專利名稱：產(chǎn)生虛擬3d音響的設(shè)備和方法以及存儲程序的記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體構(gòu)思涉及一種產(chǎn)生虛擬三維(3D)音響的設(shè)備和方法，更具體地講，涉及一種可容易地應(yīng)用到比如頭戴耳機和耳機的便攜式裝置的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)使用頭戴耳機或耳機聽音樂時，由于聲像定位于頭內(nèi)，所以收聽體驗不如使用揚聲器聽音樂時好。例如，常見的頭戴耳機或耳機在實際收聽空間中沒有給收聽者被音樂環(huán)繞的感覺。在公開號為1991-250900的日本專利中公開了設(shè)計的通過頭戴耳機或耳機來產(chǎn)生三維音頻效果的傳統(tǒng)技術(shù)的示例。下面的段落指出與這種傳統(tǒng)技術(shù)相關(guān)的問題。
圖1是表示傳統(tǒng)的虛擬3D音響產(chǎn)生方法的概念性示圖。
參照圖1，在傳統(tǒng)的虛擬3D音響產(chǎn)生方法中，虛擬3D音響通過下述方式產(chǎn)生假設(shè)兩個虛擬聲源11和12、和虛擬收聽者13，相對于兩個輸入信號模仿從虛擬聲源11和12被傳送到虛擬收聽者13的8個信號DLL、DRR、DLR、DRL、RLL、RRR、RLR和RRL。
圖2是傳統(tǒng)的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的方框圖。
參照圖2，傳統(tǒng)的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備包括四個濾波器201、204、207和209，兩個反射聲產(chǎn)生器203和206，四個延遲單元202、205、208和210，兩個加法器211和212，兩個放大器213和214。
為產(chǎn)生串?dāng)_信號，即信號DLR和DRL，兩個濾波器201和209對從錄像機15輸入的信號進(jìn)行濾波。兩個延遲單元202和210將兩個濾波器201和209濾波的信號延遲從虛擬聲源11和12輸出的信號到達(dá)虛擬收聽者13的左耳和右耳所用的時間。
反射聲產(chǎn)生器203和206產(chǎn)生通過揚聲器收聽時由收聽空間產(chǎn)生的回聲，即信號RLL和RRR。為了產(chǎn)生回聲的串?dāng)_信號，即信號RLR和RRL，其他兩個濾波器204和207對反射聲產(chǎn)生器203和206產(chǎn)生的信號進(jìn)行濾波。其他兩個延遲單元205和208將其他兩個濾波器204和207濾波的信號延遲從虛擬聲源11和12輸出的信號被反射并到達(dá)虛擬收聽者13的左耳和右耳所用的時間。
在傳統(tǒng)的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備中，為產(chǎn)生串?dāng)_信號，兩個濾波器201和209執(zhí)行高階有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波；為產(chǎn)生回聲，反射聲產(chǎn)生器203和206執(zhí)行高階FIR濾波和全通濾波；為產(chǎn)生回聲的串?dāng)_信號，其他兩個濾波器204和207執(zhí)行高階FIR濾波。然而，因為高階FIR濾波和全通濾波需要大的計算量，所以高階FIR濾波和全通濾波并不適合于比如頭戴耳機和耳機的便攜式裝置。
除上述的傳統(tǒng)技術(shù)之外，還有一些使用與頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)(HRTF)來產(chǎn)生出色的虛擬3D音響。然而，這些方法也需要大的計算量，因而不適合于比如頭戴耳機和耳機的便攜式裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體構(gòu)思提供了一種使用最少數(shù)目的部件來最大化虛擬3D音響效果的方法和設(shè)備。所述方法和設(shè)備可被容易地應(yīng)用到比如頭戴耳機和耳機的所謂的性能有限的裝置的便攜式裝置。本發(fā)明總體構(gòu)思還提供了一種存儲執(zhí)行所述方法的計算機程序的記錄介質(zhì)。
本發(fā)明總體構(gòu)思的另外方面和優(yōu)點可在下面的描述中部分地闡述，部分地，從描述中將會變得清楚或通過實施本發(fā)明可被了解。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其他方面和優(yōu)點通過提供一種虛擬3D音響產(chǎn)生方法而被實現(xiàn)，所述方法包括將至少一個信號延遲與至少一個虛擬聲源和虛擬收聽者的左右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其他方面和優(yōu)點還可通過提供一種虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備而被實現(xiàn)，所述設(shè)備包括延遲單元，將至少一個信號延遲與至少一個虛擬聲源和虛擬收聽者的左右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其他方面和優(yōu)點還可通過提供一種在其上記錄用于執(zhí)行虛擬3D音響產(chǎn)生方法的計算機程序的計算機可讀記錄介質(zhì)來實現(xiàn)。
通過下面結(jié)合附圖對實施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明總體構(gòu)思的這些和/或其他方面和優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是表示傳統(tǒng)的3D音響產(chǎn)生方法的概念性示圖；圖2是傳統(tǒng)的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的方框圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生方法的概念性示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的方框圖；圖5是圖4所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的電路圖；圖6是用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的一階IIR濾波器的電路圖；圖7是用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的一階FIR濾波器的電路圖；圖8是用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的混響聲模擬器的電路圖；圖9是圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的等效電路圖；圖10表示基于圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的5聲道輸入2聲道輸出裝置的構(gòu)造；和圖11A至圖11B、圖12和圖13是表示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在對本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同部件。