CN100566458C - 声信号处理方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于明确声像的定位，减小相位频率特性的干扰，即使是在扬声器的间隔狭窄时也能察觉出声像在扬声器外侧的明确定位。将从L-R信号取出了低频分量的信号与L+R信号相加，作为L侧差分信号增强信号；将从R-L信号取出了低频分量的信号与L+R信号相加作为R侧差分信号增强信号；使R侧差分信号增强信号延迟，除去低音区与高音区，以预定放大率放大的信号作串音消除用，从L侧差分信号增强信号减去，作为L侧输出信号；使L侧差分信号增强信号延迟，除去低音区与高音区，以预定放大率放大的信号作串音消除用，从R侧差分信号增强信号减去，作为R侧输出信号。

Description

声信号处理方法与装置
发明领域
本发明涉及通过输入L信号(左信号)与R信号(右信号)的双信道立体声信号，来放大两个扬声器的立体声像的技术，特别涉及到除增强L信号与R信号的差信号外，还通过增加短的延迟时间的串音消除处理，以使声像定位于两个扬声器外侧的声信号处理方法与装置。
背景技术
人们可听见的声频分布多半集中于300Hz-3.5KHz附近，而为了会话清晰，重要的声频为1KHz，波长是30cm。因此，假定声音是从头的左侧方向来到时，与左耳相比，由于右耳远离了约15cm，此声音便与左耳反相到达右耳，于是当同一声音从左侧与右侧到达时，收听者将感到声像是位于其前方。
但是，L-R信号相对于R信号会产生相变与音量差，人们因1KHz附近的L-R信号的声像定位于左180°范围内的左侧，而有声像来自正左侧之感。此外，由于R-L信号相对于L信号会产生相变与音量差，人们因1KHz附近的R-L信号的声像定位于右180°范围内的右侧，而有声像来自正右侧之感。
图2示明已有的环境立体声再生电路(例如参考特开2002-354595号公报)。从输入端31、32输入的立体声L信号与R信号，通过加法器生成L-R信号的L侧环绕立体声信号，将声音与回声中少量的高频分量为主的这一差分信号输入低通滤波器36，除去刺耳的信号分量，由运算放大器37调节对原来信号的加法量，由加法器38将L-R信号分量作为L侧环绕立体声信号加到原来的L信号上，再由加法器39将L-R信号分量反转，作为R侧环绕立体声信号加到原来的R信号上，于输出端42、43输出，实现环绕立体声效应。33、34、40、41为缓冲器。
如上所述，通过除去由人耳增强的方向感易判别的声信号分量，增强难以识别方向感的频带的混响与反射声，混合L信号与R信号，增强相变与音量差，取得了环绕立体声效果。
但在已有技术的环绕立体声的再生电路中。由于增强了L-R的差分信号分量，进入一个耳中的声信号不仅是来自一个扬声器的信号，而是从两个扬声器发出的信号的相加结果，由于在耳中的相位频率特性中产生了扰动，虽有扩展感，但存在着音像定位不明确的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供使声像定位明确、相位频率特性的干扰小、即使在扬声器的间隔狭窄时，也能于扬声器外侧，以确定的位置清楚地察觉到声像的声信号处理方法与装置。
技术方案1的发明的声信号处理方法，其特征在于：对将R侧输入信号以预定的放大率放大了的信号从L侧输入信号减去再取出其低频分量的信号进行放大而得到的信号，同将上述R侧输入信号以预定的放大率放大了的信号加到上述L侧输入信号上的信号相加，作为L侧差分信号增强信号；对将上述L侧输入信号以预定的放大率放大的信号从上述R侧输入信号减去再取出其低频分量的信号进行放大而得到的信号，同将上述L侧输入信号以预定放大率放大的信号加到上述R侧输入信号上的信号相加，作为R侧差分信号增强信号；使上述R侧差分信号增强信号延迟，除去低音频频段与高音频频段，将以预定放大率放大的信号作串音消除用，从上述L侧差分信号增强信号减去，作为L侧输出信号；使上述L侧差分信号增强信号延迟，除去低音频频段与高音频频段，将以预定放大率放大的信号作串音消除用，从上述R侧差分信号强调信号减去，作为R侧输出信号。
