CN101032186A - 用录音来产生幻像三维声音空间的方法及装置 - Google Patents

Abstract

中心扬声器(10)和个人头戴式耳机扬声器(12，14)用来为每个收听者(18)产生三维的幻像声音空间。所述头戴式耳机的所述扬声器(12，14)邻近所述收听者(18)的耳朵，但没有隔离，以便允许外部声音冲击到所述耳朵的耳廓上。所述头戴式耳机扬声器(12，14)与作为顶点的所述中心扬声器(10)形成等腰三角形(见图2)。这种带有个人控制器(16)的扬声器配置可以获得幻像三维声音空间的声音平衡状态。声音信号可以与视频信号进行同步，并且根据在所显示的视频图像中所表现的观察位置的变化，调节所述左右扬声器(12，14)的声压级以控制所述收听者对声音空间内的幻像声源图像的虚拟运动的感觉。

Description

用录音来产生幻像三维声音空间的方法及装置

【0001】本申请要求2004年9月3日提交的美国临时申请第60/607,358号的权益，在此其整体内容以引用方式并入本文。

技术领域

【0002】本发明通常涉及一种声音重发系统，并且，更具体地涉及一种产生三维声音空间的系统。

发明背景

【0003】通过运用复杂的电子技术以虚拟声音的第三维度或者利用多通道环绕声格式来形成浸没式声场，先前的声音重发系统试图再现三维空间感的声音真实感。然而，这可能是昂贵的且效果有限，至于所听到的和试图要听到的声音，声音三个维度的真实感部分地留给了收听者想象。

【0004】熟知诸如5.1扬声器装置的多扬声器格式可用以产生浸没式声音空间。然而，大数量扬声器的使用增加了总声音空间的“混淆”。对于收听者，增加扬声器的数目就增加了二维横向声场的片断数。这种情形易于产生较差并混淆的立体声效果以及较低的声音透明度。通过处理前通道的信号以欺骗耳朵-大脑“听到”超出左右扬声器之外的声音，一些系统试图扩大声音平台(soundstage)。然而，为了体验这种系统的最佳效果，收听者往往需要受限于形成于声音空间中的窄小的最佳聆听位置(sweet spot)内的特定座位。随着人们移离最佳聆听位置来收听由多个扬声器产生的音景(soundscape)，虚拟的环绕效果消失了。这种情形甚至可能发生在人们仅仅旋转动其头部时。还可能存在模糊的图像，其中不同频率可能似乎来自不同方向。

【0005】一些声音重发系统录制并重放双耳声。双耳声的录音是录制声音的一种方法，其使用一种特殊的麦克风装置。双耳声的录音是利用复制人头的人造的或“虚拟的”头实现的，而将细小的全方位麦克风电容器安装在或接近人造头的耳道入口。另一方面，将典型的立体声录音混合供给扩音器装置，而不包括或考虑头部与耳朵的自然交叉或声音整形。

【0006】人们在三个维度上感觉声音，而声音的定位取决于来自相同声源的声波当它们到达左耳与右耳时彼此间如何不同。头部相关传递函数(HRTF)描述了场中的收听者的存在如何更改了自由场引入的声波，包括声音散射离开收听者耳廓、头部以及躯干的。HRTF是从声源到人体鼓膜(耳膜)的脉冲响应的傅立叶变换。例如，为了产生看似来自右边耳朵的声音，我们需要具有对来自右方向的声音进行人耳脉冲响应的HRTF。因为HRTF是从声源到人体鼓膜(耳膜)，因此其是频率、方位和高度(声音到耳朵的传播路线)以及耳廓结构(在这，声音被收集并反射到耳膜中)的函数。

【0007】HRTF可以用来产生双耳声。如果进行适当测量与实施，HRTF可以产生“虚拟的声音环境”。然而，测量HRTF可能是昂贵的。典型装置需要消声室以及高质量的音频设备。消声室用来将早期的反射与回响对所测响应的影响降低到最小。然而，即使采取最谨慎的测量也要忍受常被称为“混淆锥体”与“头内”效应的影响。并且，HRTF可能表现出相当大的人与人之间的差异性。对于大规模的市场，已经有尝试使用普通的HRTF，但是这些HRTF不如个性化HRTF工作效果好。