下面通過參照附圖對實施例進(jìn)行描述以解釋本發(fā)明總體構(gòu)思。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生方法的概念性示圖。
參照圖3，在虛擬3D音響產(chǎn)生方法中，虛擬3D音響通過下述方式產(chǎn)生假設(shè)兩個虛擬聲源31和32、虛擬收聽者33，相對于兩個輸入信號模擬8個從虛擬聲源31和32傳送到虛擬收聽者33的信號HLL、HRR、HLR、HRL、HLLS、HRRS、HLRS和HRLS。
圖4是根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的方框圖。
參照圖4，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備包括第一延遲單元401、第一衰減器402、第一加法器403、第一濾波器404、第二延遲單元405、第二衰減器406、第二加法器407、第二濾波器408、第三延遲單元409、第三衰減器410、第三濾波器411、第四延遲單元412、第四衰減器413、第四濾波器414、第五延遲單元415、第五濾波器416、第五衰減器417、第三加法器418、第六延遲單元419、第六濾波器420、第六衰減器421、第四加法器422、第一增益調(diào)節(jié)器423、第五加法器424、第二增益調(diào)節(jié)器425、第六加法器426和反射(混響)聲產(chǎn)生器427。
第一延遲單元401將左聲道輸入信號XL延遲與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的時間段。也就是說，第一延遲單元401將左聲道輸入信號XL延遲從左虛擬聲源31輸出的信號到達(dá)虛擬收聽者33的左耳所用的時間。第一延遲單元401可通過傳遞函數(shù)為HLL(z)的延遲濾波器來實現(xiàn)。
第二延遲單元405將右聲道輸入信號XR延遲與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。也就是說，第二延遲單元405將右聲道輸入信號XR延遲從右虛擬聲源32輸出的信號到達(dá)虛擬收聽者33的右耳所用的時間。第二延遲單元405可通過傳遞函數(shù)為HRR(z)的延遲濾波器來實現(xiàn)。
第三延遲單元409將左聲道輸入信號XL延遲與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。也就是說，第三延遲單元409將左聲道輸入信號XL延遲從左虛擬聲源31輸出的信號到達(dá)虛擬收聽者33的右耳所用的時間。第三延遲單元409可通過傳遞函數(shù)為HLR(z)的延遲濾波器來實現(xiàn)。這里，從左虛擬聲源31到達(dá)虛擬收聽者33的右耳的信號與串?dāng)_信號對應(yīng)。
第四延遲單元412將右聲道輸入信號XR延遲與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的時間段。也就是說，第四延遲單元412將右聲道輸入信號XR延遲從右虛擬聲源32輸出的信號到達(dá)虛擬收聽者33的左耳所用的時間。第四延遲單元412可通過傳遞函數(shù)為HRL(z)的延遲濾波器來實現(xiàn)。這里，從右虛擬聲源32到達(dá)虛擬收聽者33的左耳的信號與串?dāng)_信號對應(yīng)。
第一衰減器402根據(jù)與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的衰減因子對第一延遲單元401延遲的信號進(jìn)行衰減。這模擬了從左虛擬聲源31到虛擬收聽者33的左耳通過空氣傳播的聲音的衰減。
第二衰減器406將第二延遲單元405延遲的信號衰減與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的量。這模擬了從右虛擬聲源32到虛擬收聽者33的右耳通過空氣傳播的聲音的衰減。
第三衰減器410將第三延遲單元409延遲的信號衰減與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的量。這模擬了從左虛擬聲源31到虛擬收聽者33的右耳通過空氣傳播的聲音的衰減。
第四衰減器413將第四延遲單元412延遲的信號衰減與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的量。這模擬了從右虛擬聲源32到虛擬收聽者33的左耳通過空氣傳播的聲音的衰減。
第三濾波器411濾除第三衰減器410衰減的信號的高頻帶以模擬由在虛擬收聽者33的頭部的衍射引起的高頻衰減。第三濾波器411可通過傳遞函數(shù)為HLC(z)的低通濾波器來實現(xiàn)。
第四濾波器414濾除第四衰減器413衰減的信號的高頻帶以模擬由在虛擬收聽者33的頭部的衍射引起的高頻衰減。第四濾波器414可通過傳遞函數(shù)為HRC(z)的低通濾波器來實現(xiàn)。
第一加法器403將第四濾波器414濾波的信號與第一衰減器402衰減的信號相加。
第二加法器407將第三濾波器411濾波的信號與第二衰減器406衰減的信號相加。
第一濾波器404濾除第一加法器403輸出的信號的高頻帶以模擬由于穿過左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的左耳之間的距離高頻的低空間透射率引起的高頻衰減。第一濾波器404可通過傳遞函數(shù)為HLD(z)的低通濾波器來實現(xiàn)。
第二濾波器408濾除第二加法器407輸出的信號的高頻帶以模擬由于穿過右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的右耳之間的距離高頻的低空間透射率引起的高頻衰減。第二濾波器408可通過傳遞函數(shù)為HRD(z)的低通濾波器來實現(xiàn)。
