專利名稱：用于相對收聽者平緩轉換聲方位的裝置的制作方法
一般說來，本發(fā)明涉及對由耳機再現(xiàn)出的聲信號進行定位的聲象點的處理，更具體地說，本發(fā)明涉及用于隨動處理視在聲方位的裝置，以使其在隨動處理過程中，聲音就象是在相對于收聽者平緩轉變而移動。
盡管已有了大量的設計方案可用于在用兩個或多個揚聲器進行放音時的聲象點的定位，但只是到了最近，才有可供耳機使用的聲象點定位技術問世。從人類的聽覺機能來看，還需要有可供耳機再生放音用的、不同類型的聲處理技術。
一項可在耳機再生放音時實施精確聲象點位置確定的技術已披露在1993年6月1日遞交的第08/069870號美國專利申請中，且這一申請已轉讓給本申請的受讓人。上述申請中的技術已為本申請參考采用。在上述申請中，系統(tǒng)具有前側和后側聲位置濾波器，它可利用前側濾波器進行從左到右180°的隨動處理，然后用后側濾波器進行從右至左180°的隨動處理。為調節(jié)視在聲源的范圍和方位，需在濾波器的輸入端和/或輸出端處設置許多的標量器。因此需要大置的電路部件和較大的濾波器功率，才能利用前側和后側濾波器，這一對用于左、右耳的濾波器，進行真正的聲象點位置定位和聲象點方位的移動。而且在這一前述系統(tǒng)中，當聲位置相對于收聽者沿不同的方位角方位步進時，聲音中還含有一定的不平滑性。這種聲位置的非平緩變化有時會被聽到，并使人感到煩噪。因此，上述系統(tǒng)并沒有能在不同的聲源位置間實現(xiàn)平緩的淡變。
因此，人們確實需要有一個可供耳機使用的聲定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)應能在視在聲方位相對于收聽者隨動變化時，確保不同方位間的平緩變化。而且，可減少部件的數(shù)目并可繼續(xù)確?？蛇M行隨機處理多通道或稱聲道的能力的系統(tǒng)，則更是人們所需要的。
因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于處理耳機再現(xiàn)放聲的聲信號的裝置，它可以使視在聲方位相對于耳機收聽者平緩地隨動變化過較大的方位，且不需要大量的電路部件來實現(xiàn)這一結果。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用耳機再現(xiàn)聲信號的裝置，它除了前側、后側濾波器外，還設置有側面濾波器，從而能更精確地確定視聲源相對于耳機收聽者的方位。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用耳機再現(xiàn)聲信號的裝置，它設置有可和大量的聲定位器協(xié)同運作的通用濾波器系統(tǒng)，這些聲定位器與輸入耳機再現(xiàn)放音系統(tǒng)的不同聲道和通道相對應。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可設置有呈立體聲延遲線形狀的、與各早期反射濾波器相連接的、用于生成不同的方位角方位或稱聲象點位置的濾波器網絡，從而可以與大量的、分別與不同的聲道或稱聲輸入通道相對應的聲定位器配合使用。
本發(fā)明的另一個方面，是配置了大量的聲定位器，其中的每一個均只包含有標量器、倍增器和延遲線，而不包含有濾波器，從而使得聲位置濾波器系統(tǒng)，可以被視為是與多個用于輸入的聲定位器相對應的通用濾波器系統(tǒng)。
本發(fā)明的上述的和其它的目的、特征和優(yōu)點，可通過下面詳細描述的，與附圖相關聯(lián)的示意性實施例得到更好的理解，附圖中的相同的參考標號代表著相同或相似的部件。


圖1是一幅示意性說明圖，它示出了收聽者與聲源的相對關系，且聲源可以位于不同的位置處。