【0008】多通道环绕声、虚拟声、双耳声以及为克服无深度声场的这些缺点所设计的其他目前格式都是有问题的。为了再传播与原始预先录制的声音状态相近似的三维声音空间，实验表明为了解决这个问题需要一种独特的方法，而不是依靠电子音频与数字处理的能力和多功能性以及录音与再混合的目前技术。需要这样一种方法，该方法通过当在常规的电子重放系统上重放录音时再造出幻像形式的三维多通道录音可以弥补上述的不足。

发明内容

【0009】本发明涉及一种产生幻像三维声音空间的方法，该方法是当在传统电子重放系统上重放从音乐、电视节目、家庭和公众影院、电子游戏、电脑等等所录制的多通道声音，而从这些多声道声音中产生幻像三维声音空间的。本发明还涉及改变收听者对现场演出的声音平台(soundstage)的呈现感觉。

【0010】与目前普通格式利用以虚拟三维声音空间的多个扬声器或者用电子处理来虚拟环绕声的技术来产生浸没式环绕声效果相比时，本发明利用一种独特方法形成录音空间的第三维度。目前格式具有内在的问题，其降低了形成具有幻像声音图像的可信三维声音空间的有效性。本发明可以产生具有稳定幻像声音图像并比目前格式更准确且清晰透彻(revealing)的声音空间。

【0011】在本发明的优选实施例中，这种扬声器配置以及使用声压级(SPL)控制装置将：通过消除扬声器之间的衔接间隙(seam)、摇摆以及频率与音质变化，产生更稳定和更均匀的声音空间；消除或减少与头部相关传递函数(HRTF)和最佳位置敏感性有关的问题；最小化产生幻像三维声音空间的必要扬声器的数目，并因此消除它们适当放置的复杂性；为一群收听者中的每个收听者提供必要的独立的声压级(SPL)调节装置，以便在不干扰那些其他收听者的情况下做独立的声压级(SPL)调节；通过个性化每个收听者的声音空间，提高收听听众可用最佳位置的数目；提供改变收听者对现场演出舞台的呈现感觉的必要的装置；以及，提供一种格式，由此，在录音的再混合阶段期间可以在三个维度上对声音图像及其音效进行控制。

【0012】本发明的优选实施例还将生成电子娱乐舞台、清晰声音(sound-wise)、更加“用户友好”的体验，这是借助于为每个收听者提供独立的“动手(hands-on)”机会，以便根据收听者对音效的喜好进行各自调节以产生个性化的声音空间，并因此去除“一个尺码适合所有人”的普遍观念。

【0013】本发明的一个实施例将允许每个收听者进行各自调节以适应任意个人的听觉缺陷，这可能对收听者所听到的总音效有所损害，并且利用SPL控制装置，给现场演出的收听者提供可感觉地移动的能力以改变听众位置。

【0014】本发明涉及一种产生幻像三维声音空间及其声音图像与音效的方法，该方法是当在常规的电子重放系统上进行重放录制的声音时，用录制的声音来产生幻像三维声音空间及其声音图像与音效的，其通过下述方式达到：(a)采用多个扬声器以形成相似声音内容的两个独立声源，其中这两个声源与收听者纵向对齐；(b)将两个声源中的一个声源邻近收听者，而将另一个声源定位在离收听者更远的距离上；(c)为收听者提供SPL控制装置，使得收听者可以对声源进行SPL调节，并因此在两个声源之间形成z轴以生成幻像三维x-y-z轴的声音空间。

【0015】本发明一个实施例的方法还包括使用幻像形式的录制的声音图像，这些录制的声音图像可以在所形成的幻像声音空间中悬浮或四处移动，如同在它们被录制前存在于真实的三维声音空间中一样；其中根据哈斯优先原理以及扬声器相对于收听者位置的合适的几何布置，通过改变扬声器的SPL，所录制的幻像声音图像可以来回移动到所形成的幻像声音图像的任何点上，从而引起声音图像移动。

