用於環繞聲環境的音頻增強系統的製作方法
2023-04-27 21:12:36
專利名稱：用於環繞聲環境的音頻增強系統的製作方法
背景技術：
一般來說本發明涉及用於提高利用立體聲再現獲得的真實感和戲劇效果的音頻增強系統和方法。更具體地說，本發明涉及用於增強在具有獨立的前聲道和後聲道的環繞聲環境中產生的聲音的裝置和方法。
環繞立體聲系統，即前後揚聲器具有獨立聲道的音頻系統的產生給聽者帶來更為真實和自然的聲音感覺。這種系統，例如杜比實驗室的定向邏輯(Pro-Logic)系統，可以使用一種矩陣方案在僅兩條音頻記錄磁軌中存儲四個或更多個獨立聲道。在解矩陣時，Pro-Logic音頻系統將各個音頻信號分別傳送到左前揚聲器、右後揚聲器、中央揚聲器、和設置在聽者後面的環繞聲揚聲器。
最近，環繞聲系統已經能夠傳送完全獨立的前後聲道。名稱為「AC-3」的杜比實驗室的五聲道數字系統就是一種這樣的系統。具有杜比AC-3性能的音頻器件能夠將五個分立的聲道傳送到設置在聽者周圍的多個揚聲器(左前、中央、右前、左環繞、和右環繞)。與以往的環繞聲系統不同，杜比AC-3系統的全部五個分立聲道都具有全帶寬特性。這使得後聲道，或「環繞」聲道更寬的動態和音量範圍。
杜比AC-3系統的分立全帶寬聲道已經用於提高一個聲場中立體聲效果的定位性。這種定位性是由傳送到環繞聲環境中的一個獨立揚聲器而產生的。結果，聲音信息可以傳送到系統中的任何一個揚聲器。此外，因為AC-3聲道並不限制音頻帶寬，所以所有聲道都能夠用於產生環繞聲效果和直接聲效果。
儘管聲音的定位性在某種程度上說是有利的，當聲音重放時可以大大提高真實性，但是使諸如杜比AC-3和Pro-Logic一類系統的性能受到限制。例如，通過將聲音傳送到設置在聽者周圍的五個分立的揚聲器可以建立環繞一個聽者的聲場。但是，聽者可能感覺這個環繞聲場是由五個分立的點聲源發出的聲音構成的。在某些環繞聲音頻系統中，從聽者的感覺來說，旨在從一個後揚聲器轉移到另一個後揚聲器的聲音似乎跳躍式跨過後面的聲舞臺。類似地，旨在從左前揚聲器轉移到左後揚聲器的聲音仿佛是跳躍式跨過左邊的聲舞臺。
雖然聲音再現系統，特別是具有環繞聲性能的系統已經取得了進步，但是仍然需要有一種音頻增強系統，這種系統能夠提高這些聲音再現系統的真實性。本申請中提出的音頻增強系統就滿足這種需要。
發明概要本申請公開了一種音頻增強系統和方法，該系統和方法主要用於環繞聲音頻系統，如杜比AC-3五聲道音頻系統，杜比Pro-Logic系統，或類似的多聲道環繞聲系統。在一個典型的多聲道音頻增強系統中，用於前揚聲器和後揚聲器的四個獨立的音頻信號有選擇地組成兩對。每一對音頻信號用於產生相對於初始音頻信號對改善的一對合成音頻信號。
對於合成音頻信號改善的聲級和形式可以變化以強化初始音頻信號的某些聲學特徵。然後有選擇地將由不同對初始音頻信號產生的各個合成音頻信號進行組合以生成複合音頻輸出信號。然後直接將複合音頻輸出信號傳送到一個揚聲器以實現聲音再現。通過結合所選擇的合成音頻信號以類似的方式產生其餘的音頻輸出信號。這樣生成一組四個音頻輸出信號，它們至少作為某些初始音頻信號的函數得以增強。
附圖簡介通過以下結合附圖所作的詳細介紹可以更加清楚地了解本發明的這些和其它方面、特徵和優點，在所說附圖中
圖1為用於環繞聲環境中的一種音頻增強系統的示意性方塊圖。
圖2為用於環繞聲環境中的一種音頻增強系統的另一個實施例的示意性方塊圖。
圖3為優選的音頻增強系統的總體結構方塊示意圖。
圖4A為使用圖1所示發明的一個加法電路的示意簡圖。
圖4B為使用圖2所示發明的一個加法電路的示意簡圖。
圖5為一種音頻增強系統的示意性方塊圖，該系統可以如圖1和圖2所示方式使用以產生展寬的立體聲象。
圖6為應用於環繞空間立體聲信號信息的均衡曲線頻率響應圖表，該圖表從圖4所示音頻增強系統獲得。
圖7為圖4所示音頻增強系統的第一實施例的示意圖。
圖8為圖4所示音頻增強系統的第二實施例的示意圖。
優選實施例的詳細描述圖1為用於環繞聲環境中的多聲道音頻增強系統10的一個方塊示意圖。音頻增強系統10與具有多聲道音頻源信號的一個立體聲信號解碼器12協同工作。圖1所示的解碼器12是一個六聲道音頻解碼器，其輸出最終驅動六揚聲器組的音頻信號。六個聲道中的每一個用於六個揚聲器中不同的一個。特別是，表示中心信息(例如對話)的音頻源信號14最終被傳送到一個中央揚聲器16。包含低頻聲音的音頻源信號18最終被傳送到一個亞低音揚聲器20。
立體聲解碼器12的其餘四個音頻源信號20、22、24和26分別表示最初準備傳輸(經過放大)到一個左後揚聲器28、一個左前揚聲器30、一個右前揚聲器32、和一個右後揚聲器34的信號。但是，如圖1所示，音頻源信號20、22、24和26卻有選擇地傳送到一組音頻增強裝置40、42、44和46。這樣，所有的源信號都分成對，使得沒有兩對是相同的，但是兩個獨立的信號對可以包含相同的源信號。
具體地說，一個第一音頻增強裝置40接收左前源信號22(Lf)和右前源信號24(Rf)。音頻增強裝置40輸出一個第一增強合成信號50(Lf1)和一個第二增強合成信號52(Rf1)。按照相同的方式，但是輸入信號不同，一個第二音頻增強裝置42接收左後源信號20(Lr)和源信號22(Lf)。然後，裝置42輸出第一和第二合成信號54(Lf2)和56(Lr1)。
同樣，一個第三音頻增強裝置44接收源信號24(Rf)和右後源信號26(Rr)。裝置44輸出第一和第二合成信號58(Rf2)和60(Rr1)。最後，一個第四音頻增強裝置46接收源信號Lr和源信號26(Rr)。裝置46輸出第一和第二合成信號62(Lr2)和64(Rr2)。為了便於解釋和清楚起見，將增強系統10表示為具有四個獨立的音頻增強裝置40、42、44和046。本領域技術人員可以理解，最後的合成信號可以由一個音頻增強裝置接收全部四個源信號並對它們進行適當的變換而生成。
將所選擇的合成信號對(從不同的信號對獲得)在四個加法結點70、74、78、或82中的一個進行複合。具體地說，就是在加法結點70將合成信號Lf1和Lf2結合生成用於驅動左前揚聲器30的一個複合增強輸出信號72(Lf(enhanced))。在加法結點74，將合成信號52(Rf1)和58(Rf2)結合以生成用於驅動右前揚聲器32的一個複合增強輸出信號76(Rf(enhanced))。複合增強輸出信號80(Lr(enhanced))驅動左後揚聲器28。信號Lr(enhanced)是在加法結點78由合成信號Lr1和Lr2產生的。最後，合成信號60(Rr1)和64(Rr2)在加法結點82結合生成一個複合增強輸出信號84(Rr(enhanced))。總而言之，Lf(enhanced)=K1(Lf1+Lf2)；Rf(enhanced)=K2(Rf1+Rf2)；Lr(enhanced)=K3(Lr1+Lr2)；和Rr(enhanced)=K4(Rr1+Rr2)，其中每個合成信號是作為兩個音頻源信號的函數產生的。獨立變量K1-K4是由加法結點70、74、78和82的增益(如果有的話)確定的。