第五延遲單元415將第一濾波器404濾波的信號延遲與左虛擬聲源31和左反射面35之間的距離以及左反射面35和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的時間段。也就是說，第五延遲單元415將第一濾波器404濾波的信號延遲從左虛擬聲源31輸出的信號從左壁被反射并到達(dá)虛擬收聽者33的左耳所用的時間。這里，第五延遲單元415同時將第一濾波器404濾波的信號延遲通過從總的時間減去第一延遲單元401的延遲時間而獲得的時間，所述總的時間是從左虛擬聲源31輸出的信號從左壁被反射并到達(dá)虛擬收聽者的左耳和右耳的每一個所用的時間。以這種方式，在本實施例中，為了盡可能地減少產(chǎn)生虛擬3D音響所需要的部件的數(shù)目，像第一延遲單元401一樣的部件被重復(fù)使用。第五延遲單元415可由傳遞函數(shù)是HLLS/LRS(z)的延遲濾波器來實現(xiàn)。
第五濾波器416濾除第五延遲單元415延遲的信號的高頻帶以模擬由于穿過左虛擬聲源31和左反射面35之間的距離以及左反射面35和虛擬收聽者33的左耳之間的距離高頻的低空間透射率引起的高頻衰減。第五濾波器416可由傳遞函數(shù)為HLB(z)的低通濾波器來實現(xiàn)。
第五衰減器417根據(jù)與左虛擬聲源31和左反射面35之間的距離以及左反射面35和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的衰減因子對第五濾波器416濾波的信號進(jìn)行衰減。這模擬了從左虛擬聲源31到左反射面35然后到虛擬收聽者33的左耳通過空氣傳播的聲音的衰減。
第三加法器418將第五衰減器417衰減的信號與左聲道輸入信號XL相加。
第六延遲單元419將第二濾波器408濾波的信號延遲與右虛擬聲源32和右反射面36之間的距離以及右反射面36和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。也就是說，第六延遲單元419將第二濾波器408濾波的信號延遲從右虛擬聲源32輸出的信號從右壁被反射并到達(dá)虛擬收聽者33的右耳所用的時間。這里，第六延遲單元419同時將第二濾波器408濾波的信號延遲通過從總的時間減去第二延遲單元405的延遲時間而獲得的時間，所述總的時間是從右虛擬聲源32輸出的信號從右壁被反射并到達(dá)虛擬收聽者的右耳和左耳的每一個所用的時間。以這種方式，在本實施例中，為盡可能地減少產(chǎn)生虛擬3D音響所需要的部件的數(shù)目，像第二延遲單元405一樣的部件被重復(fù)使用。第六延遲單元419可由傳遞函數(shù)是HRRS/RLS(z)的延遲濾波器來實現(xiàn)。
第六濾波器420濾除第六延遲單元419延遲的信號的高頻帶以模擬由于穿過右虛擬聲源32和右反射面36之間的距離以及右反射面36和虛擬收聽者33的右耳之間的距離高頻的低空間透射率引起的高頻衰減。第六濾波器420可由傳遞函數(shù)為HRB(z)的低通濾波器來實現(xiàn)。
第六衰減器421根據(jù)與右虛擬聲源32和右反射面36之間的距離以及右反射面36和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的衰減因子對第六濾波器420濾波的信號進(jìn)行衰減。這模擬了從右虛擬聲源32到右反射面36然后到虛擬收聽者33的右耳通過空氣傳播的聲音的衰減。
第四加法器422將第六衰減器421衰減的信號與右聲道輸入信號XR相加。
第一增益調(diào)節(jié)器423調(diào)節(jié)第一濾波器404濾波的信號的增益以適合于將第一濾波器404濾波的信號與左聲道輸入信號XL的混響信號合成。
第二增益調(diào)節(jié)器425調(diào)節(jié)第二濾波器408濾波的信號的增益以適合于將第二濾波器408濾波的信號與右聲道輸入信號XR的混響信號合成。
混響聲產(chǎn)生器427從第五濾波器416濾波的信號和第六濾波器420濾波的信號產(chǎn)生左混響聲和右混響聲。
第五加法器424將混響聲產(chǎn)生器427產(chǎn)生的左混響聲和從第一增益調(diào)節(jié)器423輸出的信號相加。從第五加法器424輸出的信號與左3D音響信號YL相對應(yīng)，所述左3D音響信號YL已經(jīng)經(jīng)歷基于虛擬聲源31和32與虛擬收聽者之間的距離的時間延遲、振幅衰減和高頻衰減。
第六加法器426將混響聲產(chǎn)生器427產(chǎn)生的右混響聲加到從第二增益調(diào)節(jié)器425輸出的信號上。從第六加法器426輸出的信號與右3D音響信號YR相對應(yīng)，所述右3D音響信號YR已經(jīng)經(jīng)歷基于虛擬聲源31和32與虛擬收聽者之間的距離的時間延遲、振幅衰減和高頻衰減。
在實際收聽空間中，在左右揚聲器和收聽者的左右耳之間沒有絕對的幾何對稱性。考慮到這點，在本實施例中，第一延遲單元401、第二延遲單元405、第三延遲單元409、第四延遲單元412、第五延遲單元415和第六延遲單元419基于左虛擬聲源31、虛擬收聽者33和右虛擬聲源32之間的幾何非對稱性將信號延遲不同時間。換句話說，傳遞函數(shù)HLL(z)、HRR(z)、HLR(z)、HRL(z)、HLLS/LRS(z)和HRRS/RLS(z)彼此互不相同。在本實施例中，使用最小數(shù)目的部件通過模擬從收聽者33到左虛擬聲源31和右虛擬聲源32之間的不相等的距離可使虛擬3D音響效果最大化。
圖5是圖4所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的電路圖。
參照圖5，圖4所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備可通過三個基本的數(shù)字濾波器部件，即加法器、放大器和延遲部件來實現(xiàn)。
第一延遲單元401可使用傳遞函數(shù)為HLL(z)＝Z-MLL的延遲濾波器來實現(xiàn)。第二延遲單元405可使用傳遞函數(shù)為HRR(z)＝Z-MRR的延遲濾波器來實現(xiàn)。第三延遲單元409可使用傳遞函數(shù)為HLR(z)＝Z-MLR的延遲濾波器來實現(xiàn)。第四延遲單元412可使用傳遞函數(shù)為HRL(z)＝Z-MRL的延遲濾波器來實現(xiàn)。第五延遲單元415可使用傳遞函數(shù)為HLLS/LRS(z)＝Z-MLLS/LRS的延遲濾波器來實現(xiàn)。第六延遲單元419可使用傳遞函數(shù)為HRRS/RLS(z)z-MRRS/RLS的延遲濾波器來實現(xiàn)。
第一衰減器402、第二衰減器406、第三衰減器410、第四衰減器413、第五衰減器417、第六衰減器421、第一加法器403、第二加法器407、第三加法器418、第四加法器422、第五加法器424、第六加法器426、第一增益調(diào)節(jié)器423和第二增益調(diào)節(jié)器425可使用乘法器來實現(xiàn)。