【0016】在本发明一个实施例的方法中，形成两个声源的扬声器被设置成等腰三角形形状的布局，而在其三个顶点中的每个顶点上具有至少一个扬声器。位于三角形底边的两个扬声器邻近收听者的耳朵放置，而第三扬声器被定位在三角形的更远顶点上。位于三角形底边的两个扬声器被定位，以便在它们之间形成在前方横向左右声场里的幻像声音图像。位于三角形底边的两个扬声器以及位于三角形远处顶点的扬声器在两个分离的声源之间形成在纵向前后声音空间里的幻像声音图像。每个扬声器通过有线或无线方式被连接到SPL控制装置上，该SPL控制装置连接到扩音器上，以便允许收听者对扬声器个性化地或一致地进行SPL调节，以建立扬声器之间的SPL平衡状态。因此，形成了两个声场，其通常是彼此相互垂直地对齐。

【0017】在本发明一个实施例的方法中，幻像三维声音空间为每个收听者个性化成等腰三角形的形状，其独立于正在收听同样录音的其他收听者，这是借助于以下方式实现的：(a)为每个收听者提供由两个扬声器组成的近处声源，这个两个扬声器邻近收听者的耳朵设置，一个耳朵上一个扬声器；(b)在等腰三角形的顶点上提供至少一个扬声器的第二声源，该声源纵向地位于离一群收听者更远的距离上并作为一个共有声源被所有收听者共享；以及(c)为每个收听者提供独立的SPL控制装置，利用该装置对邻近收听者的两个扬声器进行SPL一致调节，使其等于远处声源的最优预置的SPL，以便在近处声源和远处声源之间建立SPL平衡的个性化状态，并因此沿着声音空间的z轴形成纵向的y-z轴声场。

【0018】在本发明一个实施例的方法中，邻近收听者耳朵的这对扬声器用头带或类似于头戴式耳机器件形式的装置被固定到位，并且使这对扬声器位于离它们各自耳朵相等的距离上以便在耳朵和扬声器之间提供空隙，并使每个扬声器与它们各自耳朵的耳廓成相等角度以便将来自扬声器的声波以一个角度或直接地衍射到每个耳道中，或者在耳道的每个入口处以适当距离和角度定位耳机型的扬声器以便不密封耳道、或者使用在其外壳上具有多孔的头戴式耳机，因而房间的四周回响以及来自远处声源的直接声源可以自由地进入耳道，以便在两个扬声器之间形成幻像声音图像，这时通过SPL控制装置的帮助就建立了左/右立体声平衡，并因此在前方x-y轴场内形成了幻像声音图像。利用分离的SPL控制装置，可以一致地增加或减少近处声源的两个扬声器的SPL，使其等于远处声源的最优预置的SPL，以便在两个声源之间建立SPL平衡状态，并因此沿着声音空间的z轴形成完整的纵向y-z轴声场。除了在沿声音空间的z轴的深度上存在纵向y-z轴声场的声音图像，所形成的纵向y-z轴声场包含与x-y轴横向声场相同的声音图像。通过SPL控制装置的帮助，收听者能在相对于收听者位置是远处声源的两个声源之间建立SPL平衡状态，在该平衡点上横向x-y轴声场与纵向y-z轴声场混合，并因此生成幻像性质的x-y-z三维声音空间。

【0019】在本发明一个实施例的方法中，利用独立的SPL控制装置每个收听者可以：(a)增加或减少近处声源的左扬声器或右扬声器的SPL，并因此根据优先原理将前方x-y轴声场及其声音图像移动到它们先前位置的左边或右边；(b)可以利用分离的SPL控制装置一致地增加或减少近处声源的这对扬声器的SPL，以便根据优先原理将前方x-y轴声场及其声音图像沿着z轴纵向地朝着或远离收听者来回移动；和(c)可以利用这种双重的SPL控制装置对声场的几何x-z坐标点进行横向地、纵向地、对角地或圆周地操纵，并因此根据优先原理将声音图像移动到声音空间内的任何点上。

