CN101212830A - 音频***的音相扩展装置 - Google Patents

Abstract

一种音频***的音相扩展装置，包括：使第1声道的音频信号产生迟延，并加入扩散感的部件；使第1声道的音频信号产生迟延的部件；对被迟延的第1声道音频信号进行第2通带过滤的部件；对被迟延的第1声道音频信号进行第3通带过滤的部件；将第2声道音频信号和经过第2通带过滤的第1声道的音频信号相加，输出音相被扩展的第1声道音频信号的第1声道后端处理部件；将经过第3通带过滤的第1声道音频信号和产生扩散感的第1声道音频信号相加，输出音相被扩展的第2声道音频信号的第2声道后端处理部件。本发明接收双声道音响信号，通过扩展听者所能听取到音相的范围，使听者在使用耳机时，在包括头部外侧和正面的大空间范围内都能够听到声音。

Description

音频***的音相扩展装置

技术领域

本发明涉及到音频***中扩展音相(sound image)的装置，尤其涉及一种接收双声道音响信号，并通过扩展(expansion)听者所能听取到音相的范围，使听者在使用耳机时，在包括头部外侧和正面在内的大空间范围内都能够听到声音的一种音频***的音相扩展装置。

背景技术

当两耳不受时间影响听取到从一个声源发出的音响信号时，两耳分别听到的信号通过头内的听觉器官进行融合，人们能够感觉到牙齿等声源所发出的声音，并对其具有一个印象(image)，这种对两耳所听到声音的一个印象被称为音相(soundimage)。

对于自然空间存在的各种声音及通过扬声器等听到的声音，直接到达两耳的左/右音响信号便存在着到达时间和声音大小等的差异。具有各种差异的这种左/右音响信号在人类的听觉器官内融合，人类通过感知到这种音相来判断抽象空间的各种位置，听者如果由此判断出声音是从哪个方向传来的，能够判断出哪个位置存在声源，所以，在表现音响效果时，不使用实际物理存在的声源这个词，而使用听者能感知到的音相这个词。尤其在使用隐藏实际声源的多声道扬声器或耳机听取音响信号时，这种概念更加实用。这是因为当在自然界直接听到自然界所产生的声音时，人类所感觉到的音相与实际的声源几乎一致。例如，如果双声道扬声器的左/右扬声器播放相同音响信号，听者在没有扬声器的正面中央也能够感觉到存在音相，这种音相会使听者感觉到存在有意义的抽象声源。

一般来说，鉴赏好音乐的最佳方法为到演出场地直接欣赏所演奏的音乐，但是，随着音乐磁盘制作技术等各种技术的发展，在不直接到演出现场的情况下也能够欣赏到与到达现场相同的音乐演出效果，甚至能够欣赏到比直接到现场更佳的音乐效果，因此，即使不直接到达演出现场，通过音频***播放音乐磁盘也能够欣赏到音乐。

不仅如此，被录制的音乐内容能够被转换为各种格式，并存储到各种存储媒介内。随着这种技术及小型便携式音频***的普遍化，人们无论在何时何地都能够欣赏到动听的音乐。再加上便携式音频***在播放音响时所普遍使用的耳机具有很高的播放性能和能够阻断周围声音的效果，所以能帮助听者将注意力集中到音乐中，从而在任何地方都能欣赏音乐。

但是，当使用双声道立体声耳机听取利用普通立体声方法录制的音响信号时，音相没在广阔的空间内，而只是在头内部。即，即使同演奏会一样多的乐器演奏，利用分布在乐器近处的立体声麦克风录制的音响信号来制作音乐磁盘，在用耳机听取时，也很难体会到与坐在演奏会现场座位上所听到的相同效果。

当使用双声道立体声耳机听音乐时，为了使所感知到的音相在头外部广阔分布，使用很多种方法。例如，在录音时使用特殊的录音设备的方法，当播放音乐时，利用特殊方法对信号进行处理等。

其中，使用录音设备的方法便包括在进行双声道立体声录音时，利用仿真头(dummy head)进行录音的方式。即在人头模样的仿真头两耳外耳道上加装麦克风后进行双声道录音。这种方式虽然能够录制现场感很高效果的音响，但是，很难获取正面位置的音相，存在所录制的音响音质低下的缺点。

利用信号处理方法时，利用多个频带将音响信号进行带宽分离后，将各带宽设定为不同的振幅/相位特性，在音响信号中加入与全部带宽广泛分布声源时相同的应答特性，这种方法需要很大的计算量，必须求出相当于所要表现虚拟空间(广泛分布的扬声器)的各正确带宽的传导系数。特别在合成双声道结果音响信号时能够使音质失真。