在工作中，音頻增強系統10生成一組四個音頻輸出信號72、76、80和84。將這四個增強音頻信號中的每一個作為一組初始源信號20、22、24和26的函數進行變換。增強系統10根據解碼的經過前置放大的音頻源信號工作，這些音頻源信號是用於設置在一個聽環境中的多個獨立揚聲器的。所以，所得的增強輸出信號72、76、80和84在由揚聲器28、30、32和34再現之前必須經過放大。如圖1所示聲音信號放大器不是獨立的，但是也可以包含在揚聲器28、30、32和34中。
增強輸出信號Lf(enhanced)是由信號Lf1和Lf2複合產生的。信號Lf1是由音頻增強裝置40作為兩個音頻源信號Lf和Rf的函數產生的。各種音頻增強裝置和方法都可以應用於裝置40。但是，在一個優選實施例中，裝置40產生一個信號Lf1，該信號與信號Rf1結合，當分別通過揚聲器30和32播放這些信號時，它們展寬了所感覺到的空間聲象。這樣在揚聲器30和32之間生成一個更加擴散的聲場，並且消除了能夠降低真實性的過度的定向性。
除了合成信號Lf1，音頻增強裝置42還產生一個第二合成信號Lf2，信號Lf2s是作為音頻源信號20,Lr，和22,Lf的函數產生的。信號Lf2表示一對聲信號之一(另一個為Lr1)，根據一個優選實施例，當經過放大並在揚聲器28和30播放時，這一對信號產生一個增強的空間聲象。
所以，複合增強左輸出信號，Lf(enhanced)包含信號Lf1和信號Lf2的一部分。於是，從揚聲器30產生的聲音依賴於音頻源信號Lr和Rf，如果沒有增強系統10，這兩個音頻源信號將直接分別傳送到揚聲器28和32。因此，信號Lf(enhanced)產生改善的空間聲象，其依賴於前音頻源信號，Lf和Rf，和左側音頻源信號，Lr和Lf。
按照同樣的方式，由從增強裝置40、42、44、和46輸出的合成信號產生複合增強輸出信號Rf(enhanced)、Lr(enhanced)、Rr(enhanced)。具體地說，信號Rf(enhanced)是前源信號Lf和Rf，以及右側源信號Rf和Rr的函數；信號Lr(enhanced)是左側源信號Lf和Lr以及後側源信號Lr和Rr的函數；信號Rr(enhanced)是右側源信號Rf和Rr以及後側源信號Lr和Rr的函數。
根據圖1所示的實施例，分別傳輸(經過放大)到各個揚聲器28、30、32和34的每個音頻輸出信號是音頻源信號20、22、24和26中至少三個的函數。因此，通過一個揚聲器播放的給定音頻輸出信號變為依賴於用於(在增強之前)其它附近或鄰近揚聲器的初始源信號。通過以這種方式將輸出信號混合，可以實現改善的聲音感覺。根據所使用的音頻增強裝置的聲級和類型，可以消除揚聲器點源的感覺，而是形成可以感覺到的揚聲器陣列。於是，原來只是「環繞」聲環境的聲音再現環境可以變為使聽者覺得自然或身臨其境的環境。
除了對源信號20、22、24和26的增強，信號14和16可能需要進行聲級調整以使這些信號的聲級與增強源信號20、22、24和26的聲級均衡。這種聲級調整可以是預設的和固定的，或者是由系統10使用者手動調整的。聲級控制裝置對於本領域技術人員來說是公知的，可以設置在解碼器12與用於驅動相應的揚聲器的信號放大器(未示出)之間。
在某些環繞聲系統中，例如在杜比Pro-Logic系統中，使用一個單獨的音頻信號來模擬環繞效果。這個單獨的信號傳輸到兩個後側揚聲器。在這樣的系統中，圖1所示的信號Lr和Rr是相同的，不需要後側音頻增強單元46。
圖2表示一個多聲道音頻增強系統100，該系統使用了上面結合圖1所述的技術。此外，該增強系統100具有兩個輔助音頻增強裝置102和104。與其它裝置40、42、44和46一樣，增強裝置102和104產生對最後的音頻輸出信號72、76、80和84有貢獻的合成信號。這些合成信號是作為它們各自的源信號的函數確定的。
與其它四個增強裝置40、42、44和46不同，裝置102和104產生交迭音頻增強。交迭音頻增強將聲音作為由彼此對角放置的揚聲器播放的那些源信號的函數進行變換。具體地說，源信號Lr和Rf輸入增強裝置102中。所得的合成信號Rf3和Lr3由裝置102產生。信號Rf3在加法結點110與另外兩個合成信號Rf1和Rf2結合。這樣產生了一個複合輸出信號112(Rf(enhanced))，該信號作為全部四個源信號20、22、24和26的函數加以變換。類似地，信號Lr3在結點114結合以產生複合信號116(Lr(enhanced))，該信號驅動(在經過放大之後)左後揚聲器28。
第二交迭增強裝置104的工作與裝置102相似。具體地說，裝置104接收用於對角設置在揚聲器30和34的源信號Lf和Rr。裝置104產生一個第一合成信號120(Rr3)，該信號在加法結點122與Rr1和Rr2結合以產生最終的輸出信號124(Rr(enhanced))。同樣，第二複合信號126在加法結點128與Lf1和Lf2結合以產生最終的輸出信號130(Lf(enhanced))。
圖3表示與主系統132和存儲媒體裝置134連接的多聲道音頻增強系統10。在一個優選實施例中，主系統132是一個音頻接收器，其與環繞聲系統例如杜比實驗室五聲道數字系統(名稱為AC-3)兼容。在另一個實施例中，主系統132是一個音頻接收器，其與杜比實驗室的Pro-Logic系統兼容。此外，雖然多聲道環繞系統如AC-3是優選的，但是本發明並不局限於環繞聲系統，而可以用於增強各種多聲道系統。在其它實施例中，例如主系統132還可以包括一個雷射盤系統、一個錄像帶系統、一個立體聲接收器、一個電視接收器、一個計算機聲音系統、一個數位訊號處理系統、一個Lucasfilm-THX娛樂系統或諸如此類的系統。
雖然優選實施例中的存儲媒體裝置134產生AC-3兼容位流，其它實施例可以使用各類存儲媒體和格式。AC-3位流的格式由杜比實驗室定義，對於本領域技術人員來說是眾所周知的。因此，本領域技術人員能夠認識到存儲媒體裝置134可以包括各種光存儲媒體、磁性存儲媒體、計算機可存取系統或諸如此類的系統。例如，存儲媒體裝置134可以包括雷射盤播放器、數字視頻裝置、壓縮光碟、像帶、音帶、磁性記錄磁軌、軟盤、硬碟，等。此外，存儲媒體裝置134的其它實施例支持各種數據格式如模擬頻率調製、脈衝編碼調製和諸如此類的格式。另外，存儲媒體裝置134可以是有線廣播系統、互交式視頻裝置、計算機網絡、網際網路、電視廣播系統、高清晰度電視廣播系統或類似系統的一部分。