技术方案2的发明的声信号处理装置，它是具有差分信号增强部与串音消除部的处理装置，其特征在于，上述差分信号增强部具有：将L侧输入信号以预定放大率放大的第一放大器；将R侧输入信号以预定放大率放大的第二放大器；从上述L侧输入信号减去上述第二放大器输出信号的第一减法器；从上述R侧输入信号减去上述第一放大器的输出信号的第二减法器；与上述第一减法器输出侧连接的第一低通滤波器；与上述第二减法器输出侧连接的第二低通滤波器；将上述L侧输入信号以预定放大率放大的第三放大器；将上述R侧输入信号以预定放大率放大的第四放大器；将上述第一低通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第五放大器；将上述第二低通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第六放大器；将上述L侧输入信号与上述第四放大器的输出信号相加的第一加法器；将上述R侧输入信号与上述第三放大器的输出信号相加的第二加法器；将上述第一加法器的输出信号与上述第五放大器的输出信号相加的第三加法器，将上述第二加法器的输出信号与上述第六放大器的输出信号相加的第四加法器，而上述串音消除部则具有：使上述第三加热器的输出信号延迟的第一延迟电路；使上述第四加法器的输出信号延迟的第二延迟电路；与上述第一延迟电路输出侧连接的第一带通滤波器；与上述第二延迟电路输出侧连接的第二带通滤波器；使上述第一带通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第七放大器；使上述第二带通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第八放大器；从上述第三加法器的输出信号减去上述第八放大器的输出信号的第三减法器；从上述第四加法器的输出信号减去上述第七放大器的输出信号的第四减法器。
技术方案3的发明是使技术方案2所述的声信号处理装置具有下述特征：上述第一与第二放大器的增益为0.75～1；上述第三与第四放大器的增益为0～0.5；上述第五与第六放大器的增益为0～2.0；上述第七与第八放大器的增益为0～0.5；上述第一与第二延迟电路的延迟时间为大于0且0.1ms以下；上述第一与第二低通滤波器的截止频率为7KHz～11KHz；上述第一与第二带通滤波器在低频侧的截止频率为100Hz～300Hz；在高频侧的截止频率为7KHz～11KHz。
附图说明
图1是本发明一实施例的声信号处理装置的电路图。
图2是以往的声信号处理装置的电路图。
具体实施方式
本发明中，首先于差分信号增强部中分别生成：基于L信号与R信号的差分信号分量的L-R信号的L侧差分信号增强信号(将L-R的差分信号加到L侧信号上的信号)，以及基于R信号与L信号的差分信号分量的R-L信号的R侧差分信号增强信号(将R-L的差分信号加到R侧信号上的信号)。
在此差分信号增强部中，生成L-R信号时为使R信号的增益能在0.75～1.0范围改变，通过将R信号分量设定为L≥R的增益。即使将L信号与R信号的合成信号用作增强分量，也能使声像的定位明确。此外，对于R-L信号，在生成R-L信号时，为使L信号的增益能在0.75～1.0范围内变化，通过将R信号分量设定为L≤R的增益，与L-R信号相同，即使将合成信号用作增强分量，也能明确声像的定位。L-R信号与R-L信号基本上是回声等高频分量，很少包括声音分量。
此外，在L-R信号与R-L信号的高频分量中包含有可作为刺耳声音识别的信号分量，于是由低通滤波器将其除去。为了使低通滤波器的输出信号的增益能在0～2.0范围内变化，可以改变所加的增强分量的大小。这种低通滤波器的截止频率最好为约7KHz～约11KHz。
再有，生成L信号与R信号的和信号L+R信号与R+L信号。由于在L-R信号与R-L信号的增强分量中几乎不含声音分量，出于防止将此增强分量加到原始信号上时发生声音跳越，通过使生成L+R信号时将R信号的增益于0～0.5的范围内变化，可得到L＞R的增益，而在生成R+L信号时使L信号的增益于0～0.5范围内变化，可得到L＜R的增益。
