多聲道音頻重放裝置和方法
2023-10-07 13:28:54 4
專利名稱：多聲道音頻重放裝置和方法
技術領域：
本發明與三維音頻重放裝置有關，具體地說與利用位置可調的虛擬聲像的揚聲器音頻重放裝置和方法有關。這種裝置和方法可用於便攜/個人多聲道音頻播放器、便攜/個人數字音頻廣播接收機、多媒體個人計算機、HD電視機、音頻/視頻家庭影院和電視會議。
通常，在一個聽眾要按照他的喜好調整揚聲器位置或揚聲器之間的空間時，他必需直接移動揚聲器單元，改變它們的位置和朝向。然而，由於技術的發展，可以執行一個過程，使得在一個虛擬空間內的一些虛擬揚聲器位置處形成相應的聲像。
在採用傳統的三維音頻重放改變一個虛擬聲像的位置時，必需提供與這個位置相應的傳遞函數的係數，於是就可能出現存儲器容量大和改變係數時反應速度慢的問題。
為了減小存儲器容量，可以使用在一些預定角度的係數。然而，由於這些係數是用一個傳遞函數的近似表達式得到的，因此對解這個傳遞函數的近似式的運算性能有要求，從而在獲得這些係數時發生時間延遲。此外，由於用一個簡單的控制解這個表達式很困難，因此需要一個中央處理單元協助。
隨著DVD、數字TV和HDTV廣播的出現，現在已經開展了多聲道音頻業務。為了有效地欣賞多聲道音頻，必需配備與聲道數相應的那麼多揚聲器和放大器。因此，出現了用現有的雙聲道輸出系統不能達到多聲道音頻效果的問題。為了解決這個問題，希望有一種方法能在通過兩個聲道重放多聲道音頻時提供與用許多揚聲器的情況類似的效果。
這種方法可以通過用兩個輸出口在一個三維空間內提供許多虛擬聲像來實現。按照傳統的形成虛擬聲像的方法，在形成單一個虛擬聲像時，要使用一組與左耳和右耳相應的傳遞函數。在形成N個虛擬聲像時，就要使用與右耳相應的N個傳遞函數和與左耳相應的N個傳遞函數。也就是說，運算量與需形成的虛擬聲像的數量正比上升，在預定各位置提供虛擬聲像的這些傳遞函數必需存儲在存儲器內，從而導致必需增大存儲器容量的問題。
為了解決以上問題，本發明的目的是提供一種利用一些虛擬聲像進行揚聲器音頻重放的多聲道音頻重放裝置和方法，這些虛擬聲像的位置可以加以改變，而不需要改變濾波器的係數。
因此，為了達到這個目的，本發明提供了一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置。這種裝置包括一個虛擬聲像形成單元，用來按照揚聲器的配置情況抵消在至少一個輸入音頻信號內發生的串音，得出在聲音從三維空間內的一個點發至聆聽者雙耳時發生的傳遞函數，以及利用這些傳遞函數在一個三維空間內形成多個第一虛擬聲像；一個控制器，用來產生一些調整至少一個第二虛擬聲像的調整因子；一個輸出位置調整器，用來以控制器產生的調整因子控制由虛擬聲像形成單元形成多個第一虛擬聲像的至少一個音頻信號，調整所述至少一個第二虛擬聲像的位置；以及一個加法器，用來將所述至少一個第二虛擬聲像的位置得到調整的所述至少一個音頻信號中與左路輸出有關的信號相及，將所述至少一個第二虛擬聲像的位置得到調整的所述至少一個音頻信號中與右路輸出有關的信號相加，從而產生形成所述至少一個第二虛擬聲像的左、右路音頻信號。
在另一方面，本發明提供了這樣一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，這種裝置包括一個控制器，用來產生一些調整至少一個第二虛擬聲像的位置的調整因子；一個輸出位置調整器，用來以控制器產生的調整因子控制至少一個輸入音頻信號，調整所述至少一個第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，用來按照揚聲器的配置情況抵消在輸出位置調整器內受到第二虛擬聲像位置調整的至少一個音頻信號內發生的串音，得出在聲音從三維空間內一個位置發至聆聽者雙耳時發生的傳遞函數，以及利用這些傳遞函數在一個三維空間內形成多個第一虛擬聲像；以及一個加法器，用來將受到輸出位置調整器和虛擬聲像形成單元處理的至少一個音頻信號中與左路輸出有關的信號相加，將受到輸出位置調整器和虛擬聲像形成單元處理的至少一個音頻信號中與右路輸出有關的信號相加，從而產生形成所述至少一個第二虛擬聲像的左、右音頻信號。
又一方面，本發明提供了這樣一種對於一個輸入單聲道音頻信號利用一個位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，這種裝置包括一個控制器，用來根據對於輸入單聲道音頻信號將形成的一個第一虛擬聲像的預定位置A和將形成的另一個第一虛擬聲像的預定位置B產生調整將形成的一個第二虛擬聲像的位置的加權值和相位延遲值；一個輸出位置調整器，用來將輸入單聲道音頻信號分成兩路信號，並將加權值和相位延遲值作用於每個相應分路的單聲道音頻信號，調整將形成第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，包括一個將通過將對位置A的加權值和相位延遲值作用於一路分路的單聲道音頻信號而得到的一個單聲道音頻信號乘以用來在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數的A傳遞函數處理器，以及一個將通過將對位置B的加權值和相位延遲值作用於另一路分路的單聲道音頻信號而得到的一個單聲道音頻信號乘以用來在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數的B傳遞函數處理器；以及一個加法器，用來將通過乘以用來在預定位置A和B形成第一虛擬聲像的傳遞函數而得到的這些音頻信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
又一方面，本發明提供了這樣一種對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，這種裝置包括一個控制器，用來根據對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R將形成的一個第一虛擬聲像的預定位置A和將形成的另一個第一虛擬聲像的預定位置B產生調整將形成的一些第二虛擬聲像的位置C-左和C-右的加權值和相位延遲值；一個輸出位置調整器，用來通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成這些第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，包括一個將A位置基準信號乘以用來在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數的A傳遞函數處理器，以及一個將B位置基準信號乘以用來在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數的B傳遞函數處理器；以及一個加法器，用來將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生用來在位置C-左和C-右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