圖2以框圖形式示意性表示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構造的一種耳機再現(xiàn)處理系統(tǒng)的。
圖3示出了可被利用在由圖2所示的實施例中的一個定位器的示意性說明圖。
圖4為可以耦合在由圖2所示的實施例中的一個立體聲延遲線的示意圖。
本發(fā)明涉及到隨動處理技術，采用這種技術可以使視在聲位置相對于正在用耳機收聽該再現(xiàn)出的聲信號的人移動。本發(fā)明提供了一種可以使視在聲源位置位于環(huán)繞著收聽者的一個圓圈上的任意點并可以依次通過這些點進行隨動處理的系統(tǒng)。在圖1中，收聽者由標號10表示，并假設該收聽者正在用耳機收聽再現(xiàn)信號且為一標準的立體聲節(jié)目，那么該收聽者10會查覺到位于點12處的典型的聲源，即位于他正前方的聲源。在本實施例中，表示可能的視在聲位置的圓圈被人為地分成120個部分，令原零位置位于收聽者的左側，并繞收聽者順時針方向遞增，以便使位置30位于正前方，位置90位于正后方，且位置0或119和60分別位于收聽者10的兩側。環(huán)繞著收聽者的這個圓圈可以被分成分別相應于前側14、后側16、左側18和右側20的四個四分之一圓。這些四分之一圓和通常用于聲源定位的過濾器有關。
在下述的本發(fā)明中，可使聲源12的視在位置相對于耳機收聽者10移動，而且本發(fā)明的一個特征就在于在相應的四分之一圓之間提供了平緩過濾或淡變。在前側四分之一圓14和右側四分之一圓18之間的這種過渡區(qū)域，已由交叉陰影線部分22示出。當然，應該理解，將環(huán)繞著收聽者的圓周劃分為其數(shù)目不等于120的若干部分，以及將其分割成多于四個四分之一圓部分的更多個部分的技術，亦包括在本發(fā)明中。而且，相對于收聽者10的徑向距離代表著所謂的有效距離，即由收聽者10到該視聲方位上的距離。圖2示出了表示視在聲源位置位于圖1中的120個方位位置中任一個時的一個實施例，其中的每一個均具有許多個可能的位于有效距離范圍之內的位置。
在由上述的，作為本申請參考文獻的專利申請所描述的系統(tǒng)中，設置有前側和后側濾波器，每一個負責180度范圍的聲方位。而另一方面在本發(fā)明中，設置了用于前側、后側和左右兩側的濾波器，因此可以對聲源方位進行更準確地定位。若舉例來說，方位角位置濾波器32可用于前側四分之一圓聲源位置，而另一第二方位角位置濾波器34可用于后側聲源位置。盡管在圖1中示出了兩個側面的四分之一圓，但可僅為它們設置單一的一個方位角位置濾波器36。由于據(jù)信人類的左、右耳的聽力彼此類似，所以在本發(fā)明的一個低成本系統(tǒng)中，可僅對一側設置一單側位置過濾器，并用反轉方式獲得另一側的信號。
在由上述的專利申請所描述的系統(tǒng)中，存在有，比如說大量的定標器和類似物，它們被加入在系統(tǒng)中并被布置在隨后的各種位置濾波器中。而在本發(fā)明中，僅設置了一個通用濾波器系統(tǒng)，后者可以調節(jié)適應響應每一通道或聲道的大量的定位器。例如，一第一定位器38可將信號沿標號40所示的六根線，送入方位角位置濾波器32、34、36。這六根線輸出著用于前側、后側和兩側位置的左側和右側信號。定位器38的細部和如何由一個單一輸入信號獲得若干輸出信號的方法，將參照圖3進行說明。但值得注意的是，由這六根線40輸出的信號是所謂的非有效距離已定信號，即該信號僅相應于真實的聲方位，而忽略了由收聽者至視在聲源的距離。在另一方面，定位器38還可以在由標號42所示的六根附加信號線上產生所謂的有效距離已定信號，這也將參照圖3進行說明。這六根線輸出著用于前側、后側和兩側位置的左、右信號，并供給至與早期反射濾波器有關的各單元。