通过将上述防止声音跳越用的L+R信号与R+L信号同差分信号增强用的L-R与R-L信号相加，生成了L侧差分信号增强信号与R侧差分信号增强信号，于是就能明确声像的定位。根据以上所述，在增强输入信号的同时能够明确声像的定位。
在串音消除部中，将L-R信号与L+R信号相加所得的L侧差分信号增强信号作为串音消除部的L侧输入信号，而将R-L信号与R+L信号相加所得的R侧差分信号增强信号作为串音消除部的R侧输入信号。
通过使R侧差分信号增强信号具有0.1ms以下(但不是0)短的延时致相位错位，使此信号通过以防止L信号侧高频侧衰减为目的的低通滤波器和以防止L信号侧的低频侧衰减为目的的高通滤波器(亦即通过带通滤波器)，进行此信号分量的校正，将此信号反转，作为倒相分量加到L侧输入信号上，除去扬声器的输出(音场)中发生的到R侧的串音分量。
同样，通过使L侧差分信号增强信号具有0.1ms以下(但不是0)短的延时致相位错位，使此信号通过以防止R信号侧高频侧衰减为目的的低通滤波器和以防止R信号侧的低频侧衰减为目的高通滤波器(亦即通过带通滤波器)，进行此信号分量的校正，将此信号反转，作为倒相分量加到R侧输入信号上，除去扬声器的输出(音场)中发生的到L侧的串音分量。减小相位频率特性的干扰。
如上所述，通过使延时取0.1ms以下的短时间，即使是在扬声器的间隔狭时，也能获得显著的效果。此外，延时在0.1ms以下的信号，当其增益超过0.5时，由于声像定位于头部之中，信号的增益将在0～0.5的范围。
这样，由差分信号增强部增强输入信号，明确声像定位，此外，通过串音消除部减小了其相位频率特性的干扰，且能清楚地觉察出声像定位于两个扬声器的外侧。
图1示明本发明一实施例，1为L信号输入端，2为R信号输入端，3与4为放大率是0.75～1的运算放大器，5与6为减法器，7与10为截止频率是约7KHz～约11KHz的低通滤波器，8与9为放大率是0～0.5的运算放大器，11与14为放大率是0～2.0的运算放大器，15与16为加法器，由它们构成差分信号增强部29。
此外，17与18是延时大致在0.1ms以下(但不是0)的延时电路，19与20为截止频率是约7KHz～约11KHz的低通滤波器，21与22为截止频率是约100Hz～约300Hz的高通滤波器，23与24为放大率是0～0.5的运算放大器，25与26为减法器，27为L信号输出端而28为R信号输出端，由它们构成了串音消除部30。低通滤波器19与高通滤波器21、低通滤波器20与高通滤波器22则分别构成带通滤波器。
将来自L信号输入端1的信号以及由运算放大器按0.75～1.0的范围改变了增益的来自R信号输入端的信号经减法器5相减，减法器5的输出信号L-R信号则输入低通滤波器7，除去刺耳的高频分量，由运算放大器改变此输出信号的增益，再将来自L信号输入端的信号与由运算放大器9依0 0.5范围变更了增益的来自R信号输入端的信号经加法器12相加，将加法器12的输出信号与运算放大器11的输出信号通过加法器15相加的信号，作为差分信号增强部29的L侧差分信号增强信号，亦即串音消除部30的L侧输入信号。
来自R信号输入端的信号与由运算放大器依0.75～1.0范围变更了增益的来自L信号输入端的信号经减法器6相减，减法器6的输出信号R-L信号输入低通滤波器10，除去刺耳的高频分量，由运算放大器14变更此输出信号的增益，再将来自R信号输入端2的信号与由运算放大器8依0～0.5的范围变更了增益的来自L信号输入端1的信号通过加法器相加，将加法器13的输出信号与运算放大器14的输出信号经加法器16加和的信号，作为差分信号增强部29的R侧的差分信号增强信号，即串音消除部30的R侧输入信号。
然后将加法器15的输出信号作为延迟电路17的输入，让延迟电路17的输出信号输入低通滤波器19，以其输出信号输入高通滤波器21，由运算放大器23改变此输出信号的增益，并从加法器15的输出信号与减法器25减去，以此输出信号作为L侧输出端子27的输出信号。