【0020】在本发明一个实施例的方法中，除了在近处声源的这对扬声器之间设置左/右立体声平衡(其需要手动地被设置以满足每个收听者的要求)之外，通过在最初录音阶段期间或随后在再混合后过程期间将每个收听者各自声轨的SPL变化编码到录音媒质中，代替如前面所述手动的方式，声音空间内的声音图像的操纵过程可以利用数字电子处理装置更快、更有效地完成。数字电子处理可以将音频信号编码成：(a)非手动地增加或减少近处声源的这对扬声器的左扬声器或右扬声器的SPL，并因此根据优先原理将几何x-y轴声场移动到它们先前位置的左边或右边；(b)一致地增加或减少近处声源的两个扬声器的振幅，并因此根据优先原理将声音图像的几何x-z轴坐标点沿着z轴纵向地朝着或远离收听者在近处声源和远处声源之间来回移动；和(c)于是，利用电子编程装置可以迅速地描绘x轴和z轴的坐标点，以便横向地、纵向地、对角地或圆周地操纵三维声音空间内的声音图像。声音空间内的声音图像的运动可以更有效、更迅速地从点到点进行移动，以便利用数字电子处理迅速地生成缩放或尖啸的音效。

【0021】所产生的缩放音效可以与从远处到近处或近处到远处的缩放视频场影结合并同步，以增加对音频/视频情形进行描绘的视觉情节更大的真实感。另外，所产生的尖啸音效可以与视频场景结合并同步，该视频场影描绘了这些场合：诸如子弹、导弹等等的高速音效需要从声音空间的点到点的尖啸音效，以增加场影更大的真实感，在该场影中这种音效是情节的整体的一部分。

【0022】利用电子编程装置，对于邻近收听者耳朵的两个扬声器可能的是，可以使其直接向收听者的耳朵产生私语轻柔的对话以及更少听得见的声音，同时由远处声源产生视频场景的正常的更高的声音。另外，利用电子编程装置，可以使邻近收听者耳朵的两个扬声器产生大声惊人的恐怖的声音，包括使收听者产生不愉快或不舒服的声音，而周围大气的声音由远处声源保持在一个正常的听觉水平。应用上述相反的音效，视频场景可以在声音上显著地进行改变以影响观看者对伴随的视频活动的反应。

【0023】通过下面的更具体描述，并结合以示例方式说明本发明的实施例的附图，本发明的这些及其他方面与优点将变得明显。

附图说明

【0024】图1A示出了具有宽度(x)、高度(y)和深度(z)分量的三维声音空间。

【0025】图1B示出了根据本发明实施例的具有宽度(x)、高度(y)和深度(z)分量的三维声音空间，其由中心扬声器和头戴式扬声器产生。

【0026】图2是根据本发明实施例的两个头戴式扬声器和远处中心扬声器的布置示意图。

【0027】图3A是本发明一个实施例的SPL控制装置的示意图。

【0028】图3B是本发明另一个实施例的SPL控制装置的示意图。

【0029】图4A是根据本发明实施例的收听者听众的几对头戴式扬声器、一个远处中心扬声器和一个子低音扬声器的布置示意图。

【0030】图4B是根据本发明实施例的由收听者听众的几对头戴式扬声器、一个远处中心扬声器和一个子低音扬声器所产生的声音空间的示意图。

【0031】图5是本发明实施例所用的头戴式扬声器的透视图。

【0032】图6示出了根据本发明实施例的具有宽度(x)、高度(y)和深度(z)分量的三维声音空间，其由中心扬声器、二级提高的扬声器和头戴式扬声器产生。

【0033】图7是根据本发明实施例所产生的声音空间内所描绘的声音图像的形成与运动的几何坐标图。

具体实施方式

【0034】声音空间，与所有自然的三维空间一样由宽度、高度和深度维度组成，通常以几何形式表示成x(宽度)、y(高度)和z(深度)轴分量。这些维度分量，具体地，如图1A示意性地说明了声音空间沿x-y轴20与沿y-z轴22的声场。利用美国专利第6,434,250号所描述的耳机(因此，该专利的内容在此以整体引用方式并入本文)进行了三维声音空间的实验以产生具有深度维度的更大声场，并将其性能应用于其他有关使用中。

【0035】这里所用的三维声音空间的术语意指由基本x、y和z轴维度组成的空间的体积，这三个维度形成了具有宽度、高度和深度的可感觉声音空间。深度是物理可测量的维度，例如是近处声源与远处声源之间的距离。术语声场与声音空间相对，指的是只具有x和y轴两个维度上的平面区域，例如宽度和高度。术语声源可以指扬声器。术语声源图像关于产生特定声音的物体，例如人或乐器。扬声器是声源，其产生任意数量的声音图像。参照附图说明，为了看清楚起见，图中将说明只有x轴和z轴的两维声场。