信号处理方法包括高频带反转方式，低带宽部分左/右相位相同，其以上为左/右逆相位。被扩展的感觉不充分，但具有自然的感觉。

此外，还具有使之与左/右音响信号相位相反的方法，虽然具有扩散感，但是在听取时，给人一种不愉快的感觉。

发明内容

本发明正是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供音频***中扩展被播放的音频信号的音相范围的一种音频***的音相扩展装置。

本发明的另一目的在于提供一种输入音频信号，进行扩展音相范围处理后，利用双声道耳机输出的音频***的音相扩展装置。

本发明的另一目的在于提供一种使用本发明的音相扩展装置，当利用耳机听音频信号时，通过加入与双声道扬声器输出相同的感觉来扩展音相的音频***的音相扩展装置。

本发明的另一目的在于提供一种用耳机听取立体声录制的双声道音频信号时，将其处理为与听扬声器相同的感觉，利用现有的耳机输出时，将头内部正面附近位置的音相扩展到头外侧的音频***的音相扩展装置。

为了实现上述目的，本发明的音频***的音相扩展装置特征在于，包括以下几个部分：在各声道的音频信号内加入扩散感的扩散部件；在音频信号的声道间强制加入串音的串音生成部件；将加入扩散感的音频信号和加入串音的音频信号进行相加，并进行输出的后端处理部件。

另外，为了实现上述目的，本发明的音相扩展装置特征在于，包括以下几个部分：使第1声道的音频信号产生迟延，并加入扩散感的部件；在第1声道音频信号中生成虚拟串音成份的部件；将第1声道生成的串音成份与加入扩散感的第1声道的音频信号相加，使第1声道音频信号的音相扩展的第1声道后端处理部件；将第1声道生成的串音成份与加入扩散感的第2声道的音频信号相加，使第2声道音频信号的音相扩展的第2声道后端处理部件。

另外，为了实现上述目的，本发明的音相扩展装置特征在于，包括以下几个部分：使第1声道的音频信号产生迟延，产生扩散感的部件；使第1声道的音频信号产生迟延的部件；对上述被迟延的第1声道音频信号进行第2通带过滤的部件；对上述被迟延的第1声道音频信号进行第3通带过滤的部件；将第2声道音频信号和经过第2通带过滤的第1声道的音频信号相加，从而输出音相被扩展的第1声道音频信号的第1声道后端处理部件；将经过第3通带过滤的第1声道音频信号和产生扩散感的第1声道音频信号相加，从而输出音相被扩展的第2声道音频信号的第2声道后端处理部件。

本发明的效果：

如上所述，本发明的音频***的音相扩展装置提供了能将所感知的音相范围进行扩大处理的装置，特别使听者在包括头部外侧和正面在内的大空间范围内都能够听到声音，从而能够欣赏到音相被扩展了的音响效果。

本发明构成结构简单，在便携式终端机等所使用的音频***中，在低计算量和使用存储器，并要求进行实时处理的环境中也能够欣赏到音相被扩展的效果。同时，利用本发明的音相扩展装置，给听者一种在任何环境下都能够听到较好效果音响信号的感觉。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1是本发明的音相扩展装置的组件构成图；

图2是适用于本发明的音相扩展装置第1实施例的组件构成图；

图3是适用于本发明的音相扩展装置第2实施例的组件构成图；

图4是适用于本发明的音相扩展装置第3实施例的组件构成图。

附图中主要部分的符号说明：

110：第1声道扩散装置    120：串音生成装置

130：第1声道补强装置    140：第2声道扩散装置

150：第2声道补强装置    160：后端处理装置

具体实施方式

下面，将参照附图，对本发明的音频***的音相扩展装置的实施例进行详细说明。

图1是本发明的音频***的音相扩展装置实施例。本发明的音相扩展装置包括以下部分：第1声道扩散装置110，串音生成装置120，第1声道补强装置130，第2声道扩散装置140，第2声道补强装置150，后端处理装置160。即，本发明的音相扩展装置由以下各部分构成：对各声道生成虚拟串音的部分；与迟延装置连接加入扩散感的部分；对各部分结果进行加/减，将音相扩展处理的结果进行补全的部分。

本发明的装置中使用的迟延装置将双声道中任意一个声道，即在相当于第1声道的左声道设置迟延的标准，在剩下一个声道，即在相当于第2声道的右侧声道一侧使用迟延装置，生成左/右侧信号间所需的迟延量差异。这样，整个***便变得简单了，计算量也变少了。当然，与之相反，将加入扩散感的迟延标准设在右声道，左声道使用迟延装置，也能够生成左/右侧信号间所需的迟延量差异。或者如果两声道全部设迟延装置，也可以使各声道被设定为不同的延迟值。

