專利名稱：一種提供類頭戴式耳機(jī)后聲道揚(yáng)聲器的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與一種數(shù)位音效的系統(tǒng)有關(guān)，特別是一種適用于家庭劇院的方法與系統(tǒng)，此系統(tǒng)允許由類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)后聲道揚(yáng)聲器來(lái)播放后聲道虛擬揚(yáng)聲器的音效。
一種頭部相關(guān)的轉(zhuǎn)換功能(head related transfer functions；HRTFs)是利用固定的揚(yáng)聲器位置來(lái)模擬位置與虛擬影像立體聲音。人類的頭形、身體與聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)影響人腦如何感知聲音來(lái)源的位置。HRTF是人類頭部、身體與聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)特性描述。因此，上述HRTF是由頭部的形狀與大小、耳翼(Pinnae)的形狀與大小和耳管(ear canal)的特征所影響。HRTF是頭部與聲音場(chǎng)來(lái)源之間的頻率與相關(guān)方位的一個(gè)典型的功能。HRTF負(fù)責(zé)了頻率響應(yīng)(response)、頻率濾除(fiItering)與人類頭部中固有的延遲與反應(yīng)。籍由調(diào)整HRTF的聲音信號(hào)頻率與延遲，立體的聲音可以從固定的揚(yáng)聲器位置中模擬出來(lái)。美國(guó)專利5,729,612名稱為“測(cè)量HRTF的裝置與方法”，已經(jīng)于1994年8月5日提出申請(qǐng)(filed)。上述習(xí)知技術(shù)揭露了一個(gè)精確的驅(qū)動(dòng)聲音轉(zhuǎn)換功能(例如HRTF)的方法。
HRTF可以由頭部、耳朵與身體的詳細(xì)行動(dòng)與時(shí)間花費(fèi)量測(cè)而個(gè)別的計(jì)算出來(lái)。上述的個(gè)別的量測(cè)是利用一適當(dāng)?shù)奶幚硌b置變換到一個(gè)轉(zhuǎn)換功能，其目的在于調(diào)整個(gè)別耳機(jī)的聲音信號(hào)輸出特性，并模擬其位置性的立體聲音。
因?yàn)镠RTF是藉由人類耳朵所聽(tīng)到的聲音來(lái)模擬三度空間的聲音效應(yīng)模型，并且在空間中每一地區(qū)所對(duì)應(yīng)到的立體音效的參數(shù)是由它的距離、方位(azimuth)與高度(elevation)來(lái)決定，而上述條件正是當(dāng)聽(tīng)者在玩音效時(shí)感覺(jué)聲音處于最真實(shí)的氣氛中。HRTF使用一個(gè)人工頭(artificial head)或置放麥克風(fēng)(mlcrophones)在人耳之內(nèi)。每一個(gè)聲源必須在頻率范圍20HZ-20KHZ之間來(lái)測(cè)量，而結(jié)果就成為初步的HRTF資料庫(kù)(library)。上述初步的HRTF資料庫(kù)經(jīng)由一數(shù)學(xué)的運(yùn)算過(guò)程就產(chǎn)生了DSP數(shù)位濾波器所需要的參數(shù)。只要是經(jīng)由左邊與右邊數(shù)位濾波器來(lái)處理的單波聲音，即可以透過(guò)耳機(jī)裝置來(lái)模仿真正的3D立體聲音。
應(yīng)用于個(gè)人電腦的HRTF三度空間音響裝置包括具有兩個(gè)實(shí)體揚(yáng)聲器(Physical speaker)的模擬環(huán)場(chǎng)多揚(yáng)聲器，以運(yùn)送五個(gè)“虛擬揚(yáng)聲器”(virtualspeaker)到環(huán)繞著聽(tīng)者的空間，并使家庭戲院得到音效。然而，5.1 CH DVD或4CH 3D游戲是利用NRTF來(lái)產(chǎn)生后邊上的虛擬揚(yáng)聲器，以取代提供DVD的實(shí)體揚(yáng)聲器與碰到某些困難的3D游戲。耳機(jī)裝置必須具有提供好的低音(bass)得能力。低音的波長(zhǎng)比人體的頭來(lái)的大，因此，沒(méi)有直接的低音上的資訊來(lái)自于耳機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)。稱為重低音揚(yáng)聲器(sub-woofer speaker)的低音揚(yáng)聲器對(duì)于所有的聲道(channel)是有效的。而不幸的是，后邊低音必須從后面信號(hào)中過(guò)濾掉。