再一方面，本發明提供了這樣一種對於左信號L、右信號R、後左信號SL、後右信號SR、中央信號C五個聲道的輸入音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，這種裝置包括一個控制器，用來根據對於輸入的五聲道音頻信號L、R、SL、SR和C將形成的一個第一虛擬聲像的預定位置A和將形成的另一個第一虛擬聲像的預定位置B產生調整將形成的一些第二虛擬聲像的位置C-左和C-右的加權值和相位延遲值；一個輸出位置調整器，用來通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R、後左信號SL和中央信號C而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L、後右信號SR和中央信號C而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成這些第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，包括一個將A位置基準信號乘以用來在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數的A傳遞函數處理器，以及一個將B位置基準信號乘以用來在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數的B傳遞函數處理器；以及一個加法器，用來將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生用來在位置C-左、C-右、中央、後左和後右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
為了達到以上目的，本發明提供了一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法。這種方法包括下列步驟對於輸入音頻信號在一個區域內形成多個第一虛擬聲像，其中一個位置在一個三維空間內可調；以及通過調整對於為形成多個第一虛擬聲像而加以處理的音頻信號的多個第一虛擬聲像的作用調整一個第二虛擬聲像的位置。
另一方面，本發明提供了這樣一種對於一個輸入單聲道音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，這種方法包括下列步驟(a)對於輸入音頻信號產生在一個三維空間內的一個預定位置A形成一個第一虛擬聲像的信號和在這個三維空間內的另一個預定位置B形成另一個第一虛擬聲像的信號；(b)將一些加權值和時間延遲分別作用於在位置A和B形成第一虛擬聲像的信號，以調整第一虛擬聲像的空間位置和形成第一虛擬聲像的信號之間的相位差；以及(c)將通過加權值和時間延遲作用的經調整的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生形成一個第二虛擬聲像的左、右路信號。
又一方面，本發明提供了這樣一種對於一個輸入單聲道音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，這種方法包括下列步驟(a)將與預定位置A和B相應的加權值和時間延遲作用於輸入單聲道音頻信號，以調整將形成一個第二虛擬聲像的位置；(b)將通過將對於位置A的加權值和時間延遲作用於輸入單聲道音頻信號而得到的音頻信號乘以在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數，以及將通過將對於位置B的加權值和時間延遲作用於輸入單聲道音頻信號而得到的音頻信號乘以在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數；以及(c)將通過乘以在預定位置A和B形成第一虛擬聲像的傳遞函數而得到的這些音頻信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
又一方面，本發明提供了這樣一種對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，這種方法包括下列步驟(a)對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R，通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成第二虛擬聲像的位置C-左和C-右；(b)將A位置基準信號乘以在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數，以及將B位置基準信號乘以在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數；以及(c)將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加，以及將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生在位置C-左和C-右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
再一方面，本發明提供了這樣一種對於左信號L、右信號R、後左信號SL、後右信號SR、中央信號C五個聲道的輸入音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，這種方法包括下列步驟(a)對於輸入的五聲道音頻信號L、R、SL、SR和C，通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R、後左信號SL和中央信號C而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L、後右信號SR和中央信號C而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成第二虛擬聲像的位置C-左和C-右；(b)將A位置基準信號乘以在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數，以及將B位置基準信號乘以在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數；以及(c)將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加，以及將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生在位置C-左、C-右、中央、後左和後右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