第1声道扩散装置110由迟延装置111和放大器112形成。迟延装置111以设定右声道音频信号xR[n]的迟延值(-m₂)为基准进行迟延处理，并加入扩散感。放大器112相对于被迟延的右声道音频信号被设定的放大度(α₄)为基准对相关信号进行放大。

第2声道扩散装置140内包括放大器141。放大器140相对于被迟延的左声道音频信号x_L[n]被设定的放大度(α₁)为基准对相关信号进行放大。

即，在加入扩散感的部分，经过迟延装置的右侧音响信号与左侧音响信号一同使左/右声道非对称化，从而加入了扩散感。通过调节被使用的迟延量的大小，使扩散感的幅度可变。此时，虽然迟延量越大，扩散感越大，但是，如果在太大的情况下，如同存在左/右侧音响信号完全分开的感觉，所以应该使用适当的迟延量。

此外，先发出的被迟延信号与没被延迟的信号相比会变得小一些，为了解决这个问题，利用能调节放大度的放大器使左/右侧信号的大小相符。

在图1中，对右声道的音频信号进行迟延和放大，从而加入扩散感。利用以左声道为基准被迟延的右声道的音频信号，加入扩散感。但是，与之相反，对左声道的音频信号进行迟延和放大，从而加入扩散感。利用以右声道为基准被迟延的左声道的音频信号，加入扩散感。同时，第2声道扩散装置140内也设置迟延装置，该迟延装置的迟延值和第1声道扩散装置110的迟延装置的迟延值不同，也可以加入扩散感。

串音生成装置120由以下各部分构成：迟延装置121，  对迟延信号进行处理的第2通带滤波器122和放大器123，对迟延信号进行处理的第3通带滤波器124和放大器125。

迟延装置121以被设定的迟延值(-m₁)为基准，对输入的右声道的音频信号xR[n]进行迟延处理。在迟延装置121中被迟延的右声道的音频信号被传输到第2通带滤波器122和第3通带滤波器124。经过第2通带滤波器122的信号在放大器123内以一定的放大度(α₂)被放大，经过第3通带滤波器124的信号在放大器125内以一定的放大度(α₃)被放大。

这样，生成虚拟串音的部分作为具有与用耳机经2声道扬声器听到声音相同的感觉部分，利用对生成串音具有影响的带宽生成串音。在图1中，右声道的音频信号被迟延、过滤和放大，这里显示出通过被加入到左声道的音频信号，来加入串音的情况，但通过图可以知道以下情况也是可以的：对左声道的音频信号进行迟延、过滤和放大，并通过被加入到右声道的音频信号，来加入串音。

后端处理装置160包括加法器161、163和放大器162、164。加法器161对第1声道扩散装置110的输出信号、经串音生成装置120的第3通带过滤和放大的信号、经4通带过滤和放大的信号进行加法运算。与加法器161的输出端连接的放大器162以特定的放大度(β_R)为标准对经加法器161进行加法运算的音频信号进行放大，并输出音相被扩展的第1声道-右声道音频信号y_R[n]。

另一个加法器163对第2声道扩散装置140的输出信号、经串音生成装置120的第2通带过滤和放大的信号、经1通带过滤和放大的信号进行加法运算。与加法器163的输出端连接的放大器164以特定的放大度(β_L)为标准对经加法器163进行加法运算的音频信号进行放大，并输出音相被扩展的第2声道-左声道音频信号y_L[n]。

这样，在相当于输出装置的后端处理部分，为了调节具有左/右侧音响信号的声音平衡，在加入扩散感的同时，被加入串音输出的各信号再次合在一起后，再利用具有一定调节放大度的放大器进行处理。

第1声道补强装置130由第4通带滤波器131和放大器132组成，第2声道补强装置150包括第1通带滤波器151。

第1声道补强装置130的第4通带滤波器131对右声道的音频信号x_R[n]进行通带过滤，经过第4通带过滤处理的右声道音频信号在放大器132中以一定的放大度(α₅)为标准进行放大，并提供给后端处理装置160的加法器161，生成音相被扩展的右声道音频信号y_R[n]的输出信号。第2声道补强装置150的第1通带滤波器151对左声道的音频信号x_L[n]进行通带滤波，经过第1通带过滤处理的左声道的音频信号被提供给后端处理装置160的加法器163中，生成音相被扩展的左声道音频信号y_L[n]的输出信号。