第三濾波器411可使用傳遞函數(shù)為HLC(z)的圖6所示的低通濾波器來實現(xiàn)。第四濾波器414可使用傳遞函數(shù)為HRC(z)的圖6的低通濾波器來實現(xiàn)。第五濾波器416可使用傳遞函數(shù)為HLB(z)的圖6的低通濾波器來實現(xiàn)。第六濾波器420可使用傳遞函數(shù)為HRB(z)的圖6的低通濾波器來實現(xiàn)。
圖6是用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的一階無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器的電路圖。
參照圖6，用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的一階IIR濾波器包括一階延遲部件、加法器和兩個乘法器。由于第三濾波器411、第四濾波器414、第五濾波器416和第六濾波器420可使用簡單一階IIR濾波器實現(xiàn)，所以根據(jù)本實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備可被應(yīng)用到便攜式裝置。
第一濾波器404可通過使用傳遞函數(shù)為HLD(z)的圖7所示的低通濾波器來實現(xiàn)。第二濾波器408可通過使用傳遞函數(shù)為HRD(z)的圖7的低通濾波器來實現(xiàn)。
圖7是用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的一階有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的電路圖。
參照圖7，用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的一階FIR濾波器包括一階延遲部件、兩個加法器和三個乘法器。由于第一濾波器404和第二濾波器408可使用簡單的一階FIR濾波器來實現(xiàn)，根據(jù)本實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備可應(yīng)用于便攜式終端。
圖8是用于圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的混響聲模擬器的電路圖。
混響聲產(chǎn)生器427使用圖8所示的簡單的混響聲模擬器來產(chǎn)生混響聲。
圖9是圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的等效電路圖。
參照圖9，在圖9所示的設(shè)備中，作為對圖5中所示的構(gòu)造的修改，多個乘法器被添加到圖5中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，圖9的構(gòu)造等同于圖5的構(gòu)造。
圖10是基于圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的5聲道輸入2聲道輸出裝置的電路圖。
參照圖10，基于圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的5聲道輸入2聲道輸出裝置包括第一虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備101、第二虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備102、第三虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備103、混響聲模擬器104和混音器105。
第一虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備101具有與圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備相同的構(gòu)造，并從單一的中央信號產(chǎn)生兩個輸出信號。這是一個如何通過使用圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將單聲道信號上混合為仿立體聲信號的示例。
第二虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備102具有與圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備相同的構(gòu)造，并從左前信號和右前信號產(chǎn)生兩個輸出信號。
第三虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備103具有與圖4中所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備相同的構(gòu)造，并從左后信號和右后信號產(chǎn)生兩個輸出信號。
混響聲模擬器104從第一虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備101、第二虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備102和第三虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備103產(chǎn)生的信號來產(chǎn)生混響聲。
混音器105通過將第一虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備101、第二虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備102和第三虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備103產(chǎn)生的信號與混響聲模擬器104產(chǎn)生的信號下混合來產(chǎn)生兩個輸出信號YL和YR。
圖10所示的5聲道輸入2聲道輸出裝置對應(yīng)于基于圖4中顯示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備的應(yīng)用裝置的示例。比如N聲道輸入M聲道輸出的其他應(yīng)用裝置可基于圖4所示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備而被本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易地得到。
圖11A至圖11B、圖12和圖13是表示根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例的虛擬3D音響產(chǎn)生方法的流程圖。
