專利名稱：環(huán)繞聲再生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)繞聲再生電路，用于L信號(左信號)和R信號(右信號)兩聲道輸入立體聲信號，從而通過兩個揚聲器產(chǎn)生環(huán)繞聲效果。
背景技術(shù)：
大多數(shù)人類可聽到的話音的頻率集中在300Hz到3.5KHz附近。1KHz的頻率對于談話的清晰度是重要，而其波長大約為30cm。于是，如果話音從頭的橫向左側(cè)到達，它是以對左耳的反相位到達右耳的，因為右耳與左耳比較大約遠15cm。更具體來說，在相同聲音從左和右到達的情形下，聽者的感覺是聲源像呈現(xiàn)在前方。
然而，就L-R信號而言，對R信號形成相位變化和音量差。因而，L-R信號的音源被定位在左側(cè)180°范圍內(nèi)，以至人感覺聲音只是來自左側(cè)。就R-L信號而言，類似地，R-L信號的音源被定位在右側(cè)180°范圍內(nèi)，以至人感覺聲音只是來自右側(cè)。
另一方面，在聲音來自前方的情形下，話音頻帶(300Hz到5KHz)通過耳垂和耳孔被強化。在聲音只是來自側(cè)面的情形下，頻率特性幾乎是平坦的。
于是，為了使來自前方的L-R信號的聲音裝扮成來自左側(cè)的聲音，必須將L-R信號的話音頻帶(300Hz到5KHz)的電平降低到預(yù)定的量。類似地，為了使來自前方的R-L信號的聲音裝扮成來自右側(cè)的聲音，必須將R-L信號的話音頻帶(300Hz到5KHz)的電平降低到預(yù)定的量。
傳統(tǒng)的環(huán)繞聲再生電路在左前方和右前方各配置一個揚聲器，從立體聲的L信號和R信號產(chǎn)生L側(cè)環(huán)繞聲信號作為L-R信號，該立體聲信號是從輸入端21和22由加法電路23輸入的，向具有圖9的頻率特性的帶阻濾波器(BEF)24輸入一個差信號，從而如圖8所示降低話音頻帶(300Hz到5KHz)的電平。
具有這樣被調(diào)節(jié)的頻率特性的L側(cè)環(huán)繞聲信號的增益進一步由運算放大器25和電阻器R7和R8組成的可變增益放大器調(diào)節(jié)，并由加法器26精確地加到L信號線，并由加法器27反相轉(zhuǎn)換為R側(cè)環(huán)繞聲信號加到R信號線，這樣被輸出到輸出端28和29。標號30，31，32和33表示緩沖器。
這樣，容易由人耳強化而察覺到方向感的話音信號分量被除去，并且頻帶中幾乎察覺不到方向的混響聲音或回音被加強并與L信號或R信號混合，強化了相位的變化和音量之間的差。于是實現(xiàn)了環(huán)繞聲效果。


圖10是表示另一傳統(tǒng)的環(huán)繞聲再生電路，其中較高階的帶阻濾波器由運算放大器34，連接在運算放大器34輸出端和反向輸入端之間的電阻器R9與電容器C3的并聯(lián)電路，以及連接在反向輸入端與地之間的電阻器R10和電容器C4的串聯(lián)電路組成。通過帶阻濾波器，話音頻帶(300Hz到5KHz)的電平被以圖8中的帶阻濾波器24相同的方式降低。
在使用高于第二階的多個濾波器以加強環(huán)繞聲效果的電路中，有一個問題，即增加了相位的變化，使得音源像定位不清晰并引起有失真感的環(huán)繞聲。
而且在圖8所示的傳統(tǒng)環(huán)繞聲再生電路中，為了構(gòu)成帶阻濾波器24至少需要兩個電容器，圖10所示的環(huán)繞聲再生電路也是這樣。這些電容器一般需要大的電容量。在整體形成為IC時，很難在IC中形成電容器。因此，必須外部附加電容器。因而，有這樣的問題，即IC引腳的數(shù)目增加。
此外，在圖8和10所示的傳統(tǒng)的環(huán)繞聲再生電路中，如果揚聲器之間的間隔小，例如20cm或更小，則通過加法器26和27相反相位彼此相加的環(huán)繞聲信號在空間抵消。于是，還有這樣的問題，即不能獲得充分的環(huán)繞聲效果。
本發(fā)明的目的是要提供一種環(huán)繞聲再生電路，其中不增加相位的變化且音源的定位變得確定，此外，濾波器能夠被簡化，并且即使揚聲器之間的間隔小也能獲得優(yōu)秀的環(huán)繞聲效果。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種環(huán)繞聲再生電路，該電路包括第一加法器，用于產(chǎn)生被輸入的L信號和R信號的差信號，連接到第一加法器輸出側(cè)的低通濾波器，以及第二和第三加法器，用于把作為環(huán)繞聲信號的低通濾波器輸出信號與L信號和R信號以彼此反向的相位關(guān)系混合起來。