本發明的以上目的和優點通過以下結合附圖對本發明的優選實施例所作的詳細說明可以看得更為清楚。在這些附圖中
圖1A至1C示出了在一個三維空間內形成虛擬聲像的一些傳統方法，其中圖1A用於頭機情況，圖1B用於揚聲器情況，而圖1C為圖1B的一般形式；圖2示出了設計消除在揚聲器音頻重放期間可能發生的串音的濾波器的方法；圖3A和3B為示出按照本發明通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的兩個實施例的方框圖；圖4A和4B為示出形成一個新的單個虛擬聲像的方法的兩個實施例的詳細方框圖，這個虛擬聲像的位置可以用按照本發明通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例進行調整；圖5A和5B分別為用兩個揚聲器形成一個位置可調的單個虛擬聲像的實施例；圖6A和6B為示出由於相位差而引起的所形成的第二虛擬聲像的位置的改變情況；圖7為用兩個揚聲器形成兩個位置可通過調整加權值進行調整的虛擬聲像的實施例；圖8為示出形成兩個虛擬聲像的方法的方框圖，這兩個虛擬聲像的位置可以用按照本發明通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例進行調整；圖9為示出形成兩個位置可以用按照本發明通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例簡單地通過將第一虛擬聲像之一配置在兩個揚聲器的中間加以調整的虛擬聲像的方法的方框圖；圖10為示出形成兩個位置可以用按照本發明通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例簡單地通過將第一虛擬聲像對稱地配置在聆聽者的前左和前右方加以調整的虛擬聲像的方法的方框圖；圖11為示出用按照本發明通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例通過兩個揚聲器形成五個虛擬聲像的方法的方框圖；圖12為示出用通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例將第一虛擬聲像之一配置在兩個揚聲器中間的方法的方框圖；以及圖13為示出將第一虛擬聲像對稱地配置在聆聽者的前左和前右方的方法的方框圖，作為通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的實施例。
下面說明形成一個其位置可利用與頭有關的傳遞函數加以調整的虛擬聲像的方法、在通過一個揚聲器重現虛擬聲像期間出現的串音問題和解決串音問題的方法。然後，說明利用兩個揚聲器調整一個虛擬聲像的位置的方法。
虛擬聲像形成方法利用頭相關傳遞函數(HRTF)。HRTF是一個將從一個聲源到一個人的鼓膜的路徑在數學上加以模型化的傳遞函數。HRTF的函數特性按照聲源與頭之間的相對位置關係改變。具體地說，HRTF是一個在頻率平面內的傳遞函數，表示聲音在自由聲場內從一個聲源到一個人的耳朵的傳播情況，是一個反映在一個人的頭、耳廓和軀幹內頻率畸變的特徵函數。
下面將簡要地回顧一下人聽到聲音的過程。人的耳朵統分為外耳、中耳和內耳。外耳通常稱為耳廓，接收聲音，因此對於感覺聲音方向來說非常重要。外聽道大約直徑0.7cm、長2.5cm，將聲音引至鼓膜。由於外聽道大致呈一端封閉的管狀，因此在某個特定頻帶會引起諧振。所以，有一個頻帶人的耳朵對它特別敏感。
通過外聽道傳送到鼓膜的聲音發向中耳。聲音使鼓膜振動，從而傳送到就在鼓膜後的聽骨。由於聽骨具有放大聲壓的功能，從而使聲音傳送到耳蝸。於是，分布在耳蝸內部的底膜上的聽覺神經就感覺到聲音。
在耳朵結構方面，由於耳廓形狀不規則，因此聽覺神經感覺到的聲信號的頻譜在聲音進入外聽道前就畸變了。這種畸變的情況隨聲音的方向和距離而改變。因此，對於一個人感覺聲音方向來說，頻率成分的改變情況是非常重要的。HRTF就表示頻率畸變的程度和範圍。
HRTF主要取決於聲源的位置。對於單個聲源來說，聆聽者左耳的HRTF可以不同於右耳的HRTF。而且，由於各人的耳廓和臉面的形狀相互不同，因此各人的HRTF值之間也都可能有所差異。所以，測出許多不同個人的HRTF特性，加以平均後用作建模值。
HRTF基本上採用與測量一個系統的脈衝響應相同的方法進行測量。也就是說，測量系統響應一個輸入衝激脈衝的輸出，其結果就是脈衝響應。將脈衝響應變換到頻率域，所得結果即為HRTF。
HRTF可以用許多不同方式進行測量。通常，HRTF的值隨聲源的方向和在外聽道內測量HRTF的位置改變。已經在一次測試期間在一個外聽道的幾個不同位置對HRTF進行了測量。表明在外聽道的開始處測量HRTF是非常有利的，因此大部分測試都考慮了這一點。在1960年，Robinson和Whittle在外向離外聽道開始處6-9mm的位置測量了HRTF。Wiener在1947年，Shaw在1966年，Barkhard和Sachs在1975年，Morimoto和Ando在1980年，以及Lkabe和Miura在1990年都在外聽道開始處對HRTF進行了測量。Mehrgardt和Mellert在1977年在內向離外聽道開始處2mm的位置測量了HRTF。Platt和Laws在1978年，Platte在1979年，以及Genait在1984年都在內向離外聽道開始處5mm的位置測量了HRTF。在以上提到的所有這些情況中都是在外聽道沒有封閉的狀態下測量HRTF的。在其他一些情況中，採用封閉外聽道測量HRTF。在外聽道內部，有關聲音方向的信息並不改變，但聲壓隨測量位置改變。
對於在HRTF測量中所用的仿真頭，通常使用KEMAR。KEMAR是Knowles電子公司製造的人體模型。測量在完全不會發生反射聲的吸收室(anachoic chamber)內進行。KEMAR安裝在可360°左右轉動的轉臺上。一組揚聲器配置在一段弧上，可上、下移動。利用在一個拾音器上收集到的信號值根據功率放大器輸入端處的電壓測量脈衝響應。
這樣測得的HRTF指出在一個信號從一個空間點(例如一個揚聲器的位置)發送到一個人的耳朵時發生的頻率畸變。在將這種畸變加到一個音頻信號上時，聆聽者會覺得這聲音似乎來自這些揚聲器的位置以外的一個空間位置。