这样，在对音相进行扩展时，为对各声道不足的带宽成份进行补充，而设置了声道补强装置，声道补强装置将各声道所需的带宽成分补充完善，在对音相进行扩展时，补充各声道不足的成分。

在图1中，对第1声道-右声道进行第4通带过滤和放大，对第2声道-左声道进行第1通带过滤，但是，与之相反，如上所述，在以右声道作为迟延基准时，也可以对第2声道-右声道进行第1通带过滤和放大，对第1声道-左声道进行第4通带过滤。

如果进行整理，图1所示的系数分别用于以下用途：

m₁：表示用于生成串音成份的迟延量的系数值。

m₂：表示使左/右声道间扩散感可变的迟延量的系数值。

α₁：利用迟延量加入扩散感时，与m₂，α₄一同表示左侧信号被反映程度的系数值。

α₂：利用第2通带被迟延的音响信号生成串音成份时，表示被反映程度的系数值。

α₃：利用第3通带的迟延音响信号生成串音成份时，表示被反映程度的系数值。

α₄：加入扩散感时，与m₂，α₁一同表示被迟延右侧信号被反映程度的系数值。

α₅：为补全音相扩展装置的结果，合并第4通带右侧信号时，表示被反映程度的系数值。

β_L：为生成左侧输出信号，表示被放大程度的系数值。

β_R：为生成右侧输出信号，表示被放大程度的系数值。

上述对本发明的音相扩展装置的适用例进行了说明。

本装置也可以以下面的形态在便携式音频***中使用。

第一，在便携式音频***中，利用***带有的基带芯片(base-band chip)处理器的计算能力，对音相扩展进行处理的形式如图2所示。

基带芯片220与提供音频资源的存储器210相连，基带芯片220内包括以下各部分：从存储器210中读取音频资源并进行音响播放的播放装置221；与音响播放装置221和音相扩展装置224相连接，对音频信号进行模拟/数字转换，进行数字-模拟转换的转换装置222；对存储器210内的音频资源进行解码，并输入到音相扩展装置224内的音频解码器223；与转换装置222，对音响信号进行音相扩展的音相扩展装置224。

存储器210读取出的音频资源被提供给基带芯片220。音响播放装置221对音频音响进行播放，并提供给转换装置222，音频解码器223对音频信号进行解码，并传输给音相扩展装置224。转换装置222能将输入的数字信号转换为模拟信号并进行输出，或者将输入的模拟音频信号转换为数字信号并进行输出。音相扩展装置224具有与如上图1相同的构成，对音响信号进行音相扩展，并将其提供给转换装置222，成为音相被扩展的音响输出信号。

本发明提供的装置由迟延器和简单的低通带、高通带滤波器构成，因此计算量非常少，所以具有音频***的普通便携式终端机等的计算能力完全能够驱动起来。如果接收到外部命令，基带芯片处理器便从存储器中接收各种形态的音频信号，并转换为处理所使用的数字形态信号后，进行音相扩展处理，并再转换为与输出装置相符形态的结果信号输出。

第二，利用便携式音频***中带有的DSP等共用处理器(co-processor)进行音相扩展处理的形态如图3所示。

在这种情况下，共用处理器230除带有音频解码器223外，还带有音相扩展装置224，所以能够对音相进行扩展处理。

如果接收到外部命令，基带芯片(base-band chip)220处理器便从存储器210中接收音频信号，并转换为处理所使用的数字形态信号，或者利用共用处理器(co-processor)230，从存储器210中接收被压缩形态的音频信号，并与音频形态相符进行解码计算后，利用共用处理器(co-processor)230进行音相扩展处理。基带芯片(Base-band chip)处理器接收到共用处理器(co-processor)的运行结果后，将其转换为与输出装置相符形态的结果信号并进行输出。

第三，在便携式音频***中如果不具备计算装置，或者计算能力很弱的情况下，便使用电子电路。本发明的音相扩展装置以硬件的形式体现后，安装到***中，以音相扩展处理的形态，其构成如图4所示，由存储器210、音响播放装置221、开关操作判断装置240和音相扩展装置224以硬件的形式构成。

从存储器210中接收音频资源，音响播放装置221对输入的音响信号进行播放，如果从外面打开了要求进行音相扩展的开关的话，便根据该命令，使从开关操作判断装置(SW＝on？)240到输出端形成的音响信号，经过音相扩展装置(电路)224后，以结果信号的形式输入到输出端。

第四，在便携式音频***中，如果与进行实时处理的播放的第1和第2种情况相同，利用***内安装的本装置，基带芯片处理器或共用处理器对输入内容进行处理后，对其结果进行存储后，当需要时，利用同一***或其它***进行播放也可以。