【0036】结合各种配置中的其他扬声器，利用美国专利第6,434,250号所描述的头戴式耳机进行了实验，结合各种配置中的其他扬声器。可以使用诸如RADIO SHACK的型号为Model 33-1176的其他头戴式耳机，该头戴式耳机每个扬声器具有内置左/右立体声平衡控制，如果其被改进以具有带角度的扬声器，那么扬声器就不会平靠耳朵。另外，诸如索尼(SONY)DVD型号DAV-S300或RADIO SHACK的集成立体声扩音器型号S-155(Integrated Stereo Amplifier Model S-155)的环绕声录音机可被用以控制头戴式耳机的声音强度。这种常规的重放系统可以被使用，并且在本发明的这个实施例中对于音响效果不需要专门的信号处理。

【0037】实验说明了，在录制的声音中的确既存在x-y左/右轴的横向声场又存在y-z前/后轴的纵向声场，但是当扬声器配置不正确或者其SPL在两两或多个扬声器互相之间不能适当平衡以建立相对于收听者位置的SPL平衡状态(需要这些平衡状态以产生三维声音空间的x、y和z轴，而声音图像可以将其自身定位在该三维声音空间或四处移动)时，则听到的声音在其音效上是平坦的、二维的并且是无深度的。

【0038】音响效果的行为是由声音物理学的定律与原理支配的，特别是第一波阵面定律及哈斯优先原理。根据第一波阵面定律及哈斯优先原理，当来自两个源的声音包含相同强度的类似声音内容并且这两个源被定位以形成与收听者的等边三角形时，作为对沿收听者横向左/右轴进行定域叠加(summing localization)的结果，收听者的音响效果将是在两个实际源之间另一声源的幻像性质的中间形成物。这个推论也将适用于两个声源，例如沿着三维声音空间的前/后z轴纵向对齐的头戴式耳机。

【0039】在三维声音空间的x、y和z轴的产生中所涉及的其他要素包括最小数目扬声器的适当几何配置，和SPL控制装置的使用以进行适当的SPL调整以便为扬声器建立相对于收听者位置的两两或多个扬声器互相之间的SPL平衡状态。利用扬声器的适当放置并对其中所产生的声音强度进行适当的调整，根据上面讨论的推论以及心理声学的应用可以产生立体的、幻像三维声音空间。

【0040】第一波阵面定律及哈斯优先原理、适当的扬声器配置以及SPL控制装置的使用是相互关连的。利用这些相互关连的因数，可以产生横向左/右x-y轴的声场与纵向前/后y-z轴的声场以形成x-y-z三维的声音空间，并将它们一起合并以形成幻像三维的声音空间，在该声音空间内幻像的声音图像可以在三维空间内悬浮或四处移动。虽然专门的信号处理可能被用以产生幻像的三维空间，但是在本发明的优选实施例中这不是必要的。

【0041】本发明的优选实施例使用了邻近收听者的头戴式耳机扬声器、以及离收听者相对较远的中心扬声器。这种格式使用了近处(CP)声源(CPSS)和远处声(DS)源(DSS)，并且为简洁起见这种格式在此可被称为CP/DSS格式。

【0042】通过形成个性化的楔形声音空间，这种扬声器配置增加了可供给听众的最佳聆听位置(sweet spot)的数目，该楔形声音空间包含至少三个扬声器，这些扬声器为听众中的每个收听者生成稳定独立的三维最佳聆听位置。其他的多扬声器环绕声格式产生一个大的声音空间，其具有几个稳定的最佳聆听位置。在很多普通听众中只有少数收听者将受益于普通声音空间中的这些有限的音频最佳聆听位置。这些格式不能产生本发明的个性化声音空间。