因此，對(duì)于聲音控制裝置有一重大的需要來(lái)克服上面所提到的困難。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種類耳機(jī)后聲道虛擬揚(yáng)聲器的系統(tǒng)。
一種播放音效的方法包括提供帶有后聲道揚(yáng)聲器于其中的類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)，而類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)也包括了接收前方揚(yáng)聲器訊號(hào)的通孔(openlng)，接著，將前方、后方與重低音的訊號(hào)傳遞到相關(guān)的揚(yáng)聲器中傳遞到后方揚(yáng)聲器的訊號(hào)的延遲是根據(jù)使用者與前方揚(yáng)聲器間的距離而定，然后，訊號(hào)由HRTF與產(chǎn)生虛擬揚(yáng)聲器的裝置來(lái)處理，以產(chǎn)生后邊的虛擬揚(yáng)聲器，并將已處理訊號(hào)傳遞到類頭戴式耳機(jī)裝置。
本發(fā)明提供了一類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)使得使用者佩戴在頭上，類戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)包括后方揚(yáng)聲器于其中。類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)也包括了接收前方揚(yáng)聲器訊號(hào)的通孔(opening)。本發(fā)明提供了不會(huì)失去后方低音的更佳音效。
圖2所示為顯示本發(fā)明的帶有類頭戴式耳機(jī)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。
圖3所示為顯示本發(fā)明的流程示意圖。
音效系統(tǒng) 10右前方揚(yáng)聲器 12左前方揚(yáng)聲器 14重低音揚(yáng)聲器 16右后方揚(yáng)聲器 18左后方揚(yáng)聲器 20
本發(fā)明的觀點(diǎn)之一是右后聲道揚(yáng)聲器與左后聲道揚(yáng)聲器是由類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置或結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。并且本發(fā)明的特點(diǎn)集中在后聲道揚(yáng)聲器與控制系統(tǒng)上。必須注意的是后聲道揚(yáng)聲器是置于類耳機(jī)的結(jié)構(gòu)中以提供使用者佩戴在頭上而不是放在某一個(gè)位置，其目的在于產(chǎn)生后邊的虛擬揚(yáng)聲器。其中類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置不能蓋住整個(gè)耳朵，以免接收不到從前方揚(yáng)聲器與重低音揚(yáng)聲器傳來(lái)的聲音。因此，有一通孔(opening)結(jié)構(gòu)使得耳朵能聽(tīng)到從前方揚(yáng)聲器傳來(lái)的聲音。上述的右后聲道、左后聲道揚(yáng)聲器分別位于類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置的邊，目的在于產(chǎn)生后邊音效的虛擬揚(yáng)聲器。
請(qǐng)參閱圖2，其所示為顯示本發(fā)明的帶有類頭戴式耳機(jī)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。前方通道訊號(hào)(channel signal)是提供給右前方、左前方的揚(yáng)聲器，而中置訊號(hào)則是透過(guò)傳輸線提供給中置揚(yáng)聲器。類似地，重低音聲道訊號(hào)即輸入到重低音揚(yáng)聲器。
一低通濾波器(low pass filterLF)耦合到右后方、左后方訊號(hào)以濾掉高頻率訊號(hào)，并且低頻率訊號(hào)則通過(guò)濾波器而被送到重低音揚(yáng)聲器。提供產(chǎn)生頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能(head related transfer function；HRTF)的裝置或手段與右后、左后聲道訊號(hào)耦合以模擬出后聲道虛擬揚(yáng)聲器。上述HRTF包括一具有延遲訊號(hào)與濾波器的裝置或手段。HPLTF的裝置或手段可以為硬體或軟體。