利用HRTF的方法稱為雙耳立體聲法。雙耳立體聲系統使聽眾感覺到一個三維聲場，通過重放在模擬一個人頭的仿真頭的雙耳處用一組頭機或耳機錄取的聲音造成聽眾具有好像處在錄音點的感覺。
在用兩個揚聲器重放在雙耳立體聲系統中用一個仿真頭模型記錄的聲音時，假設只應被左耳聽到的聲音也被右耳聽到，而假設只應被右耳聽到的聲音也被左耳聽到，也就是說發生串音。可以通過對輸入揚聲器的信號執行消除串音分量的倒置濾波消除串音，從而能較嚴格地實現再現一個聲場。通過倒置濾波消除串音的方法稱為傳聲法(transaural method)。傳聲法在揚聲器前執行，產生經倒置濾波的信號，補償表示從重放系統到鼓膜的傳遞函數的HRTF。圖2示出了在通過揚聲器重放用雙耳立體聲法錄製的理想三維聲像重放信號時發生的串擾和度量在傳聲法中用來抵消串音的傳遞函數的方法。
揚聲器重放期間發生的串音可用H11、H12、H21和H22表示。H11是從左揚聲器發至左耳的信號，H12是從左揚聲器發至右耳的信號，H21是從右揚聲器發至左耳的信號，而H22是從右揚聲器發至右耳的信號。處理抵消串音的處理器用「C」表示。由於信號H是一個2×2矩陣，因此處理器C用2×2的結構進行運算。因為左揚聲器的輸出必需只發至左耳而右揚聲器的輸出必需只發至右耳，所以對於運算結果D來說，理想情況是D11和D22為1而D12和D21為0。
根據式C11C12C21C22H11H12H21H22=D11D12D21D22]]>可得最佳解C11、C12、C21和C22，使得D11和D12的值近似為1，D12和D21的值近似為2，而D11、D12、D21和D22的絕對值之和近似為2。如果處理串音的C11、C12、C21和C22的值計算出來後用於加到揚聲器前的聲信號，就能得到與所要求的三維聲音近似的結果。
圖1A至1C示出了利用雙耳立體聲法和傳聲法形成三維聲像的方法。圖1A所示的方法採用了利用左耳傳遞函數HRTF-L和右耳傳遞函數HRTF-R的雙耳立體聲法。圖1B示出了利用C11、C12、C21和C22抵消揚聲器重放期間發出的串音的方法。圖1C示出了一種將圖1B所示結構簡化後的傳統方法，其中L-Tr1為滿足「C11*HRTF_L+C21*HRTF_R」的值，而R_Tr1為滿足「C12*HRTF_L+C22*HRTF_R」的值。
隨著電視會議和遊戲市場的擴大，希望能獲得與圖像配合的三維音響效果。在這個技術領域內，一個三維音頻的聲像不是固定在一個預定的位置而是不斷在移動的。也就是說，需要有調整一個聲像的能力。在利用如傳統方法中所用的HRTF的情況下，當原在一個虛擬位置形成的聲像的位置改變時，必需將用於操作的HRTF改變成與目標位置相應的HRTF。因為在虛擬聲像在三維空間內的位置改變時，要用原先為在三維空間內預定位置處形成一個虛擬聲像所得到的特定傳遞函數進行處理，所以在一個虛擬聲像的位置改變時要從傳遞函數庫中讀出一個與目標位置相應的傳遞函數來進行處理。在有許多虛擬聲像需要移動時，存儲傳遞函數的存儲器的複雜程度便要增大，而且從為了移動一個虛擬聲像請求改變傳遞函數到輸出根據改變的傳遞函數得到的結果之間響應時間延遲也增大。
這些問題可以用本發明所提出的方法來解決，在將第一虛擬聲源A和B配置在兩個空間點處後，通過調整按照第一虛擬聲像A和B的位置分別對它們進行加權的加權值來形成一個處在第一虛擬聲像A和B之間的可動虛擬聲像。按照本發明提出的這種方法，能改變一個虛擬聲像在三維空間內的位置，而不需要每當要改變位置時都要改變HRTF。
即使在一個空間內形成兩個虛擬聲源，但聽起來它們好像是一個。下面列舉這種情況的一個例子。
在向左、右兩個揚聲器相等地發送一個單聲道信號時，也就是在以雙模重放聲音時，這個信號的聲像給出了聲音似乎是從兩個揚聲器之間的中點發出的幻覺。在同樣的聲音在一個揚聲器配置在聆聽者正前方而另一個揚聲器配置在聆聽者的右方與前揚聲器垂直的環境中重放時，聆聽者感覺到聲音好像來自他的右方在兩個揚聲器之間的一個位置。考慮到這種幻覺，就能通過調整分別用來形成兩個虛擬聲像的信號的加權值和這兩個信號之間的相位差來形成在預定空間位置形成的一個單聲道信號的兩個虛擬聲像之間移動的一個第三虛擬聲像。
參見圖3A和3B，按照本發明設計的形成一個位置可調的虛擬聲像的裝置包括虛擬聲像形成單元310、輸出位置調整器320、控制器330和加法器340。
如圖3A所示，這種裝置接收到輸入信號後，就使這些輸入信號通過虛擬聲像形成單元310和受控制器330控制的輸出位置調整器320，送至加法器340。加法器340產生輸出信號L和R，送至相應的揚聲器。
虛擬聲像形成單元310根據輸入信號在一個三維空間內形成處在位置A和位置B的第一虛擬聲像。輸出位置調整器320通過調整與兩個第一虛擬聲像A和B有關的相應信號之間的相位差、用從控制器330接收到的加權值和延遲時間作用於第一虛擬聲像相關信號形成一個處在位置C處的第二虛擬聲像。
按照本發明形成一個位置可調的虛擬聲像的裝置可以配置成先使輸入信號通過虛擬聲像形成單元310再通過輸出位置調整器320，如圖3A所示，也可以配置成先使輸入信號通過輸出位置調整器320再通過虛擬聲像形成單元，如圖3B所示。
圖3B示出了輸入信號先通過輸出位置調整器320再通過虛擬聲像形成單元310的情況。輸入信號輸入輸出位置調整器320後，輸出位置調整器320就將這些輸入信號分別乘以與第一聲像A和B相應的加權值，以形成一個第二虛擬聲像C。這些加權值由控制器330提供。然後，輸出位置調整器320調整相乘所得信號之間的相位差。虛擬聲像形成單元310將輸出位置調整器320的一些輸出信號乘以形成第一虛擬聲像A的傳遞函數以獲得與第一虛擬聲像A有關的信號，而將輸出位置調整器320的其他一些輸出信號乘以形成第一虛擬聲像B的傳遞函數以獲得與第一虛擬聲像B有關的信號。加法器340將從虛擬聲像形成單元310獲得的第一虛擬聲像A的信號與第一虛擬聲像B的信號相加，產生一個聆聽者實際聽到的第二虛擬聲像C的信號。
也就是說，多聲道音頻輸入信號相繼通過受控制器330控制的輸出位置調整器320、用於揚聲器的虛擬聲像形成單元310和加法器340，從而產生通過兩個揚聲器達到多聲道音頻重放效果的信號L和R。具體地說，輸出位置調整器320調整輸入多聲道音頻信號的大小和這些多聲道音頻信號之間的相位差，使這些信號可以交疊，將調整得到的信號輸出給揚聲器的虛擬聲像形成單元310。揚聲器的虛擬聲像形成單元310根據接收到的經調整的信號產生三維信號。三維信號由加法器340處理成信號L和R輸出。
圖4A和4B示出了形成一個在通過揚聲器重放的三維空間內位置可調的虛擬聲像的方法的詳細實施例。如圖4A和4B所示，應用形成兩個虛擬聲像的方法形成一個新的單個位置可調的虛擬聲像的裝置各包括虛擬聲像形成單元410、輸出位置調整器420、控制器430和加法器440。