參照圖11A至圖11B、圖12和圖13，虛擬3D音響產(chǎn)生方法包括如下描述的操作，所述操作由以上描述的并在圖4中顯示的虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備順序地處理。
在操作1101中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將左聲道輸入信號XL延遲與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的時間。
在操作1102中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將右聲道輸入信號XR延遲與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的時間。
在操作1103中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將右聲道輸入信號XR延遲與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的時間。
在操作1104中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將左聲道輸入信號XL延遲與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的時間。
在操作1105中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1101中延遲的信號衰減與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的量。
在操作1106中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1102中延遲的信號衰減與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的量。
在操作1107中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1103中延遲的信號衰減與右虛擬聲源32和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的量。
在操作1108中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1104中延遲的信號衰減與左虛擬聲源31和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的量。
在操作1109中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備濾除在操作1107中衰減的信號的高頻帶以模擬由在虛擬收聽者33的頭部的衍射而引起的高頻衰減。
在操作1110中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備濾除在操作1108中衰減的信號的高頻帶以模擬由在虛擬收聽者33的頭部的衍射而引起的高頻衰減。
在操作1111中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1109中濾波的信號加到在操作1105中衰減的信號上。
在操作1112中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1110中濾波的信號加到在操作1106中衰減的信號上。
在操作1113中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備濾除從操作1111產(chǎn)生的信號的高頻帶以模擬當(dāng)聲波從左虛擬聲源31到虛擬收聽者33的左耳傳播時發(fā)生的高頻衰減。
在操作1114中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備濾除從操作1112產(chǎn)生的信號的高頻帶以模擬當(dāng)聲波從右虛擬聲源32到虛擬收聽者33的右耳傳播時發(fā)生的高頻衰減。
在操作1115中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1113中濾波的信號延遲與左虛擬聲源31和左反射面35之間的距離以及左反射面35和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的時間。
在操作1116中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備濾除在操作1115中延遲的信號的高頻帶以模擬當(dāng)聲波從左虛擬聲源31到左反射面35然后到虛擬收聽者33的左耳傳播時發(fā)生的高頻衰減。
在操作1117中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1116中濾波的信號衰減與左虛擬聲源31和左反射面35之間的距離以及左反射面35和虛擬收聽者33的左耳之間的距離相應(yīng)的量。
在操作1118中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1117中衰減的信號加到左聲道輸入信號XL上。
在操作1119中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1114中濾波的信號延遲與右虛擬聲源32和右反射面36之間的距離以及右反射面36和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的時間。
在操作1120中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備濾除在操作1119中延遲的信號的高頻帶以模擬當(dāng)聲波從右虛擬聲源32到右反射面36然后到虛擬收聽者33的右耳傳播時發(fā)生的高頻衰減。
在操作1121中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1120中濾波的信號衰減與右虛擬聲源32和右反射面36之間的距離以及右反射面36和虛擬收聽者33的右耳之間的距離相應(yīng)的量。
在操作1122中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1121中衰減的信號加到右聲道輸入信號XR上。
在操作1123中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備調(diào)節(jié)在操作1113中濾波的信號的增益以適合于與左聲道輸入信號XL的混響信號合成。