【0043】CP/DSS格式产生了幻像的三维声音空间，其采用最小数目的扬声器以形成两个声源，利用这两个声源生成纵向y-z轴的声场22。三个扬声器10、12和14形成了两个声源。含有两个头戴式扬声器12和14的一个声源邻近收听者设置。另一个声源是中心扬声器10，其位于离收听者更远距离的位置。通常，如图1B和图2所示。扬声器10、12和14优选是由非双耳声的声音信号驱动的。优选地，驱动左边头戴式扬声器12和右边头戴式扬声器14的信号相对于驱动中心扬声器10的信号被延迟了。虽然不是必须的，低于250Hz的声音信号可以被传送到头戴式扬声器。也可以提供分离的子低音扬声器，并将其放置在房间里的任何地方以便将低频声音传递给收听听众。头戴式扬声器12和14优选是被定位在离收听者耳朵数厘米或更短的距离内，而中心扬声器优选是被定位成离收听者数米或更远。中心扬声器10作为共有声源使用，其由所有收听者共享。如图2所示，扬声器10、12和14被布置以形成等腰三角形的声音空间，其专用于每个单独的接收者18。

【0044】单独的SPL控制装置16允许每个收听者18建立两两或多个扬声器互相之间的SPL平衡状态以生成个性化的声音空间。如图3A和3B所示，SPL控制按钮24用来在邻近收听者的两个扬声器之间建立立体声平衡。如图3A和3B所示的SPL控制按钮24也可用于调节，以补偿由听力缺陷引起的收听者两耳间的听觉敏锐度差异。SPL控制按钮24可以用来改变个别收听者对沿着x轴横向呈现的感觉。头带、颈带、耳环或其他装置可以用来将两个扬声器12和14固定在邻近的位置，以便不管收听者18的是否物理移动都为收听者18维持恒定的最佳聆听位置。如图3A所示，分离的控制盒16可能提供给每个收听者，以便利用控制按钮24和26分别控制左/右立体声的平衡，以及声场沿着z轴的纵向移动。替代地，SPL控制按钮24可以被合并到头戴式扬声器12和14中，以允许收听者对左右头戴式扬声器12和14的声音强度进行手动控制与平衡，如图3B所示。

【0045】图3A说明了SPL控制装置16的一个实施例。左/右立体声平衡控制按钮24用来调节头戴式扬声器12和14的SPL。前/后z轴控制按钮26用来一致地调节扬声器12和14的SPL。在图3B所示的替代性实施例中，SPL控制按钮24也可以包含在头戴式耳机本身中以调节头戴式扬声器12和14的SPL。可以将前/后z轴控制按钮26提供在分离的SPL控制盒上以一致地调节扬声器12和14的SPL。

【0046】在录音后的混合阶段期间，声音图像也可以在三维空间中进行操纵。这种音响效果将不需要收听者的人工相互作用而得以提供。利用本发明的优选实施例，不必要使用头部响应传递函数(HRTF)或者串话消除。扬声器优选是由非双耳声的声音信号驱动的。

【0047】由CP/DSS方法所产生的总声音空间可被称为双声性质，因为当邻近声源的近场声音属性与远处声源的回响声场的声音属性在两个声源之间在SPL的平衡状态混合时，形成了相当于双耳声的双声声音空间。当具有不同属性的两个声场结合时，它们形成了包含双声音属性的声音空间的混合体，其产生了一种独特的声音品质，这是其他普通环绕声或虚拟格式不可能具有的。

【0048】近处声源由一对扬声器组成，其中一个扬声器产生左通道的声音，而另外一个扬声器产生电子重放系统的右通道的声音。两个扬声器邻近收听者各自的左耳和右耳，但是每个各自耳朵不被隔离以便允许外部声音冲击到每个耳朵的耳廓上。优选地，左边头戴式耳机扬声器12和右边头戴式耳机扬声器14与每个各自耳朵的耳廓成相同的角度固定到位，如图2所示。第三扬声器被定位在离收听者更远的距离上以产生相同重放系统的中心通道的声音。

【0049】两个头戴式耳机扬声器12和14被定位以形成等腰三角形的底，而第三扬声器10位于这个等腰三角形的顶点。位于三角形底边的两个扬声器12和14利用头戴式耳机状的器件邻近收听者的耳朵，而第三扬声器10以离这对近处扬声器12和14一段适当距离被定位在其顶点处。这三个扬声器10、12和14是与收听者纵向对齐地进行布置，并形成一般等腰三角形。这三个扬声器10、12和14是起两个声源而不是三个单独扬声器的作用，而头戴式耳机扬声器12和14起一个声源的作用。