圖4A示出了本發明的將虛擬聲像形成單元410配置在輸出位置調整器420前的裝置的詳細配置情況。圖4B示出了本發明的將輸出位置調整器420配置在虛擬聲像形成單元410前的裝置的詳細配置情況。
參見圖4B，輸出位置調整器420接收到輸入單聲道信號後，用控制器430提供的相應於第一虛擬聲像A和B的加權值和相位延遲值分別對所接收的這些信號進行處理。
虛擬聲像形成單元410將輸出位置調整器420的一些輸出乘以形成第一虛擬聲像A的傳遞函數，產生與第一虛擬聲像A有關的信號，而將輸出位置調整器420的其他一些輸出乘以形成第一虛擬聲像B的傳遞函數，產生與第一虛擬聲像B有關的信號。
加法器440將虛擬聲像形成單元410的輸出信號中與左路有關的那些信號相加，產生輸出L，而將虛擬聲像形成單元410的輸出信號中與右路有關的那些信號相加，產生輸出R，從而形成一個第二虛擬聲像C。
對於單聲道信號，在第一虛擬聲像之一需配置在兩個揚聲器之間的中點的情況下，對L_Tr1和R_Tr1的運算和對L_Tr2和R_Tr2的運算之一可以在傳遞函數為1的假設下進行。在這種場合，運算數可以減少。
虛擬聲像形成單元410的每個傳遞函數端的輸入和輸出假設具有相同的值。為了補償形成一個第二虛擬聲像時發生的相位差，在執行運算時發生的相位延遲通過調整值D1和D2加以消除。加權值W1和W2由控制器430調整，從而使按照傳遞函數在一個虛擬空間內形成的一個第二虛擬聲像的位置可以在第一虛擬聲像A和B之間加以調整。用來形成單個第二虛擬聲像並調整這個第二虛擬聲像的位置的加權值W1和W2的特徵是W1+W2＝1。
在第一虛擬聲像A和B如圖5A所示那樣形成的情況下，在將加權值W1作用於虛擬聲像A和將加權值W2作用於虛擬聲像B時，就在離第一虛擬聲像A(1-W1)/(W1+W2)處形成第二虛擬聲像C，如圖5B所示。例如，如果W1＝0.5，W1＝W2＝0.5，於是虛擬聲像位於第一虛擬聲像A和B之間的中點。如果W1＝0.25而W2＝0.75，虛擬聲像C就離第一虛擬聲像B比離第一虛擬聲像A更近一些。如果W1＝0.75而W2＝0.25，虛擬聲像C就離第一虛擬聲像A比離第一虛擬聲像B更近一些。
對由於運算產生的相位差進行補償的情況如下。參見圖6A，第一虛擬聲像A和B分別在離一個基準點相同的距離處形成。在通過將用來形成虛擬聲像A的值D調整到一個比較大的值進行延遲時，所形成的聲音似乎是從圖6B中的第一虛擬聲像A′處發出的。因此，最終的第二虛擬聲像就處在連接第一虛擬聲像A′至第一虛擬聲像B的直線上。
如果假設聲音傳播的速度是每秒340m，而每秒的樣點數(採樣頻率)用fs表示，那麼在1m內的樣點數為340∶fs＝1∶xx＝fs/340(樣點/米)也就是說，為了通過執行延遲而形成虛擬聲像A′所用的值D是與虛擬聲像A′與虛擬聲像A之間的距離相應的樣本數。在從基準點到各虛擬聲像A和B的距離相同而虛擬聲像A′與虛擬聲像A之間的距離為(La2-La1)時，以米為單位計算出(La2-La1)，再將計算得的米數乘以x，計算出需延遲的樣點數。值D表示為D＝(fs/340)(La2-La1)(樣點)如果虛擬聲像A′和A處在相同位置，(La2-La1)＝0，於是值D為0。通過如上所述那樣調整值W和D，就能調整根據第一虛擬聲像A和B形成的第二虛擬聲像C的位置。
以上說明了用於一個單聲道信號的實施例。在這個實施例用於一個立體聲或兩個單聲道信號時，必需為每個信號形成一個虛擬聲像。這可以利用疊加特性來實現。
參見圖7，為了形成兩個虛擬聲像配置了一個虛擬聲像C1形成單元和一個虛擬聲像C2形成單元。虛擬聲像C1形成單元利用傳遞函數形成第一虛擬聲像A1和B1，再通過將加權值W11和W12分別作用於第一虛擬聲像A1和B1形成一個第二虛擬聲像C1。虛擬聲像C2形成單元利用傳遞函數形成第一虛擬聲像A2和B2，再通過將加權值W21和W22分別作用於第一虛擬聲像A2和B2形成一個第二虛擬聲像C2。兩個虛擬聲像形成單元形成的虛擬聲像C1和C2相加後，在通過兩個揚聲器重放聲音時，聆聽者就能感覺到這兩個虛擬聲像C1和C2。
圖8示出了如圖7所示那樣形成兩個虛擬聲像的方法。圖1示出了一種形成兩個位置可調的虛擬聲像的裝置，它是通過揚聲器形成位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的裝置的一個實施例。圖8所示裝置配置成包括兩個虛擬聲像形成單元。控制器840產生和輸出為了根據第一虛擬聲像的位置形成一個第二虛擬聲像所要使用的值D和W。第一輸入的第一虛擬聲像A1和B1由輸出位置控制器810和虛擬聲像形成單元820形成。第二虛擬聲像C1由加法器830根據第一虛擬聲像A1和B1形成。第二輸入的第一虛擬聲像A2和B2由輸出位置控制器810和虛擬聲像形成單元820形成。第二虛擬聲像C2由加法器830根據第一虛擬聲像A2和B2形成。最後，將第二虛擬聲像C1和C2相加在一起。因此，通過揚聲器形成兩個虛擬聲像C1和C2。在將第一虛擬聲像之一定位在聆聽者的正前方時，圖8中所用的傳遞函數有些可改變為1。例如，在將第一虛擬聲像B1和A2定位在揚聲器L到揚聲器R之間的中點時，在形成第一輸入的虛擬聲像的虛擬聲像形成單元821內的L_Tr12和R_Tr12就分別與在形成第二輸入的虛擬聲像的虛擬聲像形成單元823內的L_Tr21和R_Tr21完全相同。最簡單的情況是所有的傳遞函數都為1。如果傳遞函數L_Tr12、T_Tr12、L_Tr21和R_Tr21都為1，圖8就可簡化為圖9。
參見圖9，接收到第一和第二輸入，輸出位置調整器910就接收控制器920提供的用來確定虛擬聲像的位置的值W和D，用值W和D對第一和第二輸入進行處理。虛擬聲像形成單元930接收處理結果，加以運算，形成各個第一虛擬聲像。加法器940分別將運算結果和分別與輸入的左、右路有關的信號相加，得到用來形成虛擬聲像C1和C2的音頻輸出值L和R。在虛擬聲像形成單元930內使用的值L_Tr1和R_Tr1是用抵消揚聲器之間的串音的倒置傳遞函數得到的值。
圖10為示出通過在聆聽者前方對稱地形成第一虛擬聲像來形成兩個位置可調的虛擬聲像的方法的方框圖，作為通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的一個實施例。由圖10可見，在兩個位置可調的虛擬聲像的加權值相同和兩個位置可調的虛擬聲像的相位延遲相同時，也就是說，在聆聽者的前右和前左對稱地形成兩個第二虛擬聲像時，圖9中的W1和D1就分別等於圖9中的W4和D2，並且所用的傳遞函數相互對稱，從而可以使實現更為簡單。