在操作1124中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備調(diào)節(jié)在操作1114中濾波的信號的增益以適合于與右聲道輸入信號XR的混響信號合成。
在操作1125中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備從在操作1116中濾波的信號和從操作1120濾波的信號產(chǎn)生左混響聲和右混響聲。
在操作1126中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1125中產(chǎn)生的左混響聲加到從操作1123產(chǎn)生的信號上。
在操作1127中，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備將在操作1125中產(chǎn)生的右混響聲加到從操作1124產(chǎn)生的信號上。
本發(fā)明總體構(gòu)思的實施例可作為計算機程序?qū)懺谟嬎銠C可讀記錄介質(zhì)上并由計算機執(zhí)行。這種計算機可讀記錄介質(zhì)的示例包括磁存儲介質(zhì)(ROM、軟盤、硬盤等)、光學(xué)記錄介質(zhì)(CD-ROM、DVD等)、以及載波(經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思，為了模擬實際收聽空間的幾何非對稱性，通過將信號延遲不同長度的時間，聲像被虛擬地定位于頭外，收聽者擁有被音樂環(huán)繞的感覺。也就是說，最大虛擬3D音響效果可通過使用最少數(shù)目的部件而獲得。特別是，與傳統(tǒng)的設(shè)備不同，虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備可通過使用最少數(shù)目的部件利用簡單的一階IIR濾波器和一階FIR濾波器來實現(xiàn)。
另外，由于僅時間延遲考慮到實際收聽空間的幾何非對稱性，所以最大虛擬3D音響效果可用遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)的HRTF方法中的計算量來獲得。本發(fā)明總體構(gòu)思預(yù)期被廣泛地應(yīng)用于比如頭戴耳機和耳機的所謂的性能有限的裝置的便攜式裝置。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明總體構(gòu)思的幾個實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實施例進(jìn)行改變，本發(fā)明總體構(gòu)思的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種從至少一個信號產(chǎn)生虛擬3D音響的方法，所述方法包括將所述至少一個信號延遲與至少一個虛擬聲源和虛擬收聽者的左右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將至少一個信號延遲與至少一個虛擬聲源和虛擬收聽者的左右耳之間的距離相應(yīng)的時間段的操作包括將所述至少一個信號的第一輸入信號延遲與所述至少一個虛擬聲源的第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一時間段；和將所述至少一個信號的第二輸入信號延遲與所述至少一個虛擬聲源的第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二時間段。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，由于第一虛擬聲源和第二虛擬聲源與虛擬收聽者之間的距離不同，所述第一時間段和第二時間段彼此不同。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第三時間段；和將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第四時間段。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，由于第一虛擬聲源和第二虛擬聲源的每個與虛擬收聽者的每個耳朵之間的距離不同，所述第一時間段、第二時間段、第三時間段和第四時間段都彼此不同。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括將在把第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第三時間段的操作中延遲的信號加到在將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二時間段的操作中延遲的信號上；和將在把第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第四時間段的操作中延遲的信號加到在將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一時間段的操作中延遲的信號上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括將在把第二輸入信號延遲第四時間段的操作中延遲的信號加到在將第一輸入信號延遲第一時間段的操作中延遲的信號上而產(chǎn)生的信號延遲第五時間段，其中，所述第四時間段與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)，所述第一時間段與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)，所述第五時間段與第一虛擬聲源和第一反射面之間的距離以及第一反射面和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)；和將在把第一輸入信號延遲第三時間段的操作中延遲的信號加到在將第二輸入信號延遲第二時間段的操作中延遲的信號上而產(chǎn)生的信號延遲第六時間段，其中，所述第三時間段與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)，所述第二時間段與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)，所述第六時間段與第二虛擬聲源和第二反射面之間的距離以及第二反射面和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，由于相對于虛擬收聽者第一虛擬聲源和第二虛擬聲源的布置中的幾何非對稱性，所述第一時間段、第二時間段、第三時間段、第四時間段、第五時間段和第六時間段都彼此不同。