延遲訊號(hào)的裝置藉著與右后、左后聲道訊號(hào)耦合來(lái)延遲傳遞到右后、左后聲道揚(yáng)聲器的訊號(hào)，而右后、左后聲道揚(yáng)聲器系由類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)所攜帶。這是因?yàn)橛液蟆⒆蠛舐暤罁P(yáng)聲器到耳朵的距離是比其它揚(yáng)聲器到耳朵的距離來(lái)的近。因此，產(chǎn)生于后邊的虛擬揚(yáng)聲器裝置與產(chǎn)生HRTF的裝置連接以確定延遲時(shí)間，而延遲時(shí)間是根據(jù)使用者與前方揚(yáng)聲器之間的距離而定。產(chǎn)生虛擬揚(yáng)聲器裝置的功能可以利用硬體或軟體來(lái)完成。典型的延遲時(shí)間大的為距離除以空氣中的聲速(D/Vs)。上述由HRTF所處理的延遲訊號(hào)可以提供給音量控制器以調(diào)整輸出的音量。HRTF模擬三度空間中人類耳朵所能聽(tīng)到的音效模型，并且在空間中每一個(gè)地區(qū)的三度空間音效參數(shù)是由它的距離、方位與高度所決定。
然后，上述訊號(hào)提供給一由后方揚(yáng)聲器所放大的輸出，而后方揚(yáng)聲器系由類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)所攜帶。由后方揚(yáng)聲器所播放的訊號(hào)是延遲的，因此，耳朵可以同時(shí)接收到從后方揚(yáng)聲器與前方揚(yáng)聲器傳來(lái)的訊號(hào)。而傳遞到后聲道揚(yáng)聲器的訊號(hào)可以由紅外線(infraredIR)或射頻(radio frequencyRF)來(lái)發(fā)射。因此，類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)需要接收器來(lái)接收無(wú)線傳輸訊號(hào)。
請(qǐng)參閱圖3，其所示為顯示本發(fā)明的流程。在步驟300中，本發(fā)明提供帶有后方揚(yáng)聲器于其中的類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)。而類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)也包括了接收前方揚(yáng)聲器訊號(hào)的通孔(opening)。接著，在步驟310中，音效系統(tǒng)傳遞前方、后方與重低音訊號(hào)到相關(guān)的揚(yáng)聲器中。傳遞到后聲道揚(yáng)聲器的訊號(hào)是延遲的，其延遲是根據(jù)步驟320中使用者與前方揚(yáng)聲器間的距離而定。在步驟330中，訊號(hào)由產(chǎn)生HRTF的裝置來(lái)處理。然后，在步驟340中，訊號(hào)傳遞到類頭戴式耳機(jī)結(jié)構(gòu)中以產(chǎn)生后邊的虛擬揚(yáng)聲器。
本發(fā)明提供了一類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)使得使用者佩戴在頭上，類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)包括后方揚(yáng)聲器于其中。類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)也包括了接收前方揚(yáng)聲器訊號(hào)的通孔(opening)。本發(fā)明提供了不會(huì)失去后方低音的更佳音效。
對(duì)熟悉此領(lǐng)域技藝者，本發(fā)明雖以一較佳實(shí)例闡明如上，然其并非用以限定本發(fā)明精神。在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所作的修改與類似的安排，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)，這樣的范圍應(yīng)該與覆蓋在所有修改與類似結(jié)構(gòu)的最寬廣的詮釋一致。因此，闡明如上的本發(fā)明一較佳實(shí)例，可用來(lái)鑒別不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所作的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種播放音效的方法，其特征在于包括提供一類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置，該裝置具有后聲道揚(yáng)聲器于其中，該類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置包括一接收前方揚(yáng)聲器訊號(hào)的通孔；傳遞前、后聲道與重低音訊號(hào)到相關(guān)的揚(yáng)聲器；利用由使用者與前方揚(yáng)聲器之間的距離決定的頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能(headrelated transfer function；HRTF)處理與延遲傳遞到后聲道揚(yáng)聲器的訊號(hào)；以及傳遞該已處理訊號(hào)到該后聲道揚(yáng)聲器以產(chǎn)生不會(huì)失去后聲道低音的后聲道虛擬揚(yáng)聲器。