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一相移電路連接到第二或第三加法器的輸出側(cè)，該相移電路在輸入信號的全頻帶具有幾乎不變的增益，并適于根據(jù)輸入信號頻率的增加進行從0到180°變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一個放大器或衰減器連接到第二或第三加法器的輸出側(cè)，并設(shè)置L信號聲道與R信號聲道之間的增益差為3dB或更大。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，低通濾波器具有700Hz到2KHz的截止頻率及-6dB/oct的衰減特性。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，一可變增益放大器被插入到低通濾波器的輸出側(cè)，且可變增益放大器的輸出信號以彼此相反的相位關(guān)系輸入到第二和第三加法器。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，相移電路由這樣一種相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶內(nèi)具有幾乎不變的增益，并適于在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)進行從90到175°變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，其中相移電路由這樣相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶內(nèi)具有幾乎不變的增益，并適于在1KHz的頻率處進行從120到170°變化的相移。
附圖簡述圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的環(huán)繞聲再生電路的電路圖；圖2是圖1中的低通濾波器的頻率特性圖；圖3是圖1中的低通濾波器的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的環(huán)繞聲再生電路的電路圖；
圖5是圖4中相移電路的相位和增益頻率特性圖；圖6是圖4中的相移電路的電路圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的環(huán)繞聲再生電路的電路圖；圖8是傳統(tǒng)的環(huán)繞聲再生電路的電路圖；圖9是圖8中帶除阻波器的頻率特性圖；以及圖10是另一傳統(tǒng)的環(huán)繞聲再生電路的電路圖。
具體實施例方式
使用各種音樂源對環(huán)繞聲效果反復(fù)實驗后，確認L-R和R-L信號分量很少包含聲音成分并只能聽到回音。換言之，L-R和R-L信號分量有很少的300Hz或更低的頻率成分并主要包含具有高頻的輕音“Sa，Si，Su，Se，So”以及大約5KHz或更低的回音成分。
這樣，L-R和R-L信號分量很少包含話音頻率成分并主要包含高頻成分。因而，能夠確認L-R和R-L信號分量的話音頻率成分(300Hz到3KHz)的電平不需要大大降低。
此外，L-R和R-L信號的3KHz頻率成分包含刺耳的信號分量。因而，有必要通過濾波器除去這種信號分量，以便不影響少量包含話音頻帶的1KHz附近的信號。然而，具有接近3KHz或更低頻率的回音通過截止頻率為900Hz及不小于-12dB/oct的銳衰減特性的低通濾波器被衰減并減少。于是，不能獲得足夠的環(huán)繞效果。
為了在3KHz頻率處將衰減量從大約-6dB減少到-12dB，使用截止頻率為700Hz到2KHz且有-6dB/oct緩衰減特性的低通濾波器。使用截止頻率為2KHz的低通濾波器3KHz頻率的衰減量大約為-6dB，使用截止頻率900Hz的低通濾波器為-10dB，使用截止頻率700Hz的低通濾波器，衰減量為-12dB。
利用任何低通濾波器都能夠獲得所希望的環(huán)繞聲效果。特別是，使用截止頻率為900Hz具有-6dB/oct緩衰減特性的低通濾波器，在頻帶20Hz到2KHz內(nèi)減小了相位的變化，且定位變得明確，并進而，減小了刺耳的高通成分。于是，能夠?qū)崿F(xiàn)具有自然擴展感的環(huán)繞聲效果。
此外，截止頻率為900Hz緩衰減特性為-6dB/oct的低通濾波器可只由一個電阻器和一個電容器構(gòu)成。于是，與使用多個傳統(tǒng)的高于二階的濾波器的情形比較，可以降低電容器的數(shù)目。