圖11示出了本發明用於通過兩個揚聲器重放DVD或HDTV多聲道音頻的情況。在圖11中，示出了利用兩個揚聲器形成五個虛擬聲像的方法，作為通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的一個實施例。
虛擬聲像C00定位於兩個揚聲器L和R之間的中點。虛擬聲像C33和C44分別定位在左、右側。虛擬聲像C11定位在兩個揚聲器之間的中點到左側之間的中點，而虛擬聲像C22定位在兩個揚聲器之間的中點到右側之間的中點。這些虛擬聲像的位置通過控制用來形成虛擬聲像的加權值加以調整。
因此，通過疊加可以只用兩個揚聲器來形成五個虛擬聲像。圖11可用圖12和圖13的結構來實現。
圖12為示出將第一虛擬聲像之一定位在兩個揚聲器之間的中點的方法的方框圖，作為通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的一個實施例。
多聲道信號包括中間信號C、前左信號L、前右信號R、後左信號SL和後右信號SR。輸出位置調整器1210接收到這五個聲道的輸入信號後，用控制器1220提供的加權值和延遲信息調整這五個聲道的輸入信號。輸出位置調整器1210將調整結果送至虛擬聲像形成單元1230。虛擬聲像形成單元1230利用圖2中所示的抵消揚聲器之間的串音的傳遞函數得出定位虛擬聲像的值。加法器1240對虛擬聲像形成單元1230提供的值執行加法運算，產生五個虛擬聲像信號。這五個虛擬聲像信號有選擇地相加後形成輸出信號L和R。信號L和R通過兩個揚聲器重放，從而聆聽者可以在即使只是兩個聲道重放的情況下感受到五個聲道的重放效果。
圖13為示出將第一虛擬聲像對稱地定位在聆聽者的前左和前右方的方法的方框圖，作為通過揚聲器形成一些位置在一個三維空間內可調的虛擬聲像的方法的一個實施例。
在處理強調前方信號的多聲道音頻時，輸出位置調整器1310得出前方信號的分量和左、右聲像的分量。虛擬聲像形成單元1330對輸出位置調整器1310提供的這些分量進行處理，形成處在三維空間內相應位置的各虛擬聲像。加法器1340將處理得出的這些虛擬聲像相加。
按照上面所說明的本發明，首先可以調整各虛擬聲像的位置。其次，可以只用一組傳遞函數在不同的位置形成一個虛擬聲像。第三，本發明可以不用複雜的運算單元實現。第四，可以用少數揚聲器來達到多聲道音響效果。最後，在虛擬聲像數增大時複雜性並沒有增加多少。
權利要求
1.一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，所述裝置包括一個虛擬聲像形成單元，用來按照揚聲器的配置情況抵消在至少一個輸入音頻信號內發生的串音，得出在聲音從三維空間內一個點發至聆聽者雙耳時發生的傳遞函數，以及利用這些傳遞函數在一個三維空間內形成多個第一虛擬聲像；一個控制器，用來產生一些調整至少一個第二虛擬聲像的位置的調整因子；一個輸出位置調整器，用來以控制器產生的調整因子控制由虛擬聲像形成單元形成多個第一虛擬聲像的至少一個音頻信號，調整所述至少一個第二虛擬聲像的位置；以及一個加法器，用來將所述至少一個第二虛擬聲像的位置得到調整的所述至少一個音頻信號中與左路輸出有關的信號相加，將所述至少一個第二虛擬聲像的位置得到調整的所述至少一個音頻信號中與右路輸出有關的信號相加，從而產生形成所述至少一個第二虛擬聲像的左、右路音頻輸出。
2.權利要求1的裝置，其中如果表示在揚聲器重放的情況下發生串音的矩陣H為H=H11H12H21H22]]>其中矩陣的每個標有下標的元的第一下標表示揚聲器的位置，第二下標表示聆聽者耳朵的位置，「1」表示左，而「2」表示右，以及如果假設抵消在揚聲器重放情況下發生的串音的矩陣C為C=C11C12C21C22]]>其中矩陣的每個標有下標的元的第一下標表示揚聲器的位置，第二下標表示聆聽者耳朵的位置，「1」表示左，而「2」表示右，那麼虛擬聲像形成單元得出的每個傳遞函數是一個將聲音從兩個揚聲器傳送到聆聽者兩個耳朵的路徑模型化的傳遞函數D，表示為DD11D12D21D22=C11C12C21C22H11H12H21H22]]>其中矩陣的每個標有下標的元的第一下標表示揚聲器的位置，第二下標表示聆聽者耳朵的位置，「1」表示左，而「2」表示右。
3.權利要求2的裝置，其中在傳遞函數D中，得出矩陣C的最佳解，使得D11和D22為1而D12和D21為0，以及使得D11、D22、D12和D21的絕對值之和為2。
4.權利要求1的裝置，其中控制器產生的調整因子包括至少一個加權因子和至少一個時間延遲因子。
5.權利要求1的裝置，其中輸出位置調整器應用控制器產生的調整因子調整處在虛擬聲像形成單元形成的這些第一虛擬聲像的位置之間的所述至少一個第二虛擬聲像的位置。
6.一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，所述裝置包括一個控制器，用來產生一些調整至少一個第二虛擬聲像的位置的調整因子；一個輸出位置調整器，用來以控制器產生的調整因子控制至少一個輸入音頻信號，調整所述至少一個第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，用來按照揚聲器的配置情況抵消在輸出位置調整器內受到第二虛擬聲像位置調整的至少一個音頻信號內發生的串音，得出在聲音從三維空間內一個位置發至聆聽者雙耳時發生的傳遞函數，以及利用這些傳遞函數在一個三維空間內形成多個第一虛擬聲像；以及一個加法器，用來將受到輸出位置調整器和虛擬聲像形成單元處理的至少一個音頻信號中與左路輸出有關的信號相加，將受到輸出位置調整器和虛擬聲像形成單元處理的至少一個音頻信號中與右路輸出有關的信號相加，從而產生形成所述至少一個第二虛擬聲像的左、右音頻信號。
7.權利要求6的裝置，其中控制器產生的調整因子包括至少一個加權值和至少一個時間延遲因子。
8.權利要求6的裝置，其中輸出位置調整器應用控制器產生的調整因子調整處在虛擬聲像形成單元形成的這些第一虛擬聲像的位置之間的所述至少一個第二虛擬聲像的位置。
9.權利要求6的裝置，其中如果假設表示在揚聲器重放的情況下發生串音的矩陣H為H=H11H12H21H22]]>其中矩陣的每個標有下標的元的第一下標表示揚聲器的位置，第二下標表示聆聽者耳朵的位置，「1」表示左，而「2」表示右，以及如果假設抵消在揚聲器重放情況下發生的串音的矩陣C為C=C11C12C21C22]]>其中矩陣的每個標有下標的元的第一下標表示揚聲器的位置，第二下標表示聆聽者耳朵的位置，「1」表示左，而「2」表示右，那麼虛擬聲像形成單元得出的每個傳遞函數是一個將聲音從兩個揚聲器傳送到聆聽者兩個耳朵的路徑模型化的傳遞函數D，表示為DD11D12D21D22=C11C12C21C22H11H12H21H22]]>其中矩陣的每個標有下標的元的第一下標表示揚聲器的位置，第二下標表示聆聽者耳朵的位置，「1」表示左，而「2」表示右。