第五，在音频***外部对音响信号进行音相扩展处理后，将结果音响在音频***中进行播放，从而使音乐内容供应商等也能够使用该装置。普通个人用电脑中如果安装本发明的音相扩展装置，在音响编辑器等软件中使其成为该程序的一个功能，也能够具有音相扩展功能，或者将本发明的音相扩展装置安装在其它音相扩展用软件中，也可以具备音相扩展功能。

本发明的权利并不局限在上述说明的实施例，而是要根据权利要求范围所定义，本领域熟练技术人员完全可以在不偏离本项发明的权利要求范围内，进行多样的变更以及修改。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种音频***的音相扩展装置，其特征在于包含以下几个部分构成：

在各声道的音频信号内加入扩散感的扩散部件；

在音频信号的声道间强制加入串音的串音生成部件；

将加入扩散感的音频信号和加入串音的音频信号进行相加，并进行输出的后端处理部件。

2.如权利要求项1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

所述扩散部件以所设定的数值对各声道的音频信号进行迟延处理，在相关音频信号内加入扩散感。

3.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

所述扩散部件与各声道的音频信号不对称加入扩散感。

4.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

所述扩散部件使第1声道音频信号的迟延大小和第2声道音频信号的迟延大小不同，加入扩散感。

5.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于所述扩散部件由以下各部分构成：

按照设定的数值对各声道的音频信号进行迟延的部件；

对被迟延的音频信号进行放大的部件。

6.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

所述串音生成装置在双声道中任意一个声道音频信号中生成串音，并将其加入到剩下的声道中，从而生成双声道的串音。

7.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于所述串音生成部件由以下各部分构成：

使音频信号产生迟延的迟延部件；

按照特定频带对被迟延的音频信号进行过滤的部件；

将被过滤的音频信号进行放大的放大部件。

8.如权利要求7所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

所述过滤部件中包括通带滤波器，通带滤波器由对被迟延的音频信号进行过滤的低通滤波器和高通滤波器组成。

9.如权利要求8所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

经过所述通带过滤的信号被加入到剩下的声道中，另一经过通带过滤的信号被加入到自身的声道中，各声道的音频信号不对称。

10.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于：

所述后端处理部件中包括放大装置，对经过扩散和串音的各声道音频信号进行加法运算后，用于调解各声道音频信号的平衡。

11.如权利要求1所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于还包括具有以下功能的带宽成份补强装置：

对各声道音频信号的特定带宽成份进行补充完善，用于计算相关声道的输出信号。

12.一种音频***的音相扩展装置，其特征在于包括以下几个部分：

使第1声道的音频信号产生迟延，并加入扩散感的部件；

在第1声道音频信号中生成虚拟串音成份的部件；

将第1声道生成的串音成份与加入扩散感的第1声道的音频信号相加，使第1声道音频信号的音相扩展的第1声道后端处理部件；

将第1声道生成的串音成份与加入扩散感的第2声道的音频信号相加，使第2声道音频信号的音相扩展的第2声道后端处理部件。

13.如权利要求12所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于还包括以下组成部分：

对所述第1声道的音频信号进行第1通带过滤，并加入到第1声道后端处理部件内的第1通带滤波器；

对所述第2声道音频信号进行第4通带过滤，并加入到第2声道后端处理部件内的第4通带滤波器。

14.如权利要求12所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于还包括以下组成部分：

调节所述第2声道音频信号被加入扩散感后反映程度的部件；

调节经过第2通带过滤的第1声道音频信号串音成份在第2声道音频信号中反映程度的部件；

调节经过第3通带过滤的第1声道音频信号串音成份在第1声道和第2声道音频信号中被反映程度的部件；

调节被迟延的第1声道音频信号被加入扩散感后所反映程度的部件。

15.如权利要求12所述的音频***的音相扩展装置，其特征在于还包括：

用于调节所述第1声道后端处理部件和第2声道后端处理部件输出平衡的部件。

16.一种音频***的音相扩展装置，其特征在于包括以下几个部分：

使第1声道的音频信号迟延，产生扩散感的部件；

使第1声道的音频信号产生迟延的部件；

对上述被迟延的第1声道音频信号进行第2通带过滤的部件；

对上述被迟延的第1声道音频信号进行第3通带过滤的部件；

将第2声道音频信号和经过第2通带过滤的第1声道的音频信号相加，从而输出音相被扩展的第1声道音频信号的第1声道后端处理部件；

将经过第3通带过滤的第1声道音频信号和产生扩散感的第1声道音频信号相加，从而输出音相被扩展的第2声道音频信号的第2声道后端处理部件。

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