正如上述的尚未授權的專利申請中所述，由房間內任何聲源所產生的、可使到收聽者耳朵里的典型的聲波信號，由三部分組成。即直接聲波部分，它相應于上述的非有效距離已定信號，早期反射部分，它是由在到達收聽者耳朵之前已經過了墻壁、天花板、地面反射后的大量信號構成的，以及被稱為混響的第三部分，它是聲音在最終消失之前在房間內來回反射的多次反射聲波。因此，所謂的早期反射濾波器提供了有關由收聽者至聲源間距離的主要信息。
前側早期反射濾波器配置在點44處，后側早期反射濾波器配置在點46處，側面早期反射濾波器配置在點48處。因此，前側早期反射濾波器44接收定位器38的前側左、右信號，后側早期濾波器46接收定位器38的后側左、右信號，而側面早期反射濾波器48接收定位器38的側面左、右信號。這再次說到并非必須提供左側和右側信號處理，因為信號的反轉將把左側變換至右側。這些早期反射濾波器44、46、48可用配置兩根延遲線的方式加以完善，這兩根延遲線均具有自己的輸入信號，從而使其形成所謂的立體聲濾波器。這種立體聲濾波器的運行如圖4所示，并將在下面給予說明。
如上所述，由聲源發(fā)出的、傳到位于室內的收聽者的聲音據(jù)信可分成三個部分。第三部分為混響部分，它隨聲音的消失而迅速減弱，該部分包含一定的有效距離信息，所以需用加法器50、52分別疊加由用標號42示出的左、右輸出線輸出的信號，以形成疊加后的左、右有效距離已定信號。線54輸出左有效距離范圍信號而線56輸出右有效距離已定信號，這些信號被送入偽隨機序列產生器58，以產生相應于多重早期反射的偽序列，就好象它們是由屋內的不同表面反射回來的那樣。類似的，線54、56上的這些信號還被送入混響單元62，以形成標準類型的混響過程，后者相應于一般時間之后由房間的各壁傳到收聽者的減弱了的聲脈沖。
用信號加法器64疊加由前側過濾器44、后側過濾器46、側面過濾器48、偽隨機二進制序列產生器58以及混響產生器62輸出的各自的左信號，并用信號加法器66疊加各自的右信號。由加法器64疊加后的輸出信號送入信號疊加器68，并由后者的另一輸入端接收由定位器38沿線70輸出的非有效距離已定的側面信號。信號加法器68輸出的信號送入側面方向角位置濾波器36。類似的，疊加后的右側輸出信號送入信號加法器74，且它的另一輸入端接收由定位器38沿線72輸出的右側的非有效距離已定信號。然后將信號加法器74的輸出信號作為右側信息送入至方位角位置濾波器36。
由此可見，利用這個通用濾波器系統(tǒng)，即可以對由一個定位器38產生的、聲信號的已知會出現(xiàn)的三個部分進行適當?shù)臑V波。然后對真實的左、右輸出信號分別疊加以產生供給耳機的輸出信號。更具體地說就是，用信號加法器76疊加由位置濾波器32、34、36輸出的左信號，用加法器78疊加其右信號，由此產生分別供給耳機兩側的左、右輸出信號。
如上所述，本發(fā)明一般僅設置某種通用濾波器系統(tǒng)，便可以具有大量的供聲位置處理使用的通道或稱聲道。這些通道或稱聲道可相應于，比如說由聲音合成器所生成的聲道的數(shù)量。因此，一第二定位器80將提供與第一定位器38所提供的信號40相對應的六個輸出信號82，并與方位角位置濾波器32、34、36相連接。為簡單起見，并未在圖上示出這種真實的連接。類似的，定位器80還將沿線84提供與由標號42所示的八個有效距離已定信號相對應的六個有效距離已定輸出信號，并將與濾波器44至48偽隨機二進制序列產生器58和混響單元62相連接。為簡單起見，并未在圖上示出這種真實的連接。而且，本發(fā)明還可以包括任意數(shù)目的、由定位器86為代表的定位器，后者亦具有由標號56、92所示的兩組輸出信號。