在優選實施例中，多聲道信號解碼器12經由通信總線136從主系統132或存儲媒體裝置134接收聲音數據。例如包含AC-3位流的複合無線電頻率信號從存儲媒體裝置經由通信總線136傳送到多聲道音頻信號解碼器12。但是，一個本領域技術人員應當認識到通信總線136可以用於載送各種音頻信號格式。
在其它實施例中，主系統132、存儲媒體裝置134、和通信總線136可以集成在一個裝置中。例如，一個數字視頻裝置可以將主系統132、存儲媒體裝置134和通信總線136集成為一體。此外，如在下文中詳細討論的，其它實施例可以將主系統132、存儲媒體134和系統10或100與分立的模擬元件、一個半導體基片，藉助於軟體，集成在一個數位訊號處理(DSP)晶片中，即，固件，或其它數字格式。例如，一個音頻接收器可以包括一個數位訊號處理器，該處理器通過通信總線136存取存儲媒體134、執行主系統134功能和執行系統10或100的功能以產生增強信號。
圖4A和圖4B表示圖1和圖2中所示的結點。圖1中的兩信號加法結點70由圖4A所示的電路表示。其餘的結點74、78、和82除了所接收的具體輸入信號以外，其它方面與結點70相同。加法結點70用作具有一個運算放大器142的一個標準反相放大器。放大器142接收信號Lf1和Lf2。然後將Lf1和Lf2在放大器142的一個反相端144結合，或相加。電路70的相對增益由電阻146、148和150確定。在一個優選實施例中，各個信號Lf1和Lf2的增益是一致的。但是，根據具體的聲音環境和聽者的個人喜好需要對增益進行微量調節。
圖4B表示圖2所示加法結點128。結點128和結點70同樣由加法、反相放大器電路構成。但是，結點128具有一個運算放大器152，其將三個輸入信號Lf1、Lf2、和Lf3，而不是兩個輸入信號結合在一起。
圖1和圖2所示的音頻增強技術改善了環繞聲系統的現場效果。圖1和圖2所示的系統10和100表示具有設置在聲舞臺的前後區域的四個主揚聲器的一種典型的家庭聲音再現環境。但是，本發明的構思可以應用於具有可以放置在聲舞臺任意位置的輔助揚聲器的聲環境。例如，揚聲器可以放置在側壁或者甚至設置在彼此不同或與聽者不同的高度。此外，本發明的構思還可以應用於可能被選擇增強的任何一對音頻源信號。然後將所得的合成信號與由第二對音頻源信號生成的其它合成信號結合。相同的過程可以對由立體聲信號解碼器或類似裝置產生的每一對可能的音頻源信號持續不斷地進行。
系統10和100可以以模擬分立形式、半導體基片，通過軟體，集成在一個數位訊號處理(DSP)晶片中，即，固件，或者以某種其它數字格式實施。
圖1所示的多聲道增強系統10、或圖2所示的增強系統100，可以採用各種用於產生合成音頻信號的音頻增強裝置。例如，裝置40、42、44、46、102和104可以使用時間延遲技術，相移技術、信號均衡、或所有這些技術的結合以實現所需的聲音效果。另外，各個增強裝置40、42、44、46、102、和104所應用的音頻增強技術不必相同。
根據本發明的一個優選實施例，圖1所示的增強裝置40、42、44、和46使一對立體聲信號中存在的環繞空間信號分量得以均衡。結果，許多從給定揚聲器發出的聲音將不會定位在該揚聲器。此外，跨越聲舞臺從一個揚聲器到另一個揚聲器的聲音將逐漸變化，就好象存在附加的揚聲器一樣。環繞空間信號分量表示一對音頻信號之間的差值。所以由一對音頻信號獲得的環繞空間信號分量常常被稱為「差值」信號分量。
下面結合圖5-8討論適合使用本發明的一種音頻增強裝置(和實現方法)的一個實例。這種裝置通過增強環繞空間聲音信息擴展和混合了由一對立體聲信號產生的感覺的聲舞臺。圖5-8所示的音頻增強裝置與1995年4月27日提出的待審查申請(申請號為08/430751)中公開的裝置類似，該專利申請如同完全重述一樣結合在本申請中。在授予Arnold l.Klayman的美國專利US-4738669和US-4866744中公開的相關音頻增強裝置也如同完全重述一樣結合在本申請中。
首先參見圖5，其中所示為表示一種音頻增強裝置160的一個功能模塊圖。在本發明的一個優選實施例中，裝置160代表各個裝置40、42、44、46、102和104。增強系統160首先在輸入端162和164分別接收第一和第二立體音頻源信號(S1和S2)。這些立體音頻源信號傳送到一個第一加法裝置166，例如一個電子加法器中。加法裝置166在其輸出端68產生表示在輸入端162和164接收的立體音頻源信號之和的一個和信號。
信號S1還傳送到一個音頻濾波器170，而信號S2傳送到另一個獨立的音頻濾波器172。濾波器170和172的輸出傳送到一個第二加法裝置174中。加法裝置174在一個輸出端176產生一個差信號。該差信號表示在經過濾波的信號S1和S2中存在的環繞空間信息。濾波器170和172為預處理高通濾波器，它們用於避免對立體聲信號對的環繞空間分量中存在的低音部分進行過度放大。
加法裝置168和加法裝置174構成一個加法網路，其輸出信號分別傳送到獨立的聲級調節裝置180和182。裝置180和182實際上是電位計或類似的可變阻抗裝置。裝置180和182的調節通常是由使用者手動進行的以控制輸出信號中和信號與差信號的基本聲級。這使得使用者可以根據所產生聲音的類型按照使用者個人的喜好定製立體聲增強的聲級和信號方式。和信號聲級的增加強化在位於一對揚聲器之間的中央舞臺產生的聲音信號。相反，差信號聲級的增加強化形成更寬廣的聲舞臺感覺的環繞空間聲音信息。在某些音樂類型和系統配置參數已知的音頻裝置中，或者在無法進行手動調節的情況下，調節裝置180和182可以去掉，和信號與差信號聲級固定在一個預定值。
裝置182的輸出從一個輸入端186傳送到一個均衡器184中。均衡器184將在輸入端186輸入的差信號進行譜整形。這是通過對所示的差信號分別應用一個低通音頻濾波器188、一個高通音頻濾波器190、和一個衰減電路192實現的。濾波器188、190和電路192的輸出信號分別通過路徑194、196、和198輸出。
通過路徑194、196和198傳送的經過變換的差信號構成經過處理的差信號(S1-S2)p的分量。將這些分量傳送到由加法裝置200和202構成的一個加法網路中。加法裝置200還接收從裝置180輸出的和信號，以及初始立體音頻源信號S1。這五個信號全部輸入加法裝置200中以產生一個增強的音頻輸出信號204。
類似地，從均衡器184輸出的經過變換的差信號、和信號、以及信號S2在加法裝置202中結合以產生一個增強的音頻輸出信號206。沿路徑194、196和198輸入的差信號的各個分量在加法裝置202中反相以產生用於一個揚聲器的經過處理的差信號(S2-S1)p，該信號與其它揚聲器的信號相差為180度。