【0050】所述配置中的三个扬声器的布置对于声音空间的产生是重要的，该声音空间包含来自两个声源的类似声音内容的两种不同形式的声音属性，其中该对近处扬声器产生与近场倾听相关的声音清晰度和细节，远处扬声器提供远处声源的所有声音属性，这些声音属性包括四周房间贡献的回响、反射、回音以及房间的其他声音元素，所有这些属性对于产生更精确与透明的声景(sound scape)是主要的，如同它们在预先录制的声音空间一样。

【0051】与五个或更多扬声器的普通环绕声格式以及传统双扬声器的等边三角形立体声设备(其中只有收听者位于三角形的顶点，而音频最佳聆听位置可以位于远离收听者的位置)相比，如图2所示本发明的优选实施例为每个收听者采用了至少三个扬声器。如图2所示，这三个扬声器被配置成等腰形状的三角形布局，其中扬声器位于其三个顶点的每个顶点上。具有两个扬声器12和14的三角形底边邻近收听者，而第三扬声器10被定位在更远处的顶点上，以产生一种与传统双扬声器的等边立体三角形颠倒的扬声器配置。

【0052】将扬声器的布置颠倒以及将第三扬声器添加到三角形中的原因是这种CP/DSS格式产生基本z轴的深度维度的本领的关键。利用将三角形底边的两个扬声器邻近收听者的耳朵并将第三扬声器定位在三角形的顶点上并与收听者纵向对齐，这种扬声器配置提供了两个声源，在这两个声源之间通过建立它们(相对于收听者是远处声源)之间的SPL平衡状态可以实现定域叠加以形成沿z轴的纵向声场。在两个声源之间缺少SPL平衡状态使得它们作为独立的声场保持分开。如果它们不被融合在一起，z轴的深度维度将不存在于总声音空间中。

【0053】基于根据第一波阵面定律及优先效应在等边三角形立体声格式的两个扬声器之间形成定域叠加的横向点的同个原理，通过SPL控制装置的帮助可以在近处声源和远处声源之间形成定域叠加的纵向前/后点以建立它们之间SPL平衡的必需状态。

【0054】颠倒三个扬声器的布置并且为远处声源仅采用一个扬声器的另一个重要原因是消除扬声器之间的串话难题和与HRTF和最佳聆听位置敏感性有关的问题，而最佳聆听位置的敏感性在传统的双扬声器立体声设备中是很普遍的。通过将三个扬声器中的两个扬声器邻近收听者的耳朵并用头带或颈带或其他适当装置将它们夹紧到头上，它们之间所形成的沿x轴定域叠加的横向点都保持不变，不管收听者有无无意识的物理运动，并且由于声音物理学的定律与原理将不合需要的音效减到最少，这为这种配置提供了一定的灵活性。在美国专利第6,434,250号中描述了一种合适的头戴式耳机扬声器的配置。

【0055】设置第三扬声器以及将其定位在等腰三角形远处顶点上的原因是三重的。第一个原因是使其对中心通道的声音信号进行重发并且还起到远处声源(在该声源处存在主要的声音活动)的作用，并使其与近处声源协调工作以产生三维声音空间的z轴。仅使用一个扬声器作为远处声源而不使用多个扬声器(虽然为了产生特殊效果，可以使用其它的扬声器)的第二个原因是为了消除最佳聆听位置敏感性以及扬声器之间的串话混淆与跳跃效应(skipping effect)的异常行为，这些异常行为对于多扬声器环绕声格式是普遍的，它们可能损害声音空间的品质与整体性。第三个原因是使其起演出舞台的作用并将主要的声音活动锚定在特定位置，并起到一个被所有收听者所共享的共有声源的作用。