第一實施例圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的環(huán)繞聲再生電路，這是在考慮上述各方面的情形做出的。標號1表示L信號輸入端，標號2表示R信號輸入端，標號3和4表示緩沖器，標號5表示用于產(chǎn)生L-R信號的加法器，標號6表示截止頻率為900Hz，緩衰減特性為-6dB/oct的低通濾波器，標號7表示運算放大器，它與電阻器R1和R2一同構(gòu)成可變增益放大器，標號8和9表示加法器，標號10和11表示緩沖器，標號12表示L信號輸出端，且標號13表示R信號輸出端。
加法器5進行從L信號減去R信號的處理，并除去用于將音源像定位在中心的信號分量，因而抽取了在L側(cè)的環(huán)繞聲信號分量。這樣獲得的L-R信號分量有很少的300Hz或更低的低頻成分，并主要包含具有聲音和回聲的高頻的“Sa，Si，Su，Se，So”成分。
信號分量被輸入到低通濾波器6以便除去具有高于900Hz頻率的高通成分。雖然L-R信號分量中3KHz或更高的頻率成分具有刺耳的信號分量，但這種信號分量被低通濾波器6除去。如圖2所示，低通濾波器6的截止頻率為900Hz，緩衰減特性為-6dB/oct。因而，作為話音頻帶的1KHz附近的信號沒有受到大的影響。
由運算放大器7和電阻器R1和R2構(gòu)成的可變增益放大器調(diào)節(jié)從低通濾波器6輸出的L-R信號分量的增益。這時，電阻器R1和R2的值中至少有一個被改變。于是，當L-R信號分量作為L側(cè)環(huán)繞聲信號加到原始L信號且L-R信號分量被反向并作為R側(cè)環(huán)繞信號加到原始R信號時，相加的量可調(diào)節(jié)。
如圖3所示，低通濾波器6可由一個電阻器R3和一個電容器C1構(gòu)成。這樣，低通濾波器6能夠由一個電容器構(gòu)成。然而，由于電容量的值增加，當整體形成IC時，低通濾波器6是從外部附加到IC的。這種情形下，只要另外提供一個IC引腳即可。低通濾波器還能夠使用具有高輸出阻抗的gm放大器，以便采用低電容量的電容器。然而，如果電容器是被放在IC中而構(gòu)成低通濾波器，則S/N可能劣化。因此，最好在外部附著電容器。
雖然在上述實施例中低通濾波器6的截止頻率為900Hz緩衰減特性為-6dB/oct，但如果截止頻率范圍是從700Hz到2KHz，仍能夠獲得所希望的環(huán)繞聲效果。
此外，當從加法器5中取出L-R信號時，也可以取出R-L信號。在這種情形下，R-L信號的相位最好應(yīng)當被反向，并由加法器8加到原始的L信號上，并應(yīng)當以原來的相位由加法器9加到原始的R信號上。
第二實施例以下實事已經(jīng)被確認。更具體來說，如果兩個聲道之間的增益差在輸入信號的全頻率范圍內(nèi)幾乎不變，并隨著頻率的增加在兩個聲道之間相位能夠從0°到180°移動，則音源像能夠被定位在前方。特別是，如果相位差的范圍在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)是從90°到175°(90°對300Hz而175°對3.5KHz)，則音源像能夠被定位在前方。而且，如果相移量在頻率1KHz處在兩個聲道之間有120°到170°的相位差，則音源像能夠被很好地定位，以至能夠獲得有擴展感覺的立體聲效果。此外還確認，如果相位差在1KHz附近的頻率處小于120°，則消除了擴展的感覺，并且如果相位差大于170°，則音源像被定位在一個方向。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的環(huán)繞聲電路的框圖，該電路是考慮上述方面構(gòu)成的。與圖1所示的環(huán)繞電路相同的部件用相同的標號表示。本實施例中，用于相移的相移電路14插入在加法器8與緩沖器10之間。
圖5是相移電路14中的增益和相位的頻率特性圖，其中的特性是基于確認的結(jié)果而被確定的。在一全頻率范圍內(nèi)增益幾乎不變，并且根據(jù)頻率的增加，相位被從0°到180°移動，特別是，在300Hz頻率處，相位被移動90°。在300Hz到3.5KHz頻帶內(nèi)進行從90°到175°變化的相移。尤其是，在1KHz頻率處進行從120°到170°(例如，147°)變化的相移。圖6是表示相移電路14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖，該電路是由電阻器R4到R6，電容器C2及運算放大器15構(gòu)成的。
具有圖5所示頻率特性的相移電路14被插入到L聲道，以進一步加強環(huán)繞效果。因而，由配置在大約20cm這樣的小距離的揚聲器能夠產(chǎn)生充分的環(huán)繞聲效果。相移電路14還能夠插入到R聲道側(cè)。