當加法裝置200和202結合經過濾波和衰減的差信號分量以產生音頻輸出信號204和206時，環繞空間信號信息實現全頻譜整形，即正則化。因此，音頻輸出信號204和206產生大大改善的音頻效果，因為環繞空間聲音被有選擇地強化以將聽者完全置於一個再現的聲舞臺中。音頻輸出信號204和206由下列數學公式表示AUDI0 0UT(1)=S1+K1(S1+S2)+K2(S1·S2)p(1)AUDI0 0UT(2)=S2+K1(S1+S2)·K2(S1·S2)p(2)應當指出，上述公式中的輸入信號S1和S2一般為立體音頻源信號，但是，也可以是由一個單聲道源合成的。在也是授予ArnoldKlayman的美國專利US-4841572中公開了可以與本發明結合使用的這樣一種立體聲合成方法，該專利以引用方式結合在本申請中。此外，如在美國專利US-4748669中所討論的，上式表示的增強輸出信號可以利用磁學或電學方法存儲在各種記錄媒體，例如聚乙烯唱片、壓縮光碟、數字或模擬音帶、或計算機數據存儲媒體中。然後可以利用一種常規的立體聲再現系統再現存儲的增強音頻輸出信號以實現同樣的立體聲聲象增強效果。
上述公式中的信號(S2-S1)p表示已經根據本發明頻譜整形的經過處理的差信號。根據一個優選實施例，差信號的變換由圖6所示的頻率響應表示，其標記為增強關係曲線或歸一化曲線210。
該關係曲線210表示為按分貝測量的增益相對於以對數格式表示的可聽頻率的函數。根據一個優選實施例，該關係曲線210在位於大約125Hz的一個點A處具有大約7dB的峰值增益。關係曲線210在125Hz上下以大約每倍頻程6dB的速率下降。關係曲線210在大約2.1Khz的點B處對差信號施加-2dB的最小增益。增益在2.1Khz以上以每倍頻程6dB的速率增大直到大約7Khz的點C為止，然後繼續增大直到大約20Khz，即接近人耳可以聽到的最高頻率處。雖然關係曲線210的整體均衡是利用高通和低通濾波器實現的，但是還可以將在點B具有最小增益的一種帶阻濾波器與一個高通濾波器結合使用以獲得相似的關係曲線。
在一個優選實施例中，關係曲線210的點A與點B之間的增益差理論上設計為9dB，點B與點C之間的增益差應當為大約6dB。這些數字是設計約束條件，實際的數字可以根據所使用的器件的不同而對於各個電路不同。如果信號聲級裝置180和182是固定的，則關係曲線210將保持恆定。但是，裝置182的調節會使點A和點B，點B和點C之間的增益差略微變化。在一個環繞聲環境中，比9dB大得多的增益差可能會降低聽者對中頻段清晰度的感覺。
利用一個數位訊號處理器實現關係曲線在多數情況下更加準確地反映了上述的設計約束條件。對於採用模擬手段實現的情況，如果對應於點A、B和C的頻率、和對於增益差的限制，變化±20％，是可以接受的。與理想性能的這種偏差仍然能夠產生所需的立體聲增強效果，儘管不如最佳效果。
如從圖6可以看出的頻率，低於125Hz的差信號在關係曲線210上表現為急劇下降。這種下降是為了避免非常低頻，即低音頻率的過度放大。對於許多種聲音再現系統，特別是環繞聲系統，對於這種低頻範圍的音頻差信號的放大會產生具有太多低音頻響應的令人不快和不真實的聲象。
由本發明產生的立體聲增強特別適合於利用高質量立體聲唱片。特別是，與以往的模擬音帶或聚乙烯套唱片不同，現在的數字存儲的錄音包含更寬頻譜包括低音頻段的差信號，即立體聲信息。所以不需要對這些頻段內的差信號進行過度放大以獲得足夠的低音頻響應。
圖7表示用於生成擴展的立體聲聲象的一個電路220。音頻增強電路220對應於圖5所示的裝置160。在圖7中，源信號S1通過一個電阻222、一個電阻224、和一個電容226。源信號S2通過一個電容228和電阻230和232。
電阻222與放大器236的一個非反相端234相連。同一個非反相端234還與電阻232和電阻238相連。放大器236由一個加法放大器構成，其具有通過一個電阻242與地連接的一個反相端240。放大器236的一個輸出端244通過一個反饋電阻246與反相端240相連。在輸出端244產生表示第一和第二源信號之和的一個和信號(S1+S2)，並傳送至一個可變電阻250的一端，該電阻的另一端接地。為了利用放大器236將源信號S1和S2進行適合的相加，在一個優選實施例中電阻222、232、238和246的值都是33.2千歐姆，而電阻238可取的是16.5千歐姆。
第二放大器252由一個「差分」放大器構成。該放大器252的反相端254與一個電阻256相連，該電阻256又與電容226串聯連接。類似地，放大器252的一個正端258通過與電阻260和電容228串聯連接接收信號S2。正端258還通過一個電阻262接地。放大器252的一個輸出端264通過一個反饋電阻266與反相端相連。輸出端264還與一個可變電阻268相連，該電阻另一端接地。雖然放大器252由一個「差分」放大器構成，它的功能可以表徵為將右輸入信號與負的左輸入信號相加。因此，放大器236和252構成用於分別產生一個和信號和一個差信號的加法網路。
分別由元件226/256和228/260構成的兩個串聯的RC網路作為高通濾波器工作，它們將左右輸入信號中的非常低頻率，或低音頻率衰減。為了獲得圖6所示關係曲線210中適合的頻率響應，高通濾波器的截止頻率Wc或-3dB頻率應當為大約100Hz。所以，在一個優選實施例中，電容226和228的電容值應當約為0.1微法拉，電阻256和260的阻抗值約為33.2千歐姆。然後，通過選擇反饋電阻266和衰減電阻262的值使得R120R128=R116R124------------(3)]]>輸出264表示放大兩倍的一個差信號(S2-S1)。作為對輸入信號的高通濾波的結果，輸出端264的差信號具有衰減的低於125Hz的低頻分量，其降低速率為每倍頻程6dB。除了使用濾波器170和172(圖5所示)以外，在均衡器184內(圖5所示)可以對差信號的低頻分量濾波，以分別對輸入的源信號進行濾波。但是，因為在低頻下使用的電容必須非常大，可取的是在輸入級進行這種濾波以避免加載前面電路。
可變電阻250和268，它們可以是簡單的電位計，通過設置滑動觸片270和272分別進行調節。在增強輸出信號中存在的環繞空間信號分量，即，差信號的電平可以通過對滑動觸片272的手動、遙控、或自動調節來控制。類似地，在增強輸出信號中存在的單聲道信號分量，即和信號的電平可以由滑動觸片270的位置部分確定。
在滑動觸片270輸出的和信號通過一個串聯電阻278傳送到一個第三放大器276的反相輸入端274。在滑動觸片270輸出的同一和信號還通過另一個串聯電阻284傳送到一個第四放大器282的一個反相輸入端280。放大器276由一個差分放大器構成，其反相端274通過一個電阻286接地。放大器276的輸出端288也通過一個反饋電阻290與反相端274相連。