2.如權(quán)利要求1所述的播放音效的方法，其特征在于該延遲訊號(hào)的延遲時(shí)間是由該使用者與該前方揚(yáng)聲器之間的距離除以空氣中的聲音速度來(lái)決定。
3.一種音效系統(tǒng)，其特征在于包括一類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置，該裝置帶有后聲道揚(yáng)聲器于其中以提供使用者佩戴在頭上，其中該類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)的裝置不能蓋住整個(gè)耳朵，以免接收不到從前方揚(yáng)聲器與重低音揚(yáng)聲器傳來(lái)的聲音，該后聲道揚(yáng)聲器分別位于該類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)裝置的兩邊，以產(chǎn)生后聲道音效；提供一產(chǎn)生頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能(head reated transler function；HRTF)的裝置，該頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能與右后、左后聲道訊號(hào)耦合；提供一產(chǎn)生后聲道虛擬揚(yáng)聲器的裝置，該后聲道虛擬揚(yáng)聲器與該產(chǎn)生頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能的裝置耦合，以產(chǎn)生后聲道虛擬揚(yáng)聲器；并且其中由該產(chǎn)生頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能的裝置所處理的該訊號(hào)是提供給該類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)裝置中的該后聲道揚(yáng)聲器。
4.如權(quán)利要求3所述的音效系統(tǒng)，其特征在于該產(chǎn)生頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能的裝置包括一具有延遲訊號(hào)與濾波功能的裝置。
5.如權(quán)利要求3所述的音效系統(tǒng)，其特征在于更包括一與該產(chǎn)生頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換功能的裝置耦合并傳遞訊號(hào)的無(wú)線訊號(hào)發(fā)射器。
6.如權(quán)利要求5所述的音效系統(tǒng)，其特征在于更包括一裝在該類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)裝置中的無(wú)線訊號(hào)接收器，以接收該傳遞來(lái)的訊號(hào)。
7.如權(quán)利要求4所述的音效系統(tǒng)，其特征在于該延遲訊號(hào)的延遲時(shí)間是由該使用者與該前方揚(yáng)聲器之間的距離除以空氣中的聲音速度來(lái)決定。
全文摘要
一種提供類頭戴式耳機(jī)后聲道揚(yáng)聲器的系統(tǒng)與方法。一種播放音效的方法包括提供帶有后方揚(yáng)聲器于其中的類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)裝置，而類頭戴式耳機(jī)或類耳機(jī)結(jié)構(gòu)也包括了接收前方揚(yáng)聲器訊號(hào)的通孔(opening)，接著，傳遞前方、后方與重低音訊號(hào)到相關(guān)的揚(yáng)聲器中，然后，傳遞到后方揚(yáng)聲器的訊號(hào)由HRTF與產(chǎn)生虛擬揚(yáng)聲器的裝置處理，以得到后邊的虛擬揚(yáng)聲器，并將已處理訊號(hào)傳遞到后方揚(yáng)聲器。
文檔編號(hào)H04R5/00GK1430453SQ0114523
公開(kāi)日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月30日
發(fā)明者鄭期成 申請(qǐng)人:驊訊電子企業(yè)股份有限公司