號，左前期反射聲信號相加得到左聲道前期反射聲信號，右前期反射聲信 號相加得到右聲道前期反射聲信號;生成一對左前期反射聲信號與右前期反射聲信號包括 對第二左聲道信號進行低通濾波及延時得到第=左聲道信號，對第=左聲道信號進行低通 濾波得到第四左聲道信號，對第二右聲道信號進行低通濾波及延時得到第=右聲道信號， 對第=右聲道信號進行低通濾波得到第四右聲道信號，將第=左聲道信號、第四左聲道信 號及第四右聲道信號相加并延時得到左前期反射聲信號，將第=右聲道信號、第四右聲道 信號及第四左聲道信號相加并延時得到右前期反射聲信號。
[0012] 為了實現上述另一目的，本發明提供的耳機虛擬環繞聲信號處理裝置包括和差處 理單元、串聲反饋單元、前期反射聲生成單元、混合單元、裝置輸入端與裝置輸出端。和差處 理單元的輸入端與裝置輸入端連接。串聲反饋單元的輸入端與和差處理單元的輸出端連 接。前期反射聲生成單元的輸入端與串聲反饋單元的輸出端連接。混合單元的輸入端分別 與串聲反饋單元的輸出端及前期反射聲生成單元的輸出端連接，輸出端與裝置輸出端連 接。
[0013] 由W上方案可見，和差處理單元用于對左聲道信號與右聲道信號進行求和處理， 得到前方聲場的信息，及對左聲道信號與右聲道信號進行求差處理，得到環繞周圍環境的 聲場信息。串聲反饋單元用于虛擬出串聲信號，與和差處理單元一起用于模擬出揚聲器播 放的效果。前期反射聲生成單元用于虛擬出空間反射聲。通過混合單元將串聲信號及前期 反射聲信號疊加至經過和差處理的左右聲道信號中，從而在增加聲場包圍感的同時，削弱 虛擬環繞聲的頭中定位現象。
[0014] 具體的方案為串聲反饋單元的輸入端通過均衡處理單元與和差處理單元的輸出 端連接。均衡處理單元包括和信號均衡器、差信號均衡器、第二加法器及第二減法器;和差 處理單元的和信號輸出端與和信號均衡器的輸入端連接;和差處理單元的差信號輸出端與 差信號均衡器的輸入端連接;第二加法器的第一輸入端與和信號均衡器的輸出端連接，第 二輸入端與差信號均衡器的輸出端連接，輸出端與均衡處理單元的左聲道輸出端連接;第 二減法器的正相輸入端與和信號均衡器的輸出端連接，負相輸入端與差信號均衡器的輸出 端連接，輸出端與均衡處理單元的右聲道輸出端連接。對和差處理單元處理輸出的信號進 行均衡處理，從而對其頻率特性進行均衡的同時，通過求和及求差將信號還原成播放的左、 右聲道信號。
[0015] -個優選的方案為串聲反饋單元包括左聲道串聲反饋模塊與右聲道串聲反饋模 塊。左聲道串聲反饋模塊包括第一延時電路、第一帶通濾波器、第一衰減器及第=減法器， 右聲道串聲反饋模塊包括第二延時電路、第二帶通濾波器、第二衰減器及第四減法器。第一 延時電路的輸入端與右聲道串聲反饋模塊的反饋輸出端連接，輸出端與第一帶通濾波器的 輸入端連接;第一衰減器的輸入端與第一帶通濾波器的輸出端連接;第=減法器的正相輸 入端與串聲反饋單元的左聲道輸入端連接，負相輸入端與第一衰減器的輸出端連接，輸出 端與串聲反饋單元的左聲道輸出端連接;第二延時電路的輸入端與左聲道串聲反饋模塊的 反饋輸出端連接，輸出端與第二帶通濾波器的輸入端連接;第二衰減器的輸入端與第二帶 通濾波器的輸出端連接;第四減法器的正相輸入端與串聲反饋單元的右聲道輸入端連接， 負相輸入端與第二衰減器的輸出端連接，輸出端與串聲反饋單元的右聲道輸出端連接。
[0016] 另一個具體的方案為前期反射聲生成單元包括第一低通濾波器，一個W上的前期 反射聲生成模塊、第五加法器及第六加法器;第一低通濾波器的左聲道輸入端及右聲道輸 入端對應地與前期反射聲生成單元的左聲道輸入端及右聲道輸入端連接;前期反射聲生成 模塊的左聲道輸入端及右聲道輸入端對應地與第一低通濾波器的左聲道輸出端及右聲道 輸出端連接，左聲道輸出端與第五加法器的一個輸入端連接，右聲道輸出端與第六加法器 的一個輸入端連接;第五加法器的輸出端與前期反射聲生成單元的左聲道輸出端連接，第 六加法器的輸出端與前期反射聲生成單元的右聲道輸出端連接。
[0017] 更優選的方案為前期反射聲生成模塊包括第=延時電路、第二低