10.權利要求9的裝置，其中，在傳遞函數D中，得出矩陣C的最佳，使得D11和D22為1而D12和D21為0，以及使得D11、D22、D12和D21的絕對值之和為2。
11.一種對於一個輸入單聲道音頻信號利用一個位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，所述多聲道音頻重放裝置包括一個控制器，用來根據對於輸入單聲道音頻信號將形成的一個第一虛擬聲像的預定位置A和將形成的另一個第一虛擬聲像的預定位置B產生調整將形成的一個第二虛擬聲像的位置的加權值和相位延遲值；一個輸出位置調整器，用來將輸入單聲道音頻信號分成兩路信號，並將加權值和相位延遲值作用於每個相應分路的單聲道音頻信號，調整將形成第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，包括一個將通過將對位置A的加權值和相位延遲值作用於一路分路的單聲道音頻信號而得到的一個單聲道音頻信號乘以用來在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數的A傳遞函數處理器，以及一個將通過將對位置B的加權值和相位延遲值作用於另一路分路的單聲道音頻信號而得到的一個單聲道音頻信號乘以用來在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數的B傳遞函數處理器；以及一個加法器，用來將通過乘以用來在預定位置A和B形成第一虛擬聲像的傳遞函數而得到的這些音頻信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
12.一種對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，所述多聲道音頻重放裝置包括一個控制器，用來根據對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R將形成的一個第一虛擬聲像的預定位置A和將形成的另一個第一虛擬聲像的預定位置B產生調整將形成的一些第二虛擬聲像的位置C-左和C-右的加權值和相位延遲值；一個輸出位置調整器，用來通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成這些第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，包括一個將A位置基準信號乘以用來在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數的A傳遞函數處理器，以及一個將B位置基準信號乘以用來在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數的B傳遞函數處理器；以及一個加法器，用來將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生用來在位置C-左和C-右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
13.權利要求12的多聲道音頻重放裝置，其中形成第一虛擬聲像的預定位置A和B對稱地配置在聆聽者的前左和前右。
14.權利要求12的多聲道音頻重放裝置，其中輸出位置調整器通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L建立一個A位置基準信號，通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R建立一個B位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號相加建立一個中央基準信號，從而調整將形成這些第二虛擬聲像的位置；虛擬聲像形成單元還包括一個將中央基準信號乘以在預定位置A和B之間的中點形成虛擬聲像的傳遞函數的中央傳遞函數處理器；以及加法器將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的左耳相應的信號與中央傳遞函數處理器的輸出信號相加，產生左路信號，而將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號與中央傳遞函數處理器的輸出信號相加，產生右路信號。
15.一種對於左信號L、右信號R、後左信號SL、後右信號SR、中央信號C五個聲道的輸入音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置，所述多聲道音頻重放裝置包括一個控制器，用來根據對於輸入的五聲道音頻信號L、R、SL、SR和C將形成的一個第一虛擬聲像的預定位置A和將形成的另一個第一虛擬聲像的預定位置B產生調整將形成的一些第二虛擬聲像的位置C-左和C-右的加權值和相位延遲值；一個輸出位置調整器，用來通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R、後左信號SL和中央信號C而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L、後右信號SR和中央信號C而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成這些第二虛擬聲像的位置；一個虛擬聲像形成單元，包括一個將A位置基準信號乘以用來在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數的A傳遞函數處理器，以及一個將B位置基準信號乘以用來在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數的B傳遞函數處理器；以及一個加法器，用來將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生用來在位置C-左、C-右、中央、後左和後右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
16.權利要求15的多聲道音頻重放裝置，其中形成第一虛擬聲像的預定位置A和B對稱地配置在聆聽者的前左和前右。