放大器276的正端292提供了一個公共節點，該節點與一組加法電阻294相連，還通過一個電阻296接地。從滑動觸片272輸出的電平調節差信號通過路徑300、302和304傳送到這組加法電阻294。這樣在點A、B和C分別產生三個獨立調節的差信號。然後如圖所示將這些經過調節的差信號通過電阻306、308和310輸入正端292。
在路徑300中的A點，從滑動觸片272輸出的經過電平調節的差信號不經任何頻率響應變換傳送到電阻306。因此，A點的信號僅僅由於電阻206與電阻296之間的分壓而衰減。理論上，在節點A的衰減電平相對於在節點B的0dB基準為-9dB。衰減量由阻抗為100千歐姆的電阻306和阻抗為21千歐姆的電阻296確定。在節點B的信號表示在接地的電容312兩端的經過電平調節的差信號的濾波信號。電容312和電阻314構成的RC網絡象一個低通濾波器一樣工作，其截止頻率由網絡的時間常數確定。根據一個優選實施例，這個低通濾波器的截止頻率，或-3dB頻率約為200Hz。因此，可取的是電阻314為1.5千歐姆，電容為.47微法拉，驅動電阻308為33.2千歐姆，反饋電阻290為121千歐姆。
在環繞聲系統中，常常從亞低音揚聲器和附加揚聲器中產生豐富的低音或低頻信息。所以，可能需要獨立控制在節點B產生的低頻差信號的電平。本領域技術人員應當清楚，這可以通過將放大器252的輸出與一個第二可變增益電阻相連而實現，該可變增益電阻代替滑動觸片272，用於直接驅動電阻314。這樣，就可以保持低通濾波器的時間常數，並且能夠更加精確地和直接地控制差信號的較低頻率。
在節點C，經過高通濾波的差信號經由驅動電阻310傳送到放大器276的非反相端292。該高通濾波器的截止頻率大約為7Khz，相對於節點B的增益為-6dB。具體地說，連接在節點C與滑動觸片272之間的電容316的值為4700皮法，連接在節點C與地之間的電阻318的值為3.74千歐姆。
在電路節點A、B和C產生的經過變換的差信號還分別通過電阻320、322和324傳送到放大器282的反相端280。放大器282為一個反相放大器，其正端332接地，一個反饋電阻334連接在端子280與輸出端336之間。為了由反相放大器282實現對信號的適當相加，電阻320的阻抗為100千歐姆，電阻322的阻抗為33.2千歐姆，電阻324的阻抗為44.2千歐姆。音頻增強系統220中電阻和電容的精確值可以變換，只要能夠保持適合的比值以實現正確的增強量即可。可能影響無源器件的所需值的其它因素包括增強系統220的功率要求和放大器236、252、276和282的性能。
在工作中，經過變換的差信號重新結合以產生由經過處理的差信號構成的輸出信號。具體地說，在節點A、B和C產生的差信號分量在差分放大器276的端子292，和在放大器282的端子280重新結合以形成經過處理的差信號(S1-S2)p。信號(S1-S2)p表示已經通過應用圖6所示的關係曲線210得到均衡的差信號。理論上，關係曲線表徵為在7Khz增益為4dB，在125Hz增益為7dB，在2100Hz增益為-2dB。
放大器276和282為混頻放大器，它們將經過處理的差信號與和信號以及左輸入信號或右輸入信號結合。從放大器276輸出端288輸出的信號通過一個驅動電阻340傳送以產生一個增強的音頻輸出信號342。類似地，放大器282輸出端336輸出的信號通過一個驅動電阻344傳輸以產生一個增強的音頻輸出信號346。驅動電阻的阻抗通常為200歐姆的量級。增強的輸出信號342和346可以用上述數學公式(1)和(2)表示。公式(1)和(2)中的K1值由滑動觸片270的位置控制，K2值由滑動觸片272的位置控制。
圖7中所示的所有分立器件都可以利用在微處理器中運行的軟體，或一個數位訊號處理器以數字形式實現。因此，分立的放大器、均衡器、或其它器件都可以用軟體或固件的相應部分實現。
圖8中表示了音頻增強裝置220的一個變型實施例。圖8所示裝置350與圖7所示相似，表示用於將關係曲線210(圖6所示)應用於一對立體聲音頻信號的另一種方法。音頻增強系統350採用了用於產生和信號和差信號的另一種加法網絡。
在變型實施例350中，音頻源信號S1和S2最終輸入到混頻放大器352和354的負輸入端中。但是，為了產生和信號和差信號，信號S1和S2首先分別通過電阻356和358傳輸到一個第一放大器362的一個反相端360中。放大器362為一個反相放大器，其具有一個接地輸入端364和一個反饋電阻366。在輸出端368產生和信號，或在這種情況下產生反相和信號-(L+R)。然後在用可變電阻370進行電平調節之後將和信號分量傳送到其餘電路中。因為在變型實施例中和信號是反相的，所以它傳送到放大器354的非反相端372。因此，放大器354需要設置在非反相輸入端272與地電位之間的一個電流平衡電阻376。類似地，在反相輸入端378和地電位之間設置一個電流平衡電阻376。在變型實施例中對於放大器354的這些微小的變換對於實現正確的加和以產生增強的音頻輸出信號380是必須的。
為了產生一個差信號，一個反相加法放大器383在反相輸入端384接收信號S1與和信號。更具體地說，源信號S1在到達輸入端384之前通過一個電容386和一個電阻388。類似地，輸出端368的反相和信號通過一個電容390和一個電阻392。由器件386/388和390/392構成的RC網絡如結合優選實施例所述一樣對音頻信號進行低頻濾波。
放大器382具有一個接地的非反相端394和一個反饋電阻396。在輸出端398產生一個差信號S2-S1，其中電阻356、358、366和388的阻抗值為100千歐姆，電阻392和396的阻抗值為200千歐姆，電容390的電容值為0.15微法拉，電容386的電容值為0.33微法拉。然後用可變電阻400調節差信號並傳送到其餘電路。除了上述內容之外，圖8中所示其餘電路與圖7所示優選實施例相同。
圖7所示的整個音頻增強系統220使用最少的器件。系統220可以只用四個有源器件構成，通常包括對應於放大器236、252、276和282的運算放大器。這些放大器很容易用單個半導體晶片的四方形封裝製成。構成音頻增強系統220所需的附加器件只包括29個電阻和4個電容。圖8所示系統350也可以用一個四邊形(quad)放大器、4個電容、和僅僅29個電阻，包括電位計和輸出電阻製成。因為其獨特的設計，音頻增強系統220和350可以佔用最小的器件空間以最小的成本製造，並且能夠對現有立體聲聲象產生令人難以置信的擴展。事實上，整個系統220可以由一個半導體基片，或集成電路構成。
除了圖7和圖8所示的實施例，還有一些令人信服的其它方法可以連接相同的器件和獲得如本申請所述對立體聲信號的深度增強效果。例如，由差分放大器構成的一對放大器可以分別接收一對源信號，還可以分別接收和信號。這樣，該放大器可以分別產生一個第一差信號L-R、和一個第二差信號R-L。