9.一種從至少一個信號中產(chǎn)生虛擬3D音響的設(shè)備，所述設(shè)備包括延遲單元，將所述至少一個信號延遲與至少一個虛擬聲源和虛擬收聽者的左右耳相應(yīng)的時間段。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述延遲單元包括第一延遲單元，將所述至少一個信號的第一輸入信號延遲與所述至少一個虛擬聲源的第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一時間段；和第二延遲單元，將所述至少一個信號的第二輸入信號延遲與所述至少一個虛擬聲源的第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二時間段。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，由于第一虛擬聲源和第二虛擬聲源與虛擬收聽者之間的距離不同，所述第一時間段和第二時間段彼此不同。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括第一衰減器，將第一延遲單元延遲的信號衰減與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一量；和第二衰減器，將第二延遲單元延遲的信號衰減與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二量。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括第三延遲單元，將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第三時間段；和第四延遲單元，將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第四時間段。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括第三衰減器，將第三延遲單元延遲的信號衰減與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第三量；和第四衰減器，將第四延遲單元延遲的信號衰減與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第四量。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括第三濾波器，濾除由第三延遲單元延遲的信號的高頻帶以模擬由在虛擬收聽者頭部的衍射引起的高頻衰減；和第四濾波器，濾除由第四延遲單元延遲的信號的高頻帶以模擬由在虛擬收聽者頭部的衍射引起的高頻衰減。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括第一加法器，將由第四延遲單元延遲的信號加到由第一延遲單元延遲的信號上；和第二加法器，將由第三延遲單元延遲的信號加到由第二延遲單元延遲的信號上。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括第一濾波器，濾除第一加法器輸出的信號的高頻帶以模擬伴隨著從第一虛擬聲源到虛擬收聽者的左耳通過空氣傳播的聲波的高頻衰減；和第二濾波器，濾除第二加法器輸出的信號的高頻帶以模擬伴隨著從第二虛擬聲源到虛擬收聽者的右耳通過空氣傳播的聲波的高頻衰減。
18.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括第五延遲單元，將第一加法器輸出的信號延遲與第一虛擬聲源和第一反射面之間的距離以及第一反射面和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第五時間段；第三加法器，將由第五延遲單元延遲的信號加到第一輸入信號上；第六延遲單元，將第二加法器輸出的信號延遲與第二虛擬聲源和第二反射面之間的距離以及第二反射面和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第六時間段；和第四加法器，將第六延遲單元延遲的信號加到第二輸入信號上。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中第一延遲單元是具有傳遞函數(shù)為HLL(z)=Z-MLL]]>的延遲濾波器；第二延遲單元是具有傳遞函數(shù)為HRR(z)=Z-MRR]]>的延遲濾波器；第三延遲單元是具有傳遞函數(shù)為HLR(z)=Z-MLR]]>的延遲濾波器；第四延遲單元是具有傳遞函數(shù)為HRL(z)=Z-MRL]]>的延遲濾波器；第五延遲單元是具有傳遞函數(shù)為HLLS/LRS(z)=Z-MLLS/LRS]]>的延遲濾波器；和第六延遲單元是具有傳遞函數(shù)為HRRS/RLS(z)=Z-MRRS/RLS]]>的延遲濾波器。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述第一濾波器是低通濾波器；和所述第二濾波器是低通濾波器。
21.一種從第一輸入信號和第二輸入信號產(chǎn)生虛擬3D音響的設(shè)備，包括第一處理單元，處理第一輸入信號；第二處理單元，處理第二輸入信號；第三處理單元，處理將被加到處理的第二輸入信號上而作為第二最終信號的第一輸入信號；和第四處理單元，處理將被加到處理的第一輸入信號上而作為第一最終信號的第二輸入信號。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，第一最終信號對應(yīng)于用于左耳的第一頭戴耳機，第二最終信號對應(yīng)于用于右耳的第二頭戴耳機。
23.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，還包括第一加法器，將第三處理單元處理的第一輸入信號加到第二輸入信號上以產(chǎn)生第二最終信號；和第二加法器，將第四處理單元處理的第二輸入信號加到第一輸入信號上以產(chǎn)生第一最終信號。
24.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，還包括第五處理單元，處理第一最終信號以產(chǎn)生處理的第一最終信號；和第六處理單元，處理第二最終信號以產(chǎn)生處理的第二最終信號。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括混響聲產(chǎn)生器，處理由第五處理單元處理的第一最終信號以被加到所述第一最終信號上來產(chǎn)生左3D音響信號，并處理由第六處理單元處理的第二最終信號以被加到所述第二最終信號上來產(chǎn)生右3D音響信號。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，還包括第三加法器，將第五處理單元處理的第一最終信號加到第一輸入信號上；和第四加法器，將第六處理單元處理的第二最終信號加到第二輸入信號上。