17.權利要求15的多聲道音頻重放裝置，其中輸出位置調整器通過將後左信號SL與一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，通過將後右信號SR與一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，以及通過將中央信號C、一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號和一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號而得到的信號相加建立一個中央基準信號，從而調整將形成這些第二虛擬聲像的位置；虛擬聲像形成單元還包括一個將中央基準信號乘以在預定位置A和B之間的中點形成虛擬聲像的傳遞函數的中央傳遞函數處理器；以及加法器將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的左耳相應的信號與中央傳遞函數處理器的輸出信號相加，產生左路信號，而將由虛擬聲像形成單元通過乘以傳遞函數而得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號與中央傳遞函數處理器的輸出信號相加，產生右路信號。
18.權利要求17的多聲道音頻重放裝置，其中輸出位置調整器按照中央信號的重要性將加權值和相位延遲值作用於中央信號。
19.一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，所述方法包括下列步驟(a)對於輸入音頻信號在一個區域內形成多個第一虛擬聲像，其中一個位置在一個三維空間內可調；以及(b)通過調整對於為形成多個第一虛擬聲像而加以處理的音頻信號的多個第一虛擬聲像的作用調整一個第二虛擬聲像的位置。
20.一種對於一個輸入單聲道音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，所述多聲道音頻重放方法包括下列步驟(a)對於輸入音頻信號產生在一個三維空間內的一個預定位置A形成一個第一虛擬聲像的信號和在這個三維空間內的另一個預定位置B形成另一個第一虛擬聲像的信號；(b)將一些加權值和時間延遲分別作用於在位置A和B形成第一虛擬聲像的信號，以調整第一虛擬聲像的空間位置和形成第一虛擬聲像的信號之間的相位差；以及(c)將通過加權值和時間延遲作用的經調整的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生形成一個第二虛擬聲像的左、右路信號。
21.一種對於一個輸入單聲道音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，所述多聲道音頻重放方法包括下列步驟(a)將與預定位置A和B相應的加權值和時間延遲作用於輸入單聲道音頻信號，以調整將形成一個第二虛擬聲像的位置；(b)將通過將對於位置A的加權值和時間延遲作用於輸入單聲道音頻信號而得到的音頻信號乘以在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數，以及將通過將對於位置B的加權值和時間延遲作用於輸入單聲道音頻信號而得到的音頻信號乘以在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數；以及(c)將通過乘以在預定位置A和B形成第一虛擬聲像的傳遞函數而得到的這些音頻信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加以及與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
22.一種對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，所述多聲道音頻重放方法包括下列步驟(a)對於輸入左、右立體聲音頻信號L和R，通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成第二虛擬聲像的位置C-左和C-右；(b)將A位置基準信號乘以在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數，以及將B位置基準信號乘以在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數；以及(c)將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加，以及將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生在位置C-左和C-右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
23.一種對於左信號L、右信號R、後左信號SL、後右信號SR、中央信號C五個聲道的輸入音頻信號利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放方法，所述多聲道音頻重放方法包括下列步驟(a)對於輸入的五聲道音頻信號L、R、SL、SR和C，通過將一個通過將與預定位置A相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R、後左信號SL和中央信號C而得到的信號相加建立一個A位置基準信號，以及通過將一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於右信號R而得到的信號與一個通過將與預定位置B相應的加權值和相位延遲值作用於左信號L、後右信號SR和中央信號C而得到的信號相加建立一個B位置基準信號，從而調整將形成第二虛擬聲像的位置C-左和C-右；(b)將A位置基準信號乘以在預定位置A形成第一虛擬聲像的傳遞函數，以及將B位置基準信號乘以在預定位置B形成第一虛擬聲像的傳遞函數；以及(c)將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的右耳相應的信號相加，以及將在步驟(b)得到的這些信號中與聆聽者的左耳相應的信號相加，從而產生在位置C-左、C-右、中央、後左和後右形成第二虛擬聲像的左、右路信號。
全文摘要
本發明提出了一種利用一些位置可調的虛擬聲像進行揚聲器重放的多聲道音頻重放裝置和方法。這種多聲道音頻重放裝置包括一個虛擬聲像形成單元,用來按照揚聲器配置抵消在至少一個輸入音頻信號內發生的串音,得出在聲音從三維空間內的一個位置傳送到聆聽者雙耳時發生的傳遞函數,形成多個第一虛擬聲像。控制器產生調整至少一個第二虛擬聲像的位置的調整因子輸出位置調整器控制虛擬聲像形成單元形成多個第一虛擬聲像的至少一個音頻信號,調整至少一個第二虛擬聲像的位置。
文檔編號H04S3/02GK1277532SQ00108208
公開日2000年12月20日 申請日期2000年4月28日 優先權日1999年6月10日
發明者金尚煜, 金度亨, 徐亮錫 申請人:三星電子株式會社