圖3更詳細地示出了這類定位器38、80或86中的一個。具體地講就是，在點100處輸入一個信號，將其分割以形成諸如圖2中標號40所示的非有效距離已定信號和諸如圖2中標號42所示的有效距離已定信號。正如圖2所示，所謂的定位器產生出六組立體聲輸出信號組。分別為前側、后側、側面的左、右非有效距離已定信號，以及分別為前側、后側、側面的左、右有效距離已定信號。在圖3所示的實施例中，由點100輸入的信號通過定示器102供給至延遲線路104，以分離成左、右通道的輸入信號。這可以通過在延遲線路中選擇不同的電流輸出以產生左、右信號的方式實施。將左信號輸出電流沿線106供給至前側、后側、側面定標器，類似的，將右信號沿線108供給至三個相應的定標器。具體地說就是，左前側定標器110、左后側定標器112和左側面定標器114接收由線106供給的左信號，并將相應的已定標后的信號分別供給至可變定標器116、118、120。各可變定標器的輸出由標號122示出的三根上的信號表示。類似的，線108上的右非有效距離已定信號供給至定標器124、126、128，其輸出分別送入可變定標器130、132、134。這樣，三個右非有效距離已定信號將供給至由標號136示出的三根線上。應該注意的是，線122和136上的信號代表著三對非有效距離已定的立體聲信號，如圖2中標號40所示。
可用下述方式實施聲象點相對于非有效距離已定信號的隨動處理或稱移動，即隨由延遲緩沖器輸出電流產生的左一右差，一并調節(jié)可變定位器116、118、120、130、132和134，以控制供給至各方位角位置濾波器32、34、36的輸入信號的量。這樣，每一通道或稱聲道可相對于其它任何輸入通道獨立地隨動攝制。
正如所述，可將有效距離已定的信號送入早期反射濾波器，故它可通過信號定標器138供給至前側左定標器140、前側右定標器142、后側左定標器144、后側右定標器146、側面左定標器148和側面左定標器150。這六個定標器的輸出分別送入可變定標器152、154、156、158、160、162。通過調節(jié)可變定標器152至162，可以實現(xiàn)非有效距離已定信號相對于前側、后側和側面的隨動攝制或稱移動。因此，由這些可變的定標器沿線164、166、168輸出的有效距離已定的信號，相應于圖2中由定位器38輸出的、由標號42示出的有效距離已定信號。
圖4功能性地示出了一個諸如圖2中標號44、46、48所示的早期反射濾波器，它可以用起濾波器作用的延遲線構成最佳結構。因此在圖4中，所示出的左、右濾波器可以是，事實上也就是一個十六中間分抽頭延遲線，即正運行峰值為同相，負運行峰值為反相。這種同相、反相峰值是自然產生的。因此，可根據(jù)正、負運行峰值是否適當，來由延遲線的十六分抽頭中選擇出濾波器的輸出。
因此如圖2所示，只要采用并不包括任何復雜的濾波器結構而僅由定標器和延遲線簡單構成的特定結構的定位器，即可實現(xiàn)隨動處理，這些定位器的構成相對便宜，并且均可用來構成通用濾波器系統(tǒng)。通過對定位器中的各定標器的控制，即可實現(xiàn)適當?shù)碾S動處理。而且，可對系統(tǒng)的每一通道或稱聲道配置各自的定位器。
上面的描述是基于本發(fā)明的一個最佳實施例進行的，但是顯然，本領域技術人員可在不脫離本發(fā)明的主題和范圍的條件下得到多種變型和改型，這些已由下述的權利要求限定。
權利要求
1.用于相對于使用耳機的收聽者定位聲源視在方位的裝置，它包括用于由輸入信號產生若干個有效距離已定信號和非有效距離已定信號的定位器組件，所述定位器組件包括有若干個其值可相應于輸入的若干隨動處理信號進行調節(jié)從而生成所述的若干輸出信號的若干個可變信號定標器，第一聲定位濾波器組件，用于接收由所述定位器組件輸出的非有效距離已定信號，并產生具有位于收聽者頭部外側的、由相應的所述隨動變化信號中選出的視在聲源方位的左、右輸出信號，第二聲定位濾波器組件，用于接收由所述定位器組件輸出的有效距離已定信號并產生具有位于收聽者頭部外側的、由相應的所述隨動變化信號中選出的視在聲源方位的左、右輸出信號，用于將所述第一和第二聲定位濾波器組件輸出的左、右信號分別組合以產生分別供給耳機的左、右傳感器的左、右信號的組件。