此外，音頻增強裝置的另外一些實施例可以完全不獨立地產生差信號。重要的是將由差信號表示的環繞空間信息進行適當的均衡。這可以用許多方法實現，而不必產生差信號。例如，差信號信息的分離以及其後的均衡可以數位化處理，或者在放大器電路的輸入級同時進行。
利用增強系統220和350對於差信號的深度變換已經經過仔細地設計以對於各種應用和輸入音頻信號達到最佳結果。使用者的調節目前只包括對輸入調節電路中的和信號和差信號電平的調節。但是，可以使用電位計代替電阻314和318以使得能夠對差信號進行自適應均衡。
可以用作裝置40、42、44、46、102、和104的其它音頻增強裝置和方法包括如在美國專利US-4355203(以引用方式全文結合在本申請中)公開的時間延遲技術，和在美國專利US-5105462(以引用方式全文結合在本申請中)中公開的相移技術。
通過以上描述和附圖介紹，已經表明本發明與現有的立體聲再現和增強系統相比具有很大的優點。雖然以上詳細描述已經表明、闡述、和指出了本發明的基本的新穎特徵，但是應當理解，本領域技術人員在不脫離本發明構思的前提下對於圖示裝置的結構和細節可以作出各種省略、替代和變換。所以，本發明的範圍應當僅由以下的權利要求書限定。
權利要求
1.一種音頻增強裝置，該裝置用於擴展在一個環繞聲環境中感覺的聲信號聲象，所說音頻增強系統包括一個左前音頻信號；一個右前音頻信號；一個左後音頻信號；一個右後音頻信號；與所說左前音頻信號和所說右前音頻信號耦合的一個前增強器，所說前增強器通過產生一組前合成信號變換所說左前音頻信號和所說右前音頻信號中的環繞空間信息；與所說左前音頻信號和所說左後音頻信號耦合的一個左增強器，所說左增強器通過產生一組左合成信號變換所說左前音頻信號和所說左後音頻信號中的環繞空間信息；與所說左後音頻信號和所說右後音頻信號耦合的一個後增強器，所說後增強器通過產生一組後合成信號變換所說左後音頻信號和所說右後音頻信號中的環繞空間信息；與所說右後音頻信號和所說右前音頻信號耦合的一個右增強器，所說右增強器通過產生一組右合成信號變換所說右後音頻信號和所說右前音頻信號中的環繞空間信息；一個左前結點，用於將所說左合成信號之一與所說前合成信號之一結合以產生一個左前輸出信號；一個左後結點，用於將所說左合成信號之一與所說後合成信號之一結合以產生一個左後輸出信號；一個右後結點，用於將所說右合成信號之一與所說後合成信號之一結合以產生一個右後輸出信號；一個右前結點，用於將所說右合成信號之一與所說前合成信號之一結合以產生一個右前輸出信號。
2.如權利要求1所述的音頻增強裝置，其特徵在於它還包括一個第一交迭增強器，所說第一交迭增強器與所說右前音頻信號和所說左後音頻信號耦合，所說第一交迭增強器通過產生一個第一交迭合成信號和一個第二交迭合成信號變換所說右前音頻信號和所說左後音頻信號中的環繞空間信息。
3.如權利要求2所述的音頻增強裝置，其特徵在於所說右前結點還結合所說第一交迭合成信號、所說右合成信號之一和所說前合成信號之一以產生所說右前輸出信號。
4.如權利要求2所述的音頻增強裝置，其特徵在於所說左後結點還結合所說第二交迭合成信號、所說左合成信號之一和所說後合成信號之一以產生所說左後輸出信號。
5.如權利要求2所述的音頻增強裝置，其特徵在於它還包括一個第二交迭增強器，所說第二交迭增強器與所說左前音頻信號和所說右後音頻信號耦合，所說第二交迭增強器通過產生一個第三交迭合成信號和一個第四交迭合成信號變換所說左前音頻信號和所說右後音頻信號中的環繞空間信息。
6.如權利要求5所述的音頻增強裝置，其特徵在於所說左前結點還結合所說第三交迭合成信號、所說左合成信號之一和所說前合成信號之一以產生所說左前輸出信號。
7.如權利要求5所述的音頻增強裝置，其特徵在於所說右後結點還結合所說第四交迭合成信號、所說右合成信號之一和後合成信號之一以產生所說右後輸出信號。
8.一種音頻增強裝置，該裝置用於擴展的聲音信號的感知空間聲象，所說音頻增強裝置包括至少三個音頻源信號；一組音頻增強器，每個所說的音頻增強器與至少兩個所說的音頻源信號耦合，每個所說的音頻增強器通過產生一組合成信號變換所說音頻源信號中的環繞空間信息；和一組結合結點，每個所說的結合結點與至少兩個所說合成信號耦合，所說結合結點結合所說合成信號以產生一組輸出音頻信號使得當所說輸出音頻信號驅動一組揚聲器時所說的一組輸出音頻信號能夠擴展感知空間聲象。
9.如權利要求8所述的音頻增強裝置，其特徵在於至少一個所說的音頻增強器通過在所說環繞空間信息中插入一個時間延遲變換所說音頻信號中的所說環繞空間信息。
10.如權利要求8所述的音頻增強裝置，其特徵在於至少一個所說音頻增強器通過使所說環繞空間信息相移變換所說音頻信號中的所說環繞空間信息。
11.如權利要求8所述的音頻增強裝置，其特徵在於至少一個所說音頻增強器通過有選擇地強化所說環繞空間信息中的相對幅值變換所說音頻信號中的所說環繞空間信息。
12.如權利要求8所述的音頻增強裝置，其特徵在於至少一個所說結合結點將所說合成信號相加以產生所說的一組輸出信號。
13.如權利要求8所述的音頻增強裝置，其特徵在於至少一個所說結合結點包括一個反相放大器。
14.如權利要求8所述的音頻增強裝置，其特徵在於至少一個所說結合結點包括一個運算放大器。
15.一種計算機系統，該系統用於擴展聲音信號的感知空間聲象，所說計算機系統包括一個計算機處理器，其用於存取存儲在一個計算機可存取存儲媒體中的音頻數據，所說計算機處理器還用於將所說音頻數據傳送到數據總線；與所說數據總線連接的一個音頻解碼器，所說音頻解碼器用於產生至少四個音頻源信號；與所說音頻源信號耦合的一組音頻增強器，每個所說的音頻增強器與至少兩個所說音頻源信號耦合，每個所說的音頻增強器通過產生一組合成信號變換所說音頻源信號中的環繞空間信息；和一組結合結點，每個所說的結合結點與至少兩個所說合成信號耦合，所說結合結點用於結合所說合成信號以產生一組輸出音頻信號。
16.如權利要求15所述的計算機系統，其特徵在於所說音頻解碼器是一個數位訊號處理器。
17.如權利要求15所述的計算機系統，其特徵在於所說音頻信號為AC-3兼容音頻信號。
18.如權利要求15所述的計算機系統，其特徵在於所說四個音頻信號中的每一個對應一個分立的、全帶寬音頻聲道。
19.如權利要求15所述的計算機系統，其特徵在於所說計算機可存取存儲媒體為一個硬碟。
20.如權利要求15所述的計算機系統，其特徵在於所說計算機可存取存儲媒體為壓縮光碟。
21.如權利要求15所述的計算機系統，其特徵在於所說計算機可存取存儲媒體為雷射盤。