第三實施例圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的環(huán)繞聲再生電路的框圖。放大器16插入在圖4所示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的環(huán)繞聲再生電路中的相移電路14和緩沖器10之間并使之產(chǎn)生3dB或更大的增益。其結(jié)果是，在兩個聲道之間在全頻帶內(nèi)形成3dB或更大的增益差。因而，即使揚聲器之間的間隔比較小，例如為20cm，也能夠產(chǎn)生所希望的環(huán)繞聲效果。
放大器16還可以插入在加法器8和相移電路14之間，或R聲道側(cè)的加法器9與緩沖器11之間。此外，還可以用具有3dB或更大衰減因子的衰減器代替放大器16插入在上述位置。在任何情形下都可獲得相同的效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，L信號和R信號的差信號分量的中通和高通頻率成分被低通濾波器衰減。因而，與使用傳統(tǒng)的帶阻濾波器的情形相比，在20Hz到20KHz的頻帶內(nèi)減小了相位的變化，且定位能夠變得確定，此外，刺耳的高通成分也被減小。于是，能夠?qū)崿F(xiàn)具有自然擴展的環(huán)繞聲效果。而且，能夠降低所需的電容器數(shù)。
此外，相移電路具有這樣的特性，增益在全頻率范圍內(nèi)幾乎不變，并且相位從0到180°根據(jù)頻率的增加而變化，這樣的相移電路被插入在聲道之一。于是在揚聲器之間的間隔小，例如大約20cm的情形下，也能夠防止以彼此相反相位相加的環(huán)繞聲信號在空間被抵消。
通過在聲道之一插入放大器或衰減器，使聲道之間增益差為3dB或更大，即使揚聲器之間的間隔為20cm或更小，也能夠產(chǎn)生出色的環(huán)繞聲效果。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)繞聲再生電路，包括第一加法器，用于產(chǎn)生被輸入的L信號和R信號的差信號；連接到第一加法器輸出側(cè)的低通濾波器；以及第二和第三加法器，用于把作為環(huán)繞聲信號的低通濾波器輸出信號與L信號和R信號以彼此反向的相位關(guān)系混合起來。
2.權(quán)利要求1的環(huán)繞聲再生電路，其中一相移電路被連接到第二或第三加法器的輸出側(cè)，該相移電路在輸入信號的全頻帶具有幾乎不變的增益，并適于根據(jù)輸入信號頻率的增加進行從0到180度變化的相移。
3.權(quán)利要求2的環(huán)繞聲再生電路，其中一個放大器或衰減器被連接到第二或第三加法器的輸出側(cè)，并設(shè)置L信號聲道與R信號聲道之間的增益差為3db或更大。
4.權(quán)利要求1到3中任何一個的環(huán)繞聲再生電路，其中低通濾波器具有700Hz到2KHz的截止頻率及-6dB/oct的衰減特性。
5.權(quán)利要求1到3之一的環(huán)繞聲再生電路，其中在低通濾波器的輸出側(cè)插入一可變增益放大器，且可變增益放大器的輸出信號以彼此相反相位的關(guān)系輸入到第二和第三加法器。
6.權(quán)利要求2到3中任何一個的環(huán)繞聲再生電路，其中相移電路由這樣一種相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶內(nèi)具有幾乎不變的增益，并適于在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)進行從90到175度變化的相移。
7.權(quán)利要求2到3中任何一個的環(huán)繞聲再生電路，其中相移電路由這樣相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶內(nèi)具有幾乎不變的增益，并適于在1KHz的頻率處進行從120到170度變化的相移。
全文摘要
一種環(huán)繞聲再生電路,包括第一加法器,用于產(chǎn)生被輸入的L信號和R信號的差信號,連接到第一加法器輸出側(cè)的低通濾波器,以及第二和第三加法器,用于把作為環(huán)繞聲信號的低通濾波器輸出信號與L信號和R信號以彼此反向的相位關(guān)系混合起束。在頻帶20Hz到20KHz的頻帶內(nèi)減少了相位的變化且定位能夠變得確定,而且,減少了刺耳的高通成分。于是,能夠?qū)崿F(xiàn)具有自然擴展的環(huán)繞聲效果。此外,還能夠降低所需的電容器數(shù)目。
文檔編號H04S1/00GK1377211SQ02107540
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者杉本芳酮 申請人:新日本無線株式會社