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述定位器組件包括若干個定位器，其中每一個均接受一特定的、不同的輸入信號，并生成出各自的若干個有效距離已定輸出信號和非有效距離已定輸出信號，所述若干個非有效距離已定輸出信號供給至所述第一聲定位濾波器組件，而所述若干個有效距離已定輸出信號供給至所述第二聲定位濾波器組件。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一聲定位濾波器組件包括分別用于確定視聲源相對于收聽者前側方位的方位前側方位角濾波器、后側方位角濾波器和側面方位角濾波器，且所述定標器組件包括左前側、后側、側面可變定標器和右前側、后側、側面可變定標器，以產生分別供給至所述前側方位角濾波器、所述后側方位角濾波器和所述側面方位角濾波器的所述的非有效距離已定信號。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于所述定位器組件還包括有用于接收所述輸入信號的延遲線，它用于在第一中間分抽頭處產生供給左前側、后側、側面可變定標器的左輸出信號，并在第二中間分抽頭處產生供給右前側、后側、側面可變定標器的右輸出信號。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述定位器組件還包括有第二左前側、后側、側面可變定標器和第二右前側、后側、側面可變定標器，它們用于接收所述的輸入信號并產生供給所述第二聲定位濾波器組件的各自的有效距離已定輸出信號。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述第二聲定位濾波器組件包括前側、后側和側面早期反射濾波器，它們用于分別接收由所述左前側、后側、側面可變定標器和所述右前面、后面、側面可變定標器輸出的所述有效距離已定輸出信號。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于由所述定標器組件輸出的有效距離已定輸出信號，加上已接收到的、與位于收聽者頭部外側的視在聲源方位有關的距離測距修正信號。
8.用于使聲源的視在方向相對于耳機使用者有選擇的角定位以再現(xiàn)出與由聲源發(fā)生的聲音相對應的信號的裝置，它包括前側、后側、側面聲方位角位置濾波器，其中每一個均用于生成分別供給至耳機傳感器的左、右輸出信號，并給出位于收聽者頭部外側的、與所輸入的左、右信號的信號電平相對應的選定后的視聲源位置，前側、后側、側面早期反射聲位置濾波器，其中每一個均用于生成分別供給至耳機傳感器的左、右輸出信號，并給出位于收聽者頭部外側的、與所輸入的左、右信號的信號電平相對應的選定后的視聲源位置信號，聲定位器組件，用于接收與由聲源發(fā)出的聲音相對應的輸入信號并供給至若干個可變定標器，后者還接收用于調節(jié)由所述可變定標器輸出的信號電平的調節(jié)信號，由所述可變定標器輸出的信號分別供給至所述的前側、后側、側面聲方位角位置濾波器和所述的前側、后側、側面早期反射濾波器。