根据本发明，将L+R信号上加上衰减了高频分量的L-R信号而增强了的L-R信号的L侧差分信号增强信号，以及于R+L信号上加上衰减了高频分量的R-L信号而增强了R-L信号的R侧差分信号增强信号，分别独立生成，由此可以明确声像的定位。
此外，将R侧差分信号增强信号延迟并除去了低频与高频的信号从L侧差分信号增强信号减去，于是由L侧扬声器从R侧扬声器消除了串音分量。再有，将L侧差分信号增强信号延迟并除去了低频与高频的信号从R侧差分信号增强信号减去，于是由R侧扬声器从L侧扬声器消除了串音分量。这样便能减小相位频率特性的干扰，此外也可清楚地探测到声像在两个扬声器外侧的定位。还由于能以简单的结构获得上述效果，因而本发明可以较少的处理量实现。

Claims (3)

1.一种声信号处理方法，其特征在于：
对将R侧输入信号以预定的放大率放大了的信号从L侧输入信号减去再取出其低频分量的信号进行放大而得到的信号，同将上述R侧输入信号以预定的放大率放大了的信号加到上述L侧输入信号上的信号相加，作为L侧差分信号增强信号；
对将上述L侧输入信号以预定的放大率放大的信号从上述R侧输入信号减去再取出其低频分量的信号进行放大而得到的信号，同将上述L侧输入信号以预定放大率放大的信号加到上述R侧输入信号上的信号相加，作为R侧差分信号增强信号；
使上述R侧差分信号增强信号延迟，除去低音频频段与高音频频段，将以预定放大率放大的信号作串音消除用，从上述L侧差分信号增强信号减去，作为L侧输出信号；
使上述L侧差分信号增强信号延迟，除去低音频频段与高音频频段，将以预定放大率放大的信号作串音消除用，从上述R侧差分信号强调信号减去，作为R侧输出信号。
2.一种声信号处理装置，它具有差分信号增强部与串音消除部，其特征在于，
上述差分信号增强部具有：将L侧输入信号以预定放大率放大的第一放大器；将R侧输入信号以预定放大率放大的第二放大器；从上述L侧输入信号减去上述第二放大器输出信号的第一减法器；从上述R侧输入信号减去上述第一放大器的输出信号的第二减法器；与上述第一减法器输出侧连接的第一低通滤波器；与上述第二减法器输出侧连接的第二低通滤波器；将上述L侧输入信号以预定放大率放大的第三放大器；将上述R侧输入信号以预定放大率放大的第四放大器；将上述第一低通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第五放大器；将上述第二低通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第六放大器；将上述L侧输入信号与上述第四放大器的输出信号相加的第一加法器；将上述R侧输入信号与上述第三放大器的输出信号相加的第二加法器；将上述第一加法器的输出信号与上述第五放大器的输出信号相加的第三加法器，将上述第二加法器的输出信号与上述第六放大器的输出信号相加的第四加法器，
上述串音消除部具有：使上述第三加法器的输出信号延迟的第一延迟电路；使上述第四加法器的输出信号延迟的第二延迟电路；与上述第一延迟电路输出侧连接的第一带通滤波器；与上述第二延迟电路输出侧连接的第二带通滤波器；使上述第一带通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第七放大器；使上述第二带通滤波器的输出信号以预定放大率放大的第八放大器；从上述第三加法器的输出信号减去上述第八放大器的输出信号的第三减法器；从上述第四加法器的输出信号减去上述第七放大器的输出信号的第四减法器。
3.根据权利要求2所述的声信号处理装置，其特征在于：上述第一与第二放大器的增益为0.75～1；上述第三与第四放大器的增益为0～0.5；上述第五与第六放大器的增益为0～2.0；上述第七与第八放大器的增益为0～0.5；上述第一与第二延迟电路的延迟时间为大于0且0.1ms以下；上述第一与第二低通滤波器的截止频率为7KHz～11KHz；上述第一与第二带通滤波器在低频侧的截止频率为100Hz～300Hz；在高频侧的截止频率为7KHz～11KHz。
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