27.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中第一處理單元通過將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的時間量并對延遲的第一輸入信號進(jìn)行衰減來處理第一輸入信號；第二處理單元通過將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的時間量并對延遲的第二輸入信號進(jìn)行衰減來處理第二輸入信號；第三處理單元通過將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的時間量并對延遲的第一輸入信號進(jìn)行衰減來處理第一輸入信號；和第四處理單元通過將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的時間量并對延遲的第二輸入信號進(jìn)行衰減來處理第二輸入信號。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中第五處理單元通過將第一最終信號延遲與第一虛擬聲源和第一反射面之間的距離以及第一反射面和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的時間量來處理第一最終信號；和第六處理單元通過將第二最終信號延遲與第二虛擬聲源和第二反射面之間的距離以及第二反射面和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的時間量來處理第二最終信號。
29.一種從第一輸入信號和第二輸入信號產(chǎn)生虛擬3D音響的方法，包括通過第一處理操作處理第一輸入信號；通過第二處理操作處理第二輸入信號；通過第三處理操作處理第一輸入信號；通過第四處理操作處理第二輸入信號；將第四處理操作處理的信號加到第一處理操作處理的信號上以產(chǎn)生第一最終信號；和將第三處理操作處理的信號加到第二處理操作處理的信號上以產(chǎn)生第二最終信號。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中第一處理操作將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一時間段并對延遲的第一輸入信號進(jìn)行衰減；第二處理操作將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二時間段并對延遲的第二輸入信號進(jìn)行衰減；第三處理操作將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第三時間段并對延遲的第一輸入信號進(jìn)行衰減；和第四處理操作將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第四時間段并對延遲的第二輸入信號進(jìn)行衰減。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括處理第一最終信號以產(chǎn)生處理的第一最終信號；和處理第二最終信號以產(chǎn)生處理的第二最終信號。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括處理根據(jù)第五處理操作處理的信號并將最新處理的信號加到第一最終信號上以產(chǎn)生左3D音響信號；和處理根據(jù)第六處理操作處理的信號并將最新處理的信號加到第二最終信號上以產(chǎn)生右3D音響信號。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述第五處理操作將所述第一最終信號延遲與第一虛擬聲源和第一反射面之間的距離以及第一反射面和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第五時間段；和所述第六處理操作將所述第二最終信號延遲與第二虛擬聲源和第二反射面之間的距離以及第二反射面和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第六時間段。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，由于相對于虛擬收聽者第一虛擬聲源和第二虛擬聲源的布置中的幾何非對稱性，所述第一時間段、第二時間段、第三時間段、第四時間段、第五時間段和第六時間段都彼此不同。
35.一種在其上記錄執(zhí)行從至少一個信號產(chǎn)生虛擬3D音響的方法的計算機程序的計算機可讀記錄介質(zhì)，所述方法包括將所述信號延遲與至少一個虛擬聲源和虛擬收聽者的左右耳之間的距離相應(yīng)的時間段。
36.一種在其上記錄執(zhí)行從第一輸入信號和第二輸入信號產(chǎn)生虛擬3D音響的方法的計算機程序的計算機可讀記錄介質(zhì)，所述方法包括將所述第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一時間段；和將所述第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二時間段。
37.一種在其上記錄執(zhí)行從第一輸入信號和第二輸入信號產(chǎn)生虛擬3D音響的方法的計算機程序的計算機可讀記錄介質(zhì)，包括通過第一處理操作處理第一輸入信號；通過第二處理操作處理第二輸入信號；通過第三處理操作處理第一輸入信號；通過第四處理操作處理第二輸入信號；將第四處理操作處理的信號加到第一處理操作處理的信號上以產(chǎn)生第一最終信號；和將第三處理操作處理的信號加到第二處理操作處理的信號上以產(chǎn)生第二最終信號。
全文摘要
一種虛擬3D音響產(chǎn)生設(shè)備和方法，所述設(shè)備和方法可被容易地應(yīng)用到比如頭戴耳機和耳機的便攜式裝置。所述方法包括將第一輸入信號延遲與第一虛擬聲源和虛擬收聽者的左耳之間的距離相應(yīng)的第一時間；將第二輸入信號延遲與第二虛擬聲源和虛擬收聽者的右耳之間的距離相應(yīng)的第二時間。因此，可使用最少數(shù)目的部件通過將信號延遲不同時間量來模擬實際收聽空間的幾何非對稱性來獲得最大虛擬3D音響效果。
文檔編號H04R5/00GK1780500SQ20051012601
公開日2006年5月31日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者高秉燮 申請人:三星電子株式會社