9.用于定位確定聲源相對于使用直接與收聽者耳朵相接的傳感器的收聽者的視在方位的裝置，它包括接收聲輸出信號并生成若干個有效距離已定輸出信號和非有效距離已定輸出信號的聲定位器，所述的聲定位置包括若干個可變信號定標器，后者的值可相對于相應的輸入信號隨動變化進行調節(jié)，以生成所述的若干個輸出信號，第一濾波器組件，用于從所述的聲定位器接收所述的非有效距離已定輸出信號，并生成具有位于收聽者頭部外側的、由相應的隨動變化信號選擇出的視聲源方位的左、右輸出信號，第二濾波器組件，用于從所述聲定位器接收所述的有效距離已定輸出信號，并生成具有位于收聽者頭部外側的、由相應的隨動變化信號選擇出的視聲源方位的左、右輸出信號，用于對由第一和第二濾波器組件輸出的左、右輸出信號分別進行組合并生成分別供給至所述傳感器中之一的左、右信號的組件。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于所述定位器組件包括若干個定位器，其中每一個均接收一特定的、不同的輸入信號，并生成出各自的若干個有效距離已定輸出信號和非有效距離已定輸出信號，所述若干個非有效作用范圍輸出信號供給至所述第一濾波器組件，而所述若干個有效距離已定輸出信號供給至所述第二濾波器組件
11.如權利要求9所述的裝置，其特征在于所述第一濾波器組件包括分別用于確定視在聲源相對于收聽者前側方位的方位的前側方位角濾波器，后側方位角濾波器和側面方位角濾波器，且所述定標器組件包括左前側、后側、側面可變定標器的右前側、后側、側面可變定標器，以生成分別供給至所述前側方位角濾波器、所述后側方位器濾波器和所述側面方位角濾波器的所述的非有效距離已定信號。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于所述聲定位器還包括有用于接收所述聲輸入信號的延遲線，它用于在第一中間分抽頭處產生供給至左前側、后側、側面可變定標器的左輸出信號，并在第二中間分壓抽頭處產生供給至右前側、后側、側面可變定標器的右輸出信號。
13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于所述聲定位器還包括有第二左前側、后側、側面可變定標器和第二右前側、后側、側面可變定標器，它們用于接收所述的輸入信號并生成供給至所述第二濾波器組件的各自的有效距離已定輸出信號。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于所述第二濾波器組件包括有前側、后側和側面早期反射濾波器，它們用于分別接收所述左前側、后側、側面可變定標器和所述右前側、后側、側面可變定標器的所述有效距離已定輸出信號。
15.如權利要求9所述的裝置，其特征在于所述聲定標器的所述有效距離已定輸出信號，加上已接收到的、與位于收聽者頭部外側的視在聲源方位有關的距離測定修正信號。
16.用于使聲源視在方向相對于使用緊靠在耳朵附近的傳感器的收聽者有選擇地再定位以再生出與由聲源發(fā)生的聲音相對應的信號的裝置，它包括前側、后側、側面聲方位角位置濾波器，其中每一個均用于生成分別供給至傳感器之一的左、右輸出信號，并給出位于收聽者頭部外側的、與所輸入的左、右信號的信號電平相對應的選定后的視在聲源位置信號，聲定位器組件，用于接收與由聲源發(fā)出的聲音相對應的輸入信號并供給至若干個可變定標器，后者還接收用于調節(jié)由所述可變定標器輸出的信號電平的調節(jié)信號，由所述可變定標器輸出的信號分別供給至所述的前側、后側、側面聲方位角位置濾波器和所述的前側、后側、側面早期反射濾波器。
全文摘要
一種可與耳機一并使用的、可進行聲象點定位的系統(tǒng)，它可以將聲象點精確地定位在環(huán)繞著收聽者的一組點中的任一個點處，并可以在隨動變化過程中當視在聲源相對于收聽者移動時，平緩地將聲源位置由一點變到另一點。它為每一通道配置有各自的、僅包含有定標器或延遲線的聲定位器，從而可以利用具有大量的聲道或稱輸入通道的同一個聲方位濾波器。
文檔編號H04R1/00GK1114817SQ9510294
公開日1996年1月10日 申請日期1995年2月4日 優(yōu)先權日1995年2月4日
發(fā)明者D·D·羅, S·威廉斯, T·卡希昂 申請人:求桑德實驗室公司