22.一種音頻增強系統，該系統用於擴展聲音信號的感知空間聲象，所說音頻增強系統包括一個音頻接收器，所說音頻接收器用於存取存儲在一個記錄媒體上的音頻數據，所說音頻接收器還用於將信息從所說記錄媒體傳送到一條通信總線；一個音頻解碼器，所說音頻解碼器與所說通信總線相連，所說音頻解碼器用於產生至少四個音頻源信號；與所說音頻源信號耦合的一組音頻增強器，每個所說的音頻增強器與至少兩個所說音頻源信號耦合，每個所說音頻增強器通過產生一組合成信號變換所說音頻源信號中的環繞空間信息；和一組結合結點，每個所說結合結點與至少兩個所說合成信號耦合，所說結合結點結合所說合成信號以產生一組輸出音頻信號。
23.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說音頻接收器將音頻位流傳送到所說通信總線。
24.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說音頻接收器將AC-3兼容位流傳送到所說通信總線。
25.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說音頻解碼器通過將所說通信總線上的所說信息變換到至少四個分立的、全帶寬聲道中產生所說音頻源信號。
26.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說記錄媒體為壓縮光碟。
27.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說記錄媒體為雷射盤。
28.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說記錄媒體為磁性存儲媒體。
29.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於它還包括與所說音頻解碼器相連的錄象磁帶裝置。
30.如權利要求22所述的音頻增強系統，其特徵在於所說音頻接收器還處理電視信號。
31.用於環繞聲再現環境中的一種音頻增強系統，其特徵在於該環繞聲環境具有至少四個獨立的音頻源信號，這些信號用於驅動位於所說再現環境中並設置在聽者周圍的揚聲器，所說音頻增強系統變換所說音頻源信號以產生至少四個增強輸出信號，當將這些增強輸出信號放大並從揚聲器播放時可使聽者產生身臨其境的聲音感覺，所說音頻增強系統包括用於接收第一對所說音頻源信號的一個第一增強裝置，所說第一增強裝置變換所說第一對源信號以產生代表所說第一對源信號的第一和第二合成信號；用於接收第二對所說音頻源信號的一個第二增強裝置，所說第二增強裝置變換所說第二對源信號以產生代表所說第二對源信號的第三和第四合成信號；用於接收第三對所說音頻源信號的一個第三增強裝置，所說第三增強裝置變換所說第三對源信號以產生代表所說第三對源信號的第五和第六合成信號；用於接收第四對所說音頻源信號的一個第四增強裝置，所說第四增強裝置變換所說第四對源信號以產生代表所說第四對源信號的第七和第八合成信號；用於結合所說合成信號以產生所說至少四個增強輸出信號的裝置，所說增強輸出信號產生使聽者有身臨其境和真實感覺的聲場，所說至少四個增強輸出信號包括一個第一輸出信號，表示所說第一合成信號與所說第三合成信號的複合信號；一個第二輸出信號，表示所說第二合成信號與所說第五合成信號的複合信號；一個第三輸出信號，表示所說第四合成信號與所說第七合成信號的複合信號；一個第四輸出信號，表示所說第六合成信號與所說第八合成信號的複合信號。
32.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於所說至少四個音頻源信號包括用於驅動一個左前揚聲器的一個信號Lf；用於驅動一個右前揚聲器的一個信號Rf；用於驅動一個左後揚聲器的一個信號Lr；和用於驅動一個右後揚聲器的一個信號Rr。
33.如權利要求32所述的音頻增強系統，其特徵在於所說第一對源信號包括信號Lf和Rf；所說第二對源信號包括信號Lf和Lr；所說第三對源信號包括信號Rf和Rr；所說第四對源信號包括信號Lr和Rr。
34.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於所說用於結合所說合成信號的裝置是一個電子加法器。
35.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於它還包括用於接收第五對所說音頻源信號的一個第五增強裝置，所說第五增強裝置變換所說第五對源信號以產生代表示所說第五對源信號的第九和第十合成信號；用於接收第六對所說音頻源信號的一個第六增強裝置，所說第六增強裝置變換所說第六對源信號以產生代表示所說第六對源信號的第十一和第十二合成信號；所說第一輸出信號為所說第一合成信號、所說第三合成信號和所說第十一合成信號的複合信號；所說第二輸出信號為所說第二合成信號、所說第五合成信號和所說第十合成信號的複合信號；所說第三輸出信號為所說第四合成信號、所說第七合成信號和所說第九合成信號的複合信號；所說第四輸出信號為所說第六合成信號、所說第八合成信號和所說第十二合成信號的複合信號。
36.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於所說第一、第二、第三和第四增強裝置通過有選擇地強化在所說相應對的源信號中的環繞空間信息而變換所說的相應對的源信號。
37.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於所說音頻增強系統形成在一塊半導體基片上。
38.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於所說音頻增強系統用一個數位訊號處理器實現。
39.如權利要求31所述的音頻增強系統，其特徵在於每個所說的輸出信號經過放大並傳送到設置在環繞聲環境中的聽者周圍的一組揚聲器中。
40.供立體聲信號解碼器使用的一種音頻增強系統，所說解碼器產生利用設置在一個環繞聲環境中的一組揚聲器播放的多聲道音頻信號，所說音頻增強系統包括一個增強裝置，用於將從信號解碼器輸出的一組多聲道音頻信號分組成若干獨立的音頻信號對，所說增強裝置變換每個所說的獨立的信號對以產生獨立的合成信號對；用於結合所說合成信號以產生增強的音頻輸出信號的一個電路，每個所說增強音頻輸出信號包括出自第一對合成信號的一個第一合成信號和出自第二對合成信號的一個第二合成信號。
41.如權利要求40所述的音頻增強系統，其特徵在於所說增強裝置包括四個獨立的增強裝置，每個所說的增強裝置接收所說獨立音頻信號對中的一對。
42.如權利要求41所述的音頻增強系統，其特徵在於所說的一組多聲道音頻信號包括一個左前信號Lf；一個右前信號Rf；一個左後信號Lr；和一個右後信號Rr，其中第一對所說音頻信號包括Lf和Rf；第二對所說音頻信號包括Lf和Lr；第三對所說音頻信號包括Rf和Rr；第四對所說音頻信號包括Lr和Rr。
43.如權利要求40所述的音頻增強系統，其特徵在於所說的一組多聲道音頻信號包括四個獨立的信號，所說增強裝置包括六個獨立的增強裝置，每個所說增強裝置接收所說獨立的音頻信號對中的一對。
44.如權利要求40所述的音頻增強系統，其特徵在於所說增強裝置分離所說獨立的音頻信號對中的環繞空間信息，並在所說環繞空間信息中插入時間延遲。
45.如權利要求40所述的音頻增強系統，其特徵在於所說增強裝置分離所說獨立的音頻信號對中的環繞空間信息，並使所說環繞空間信息相移。
46.如權利要求40所述的音頻增強系統，其特徵在於所說增強裝置分離所說獨立的音頻信號對中的環繞空間信息，並有選擇地強調所說環繞空間信息的相對幅值。
47.供立體聲信號解碼器使用的一種音頻增強系統，所說解碼器具有從設置在一個環繞聲環境中的一組揚聲器播放的多聲道信號，所說音頻增強系統包括用於將由信號解碼器產生的多聲道音頻信號中的至少一部分分組成若干獨立的音頻信號對的裝置，所說用於分組的裝置還包括用於變換每對所說獨立信號以產生若干對獨立的合成信號的裝置；和用於結合所說合成信號以產生增強的音頻輸出信號的裝置，每個所說的增強音頻輸出信號包括出自第一對合成信號的一個第一合成信號和出自第二對合成信號的一個第二合成信號。
48.用於立體聲信號解碼器的一種音頻增強裝置，所說解碼器產生四個不同的音頻源信號，這些信號由設置在一個收聽環境中的一組揚聲器播放，所說音頻增強裝置包括用於輸入所說音頻源信號並變換所說音頻源信號以產生一組合成音頻信號的一個電子裝置，每個音頻源信號作為至少一個其它音頻源信號的函數加以變換；用於接收所說合成音頻信號和有選擇地結合所說合成音頻信號以產生對應於所說音頻源信號的增強音頻輸出信號的一個電子加法電路，每個增強音頻輸出信號包括已經作為一個對應的音頻源信號函數加以變換的合成信號。
49.用於在一個環繞聲再現環境中增強聲音的一種方法，其中所說環繞聲環境具有至少四個獨立音頻源信號，這些信號用於驅動位於所說再現環境中並設置在聽者周圍的若干揚聲器，所說增強方法包括以下步驟提供在播放所記錄的音頻信號過程中從一個立體聲信號解碼器產生的四個音頻源信號；和變換所說四個音頻源信號以產生四個對應的增強音頻信號，其中將四個增強音頻信號中的每一個作為它的對應音頻源信號和至少兩個附加音頻源信號的函數加以變換，當將增強音頻信號放大並從再現環境的揚聲器播放時所說增強音頻信號產生令聽者如身臨其境的聲音感覺。
50.如權利要求49所述的方法，其特徵在於還包括將所說增強音頻信號放大以便能夠由環繞聲再現環境中的揚聲器再現的附加步驟。
51.如權利要求49所述的方法，其特徵在於將每一個所說音頻源信號作為所說至少兩個附加源信號的函數加以變換以產生兩個合成信號，並且將對應於一個共用音頻源信號的所說合成信號結合以形成所說的增強音頻信號。
52.用於增強為在環繞聲環境中播放而產生的一組音頻源信號的一種方法，其中所說音頻源信號用於驅動設置在一個聽者周圍的若干揚聲器，所說音頻源信號包括一個左前信號(Lf)，一個右前信號(Rf)，一個左後信號(Lr)，和一個右後信號(Rr)，所說增強方法包括以下步驟從所說源信號Lf和Rf產生第一和第二合成信號，其中將所說第一和第二合成信號作為源信號Lf和Rf的函數加以變換，所說第一合成信號對應於信號Lf，所說第二合成信號對應於信號Rf；從所說源信號Lf和Lr產生第三和第四合成信號，其中將所說第三和第四合成信號作為源信號Lf和Lr的函數加以變換，所說第三合成信號對應於信號Lf，所說第四合成信號對應於信號Lr；從所說源信號Rf和Rr產生第五和第六合成信號，其中將所說第五和第六合成信號作為源信號Rf和Rr的函數加以變換，所說第五合成信號對應於信號Rf，所說第六合成信號對應於信號Rr；從所說源信號Lr和Rr產生第七和第八合成信號，其中將所說第七和第八合成信號作為源信號Lr和Rr的函數加以變換，所說第七合成信號對應於信號Lr，所說第八合成信號對應於信號Rr；將所說第一和第三合成信號結合以產生複合和增強的左前輸出信號Lf(enhanced)，用於在所說環繞聲環境中再現；將所說第二和第五合成信號結合以產生複合和增強的右前輸出信號Rf(enhanced)，用於在所說環繞聲環境中再現；將所說第四和第七合成信號結合以產生複合和增強的左後輸出信號Lr(enhanced)，用於在所說環繞聲環境中再現；和將所說第六和第八合成信號結合以產生複合和增強的右後輸出信號Rr(enhanced)，用於在所說環繞聲環境中再現。
53.如權利要求52所述的用於增強一組音頻源信號的方法，其特徵在於所說八個合成信號中的每一個都包含環繞空間信息，這些信息已經相對於在所說對應源信號中的環繞空間信息均衡化，以獲得相對於任何兩個所說增強的輸出信號擴展的感覺聲舞臺。
54.用於增強為在環繞聲環境中播放而產生的一組音頻源信號的一種方法，其中所說音頻源信號用於驅動設置在一個聽者周圍的若干揚聲器，所說音頻源信號包括一個左前信號(Lf)，一個右前信號(Rf)，一個左後信號(Lr)，和一個右後信號(Rr)，所說增強方法包括變換所說音頻源信號以產生四個對應的增強音頻信號，其中四個增強音頻信號中的每一個都根據下列公式作為其對應的音頻源信號和至少兩個附加音頻源信號的函數加以變換Lf(enhanced)=K1(M1(Lf,Rf)+M2(Lf,Lr))Rf(enhanced)=K2(M3(Lf,Rf)+M4(Rf,Rr))，Lr(enhanced)=K3(M5(Lf,Lr)+M6(Lf,Rr))，以及Rr(enhanced)=K4(M7(Rf,Rr)+M8(Lf,Rf))，其中M1-M8是表示對於音頻源信號變換量和類型的獨立變量，K1-K4為確定增強音頻信號增益的獨立變量。
55.如權利要求54所述用於增強一組音頻源信號的方法，其特徵在於這些獨立變量M1-M8表示在相應的音頻源信號中存在的環繞空間信息的均衡。
全文摘要
用於一個環繞聲環境中的一種音頻增強系統利用多聲道、多揚聲器再現環境產生更加自然和連續的聲場。將在錄音時產生的用於驅動設置一個聽者前後的多個揚聲器的多聲道音頻源信號分離成對,並且進行處理以產生相應的合成音頻信號對。每一對合成音頻信號至少部分地是從在兩個相應的音頻源信號中存在的信息中產生的。然後將各個合成音頻信號有選擇地結合以形成增強的輸出信號,從而將每個增強輸出信號作為一組音頻源信號的函數加以變換。
文檔編號H04S5/00GK1223064SQ97195716
公開日1999年7月14日 申請日期1997年4月28日 優先權日1996年4月30日
發明者A·I·克萊曼 申請人:Srs實驗室公司