【0056】就用来形成可信幻像声音空间的扬声器优选数目而言，CP/DSS格式是与多扬声器环绕声格式相反的。多扬声器格式使扬声器的数目达到最大化，其所采用的数目从五个(例如，5.1格式)、六个、七个以及甚至十个(并且还可能比10个扬声器的10.2格式具有甚至更多的扬声器)。具有五个扬声器的5.1声音系统设备形成了有限的音频最佳聆听位置，该最佳聆听位置可能不位于收听者所在的位置。与之相比，CP/DSS格式将扬声器的数目最小化到三个，由于声音物理学定律与原理以及由于这种格式的功能性原因这个数目是合理数目。正如在形成浸没式(immersive)声音空间中使用大量的扬声器增加了其总声音空间的“混淆”，因为这将与扬声器数目一样多的二维横向声场片断(segment)强加给收听者，这种情形易于产生较差并混淆的立体声效果以及较小的声音透明度。耳朵大脑的能力可能被搞乱而无法确定多个声场中的哪两个声场形成了最佳稳定的立体声效果，而且收听者会迷惑正听到的或应该听的是哪两个扬声器。收听者试图用自己的想象进行补偿，但怀疑第三维度是否真地存在。CP/DSS格式通过仅采用只有三个扬声器的两个声源去除了这种“混淆”，这三个扬声器被适当地配置以产生一个具有声音透明度的稳定并明确的最佳聆听位置，而不需要虚构收听者的想象。利用CP/DSS格式，声音空间的第三维度是存在的，虽然是以幻像的形式存在。CP/DSS格式可以产生基本的z轴声场，这是多扬声器格式不能做到的。

【0057】与其他多扬声器系统相比时，这种CP/DSS格式能产生幻像三维声音空间的本领在于其概念主要是基于声音物理学的原则，即第一波阵面定律及优先原理。为了研究本发明的概念进行了实验，该实验表明：扬声器应当提供与收听者纵向与横向对齐的两个声源；最小值为三个的扬声器应当布置成大致三角形结构以产生近处声源和远处声源；以及，应当给每个收听者提供SPL控制装置，使得能在三个扬声器两两之间或互相之间作独立的SPL调节以便为每个收听者产生个性化的三维声音空间。通过合适的SPL控制装置的帮助，这就允许收听者既产生横向x-y轴的声场又产生纵向y-z轴的声场并将它们融合在一起。头戴式耳机与SPL控制装置应当用于每个收听者以产生个性化的声音空间，并根据个人的喜好和需要定制其音效。利用SPL控制装置，应当提供给每个收听者能够改变其选择声音平台的呈现感觉。

【0058】本发明的优选实施例采用了最小数目的扬声器，并将它们配置以产生两个分离的声源，其中一个声源邻近收听者，而另一个声源处在离收听者更远的距离上。基于满足这些要求所做的实验，最适当且有效的方法是将最小值为三个的扬声器配置成一般等腰形状三角形的布局，而在其三个顶点中的每个顶点上定位一个扬声器。位于三角形底边的两个扬声器一致地工作并起一个声源的作用，而第三扬声器位于三角形的顶点上并充当第二声源。位于三角形底边的两个扬声器邻近收听者的两耳朵，而第三扬声器通过被定位在三角形更远顶点上与收听者纵向对齐。如所有环绕声格式那样，这个第三扬声器作为共有声源被所有收听者共享。

【0059】本发明CP/DSS格式的优选实施例是为一群收听者中的每个收听者提供SPL控制装置，使得对邻近收听者耳朵的两个扬声器进行独立的SPL调节以便设置左/右立体声平衡，进而在这两个头戴式耳机扬声器之间形成横向的幻像声音图像；并且其中向收听者提供分离的SPL控制装置，以一致地调节两个扬声器的SPL以便与远处第三扬声器建立SPL平衡状态，而该第三扬声器的SPL优选预置在最佳水平。当在这三个扬声器之间建立了SPL的平衡状态时，则为每个收听者形成了个性化的等腰形的三角形的声音空间。

【0060】本发明的优选实施例既形成了横向x-y轴的声场又形成了纵向y-z轴的声场，这两个声场包含它们各自的幻像声音图像，并将两个声场合并成个性化的x-y-z轴的三维声音空间。用这种CP/DSS格式的实验已经表明，在录音的总声音空间中既存在横向x-y左/右轴的声场又存在纵向前后y-z轴的声场，并且它们可以进行适当地再传播以产生可信的三维声音空间，如同处于它们原始预先录制的状态。当前环绕声以及其他格式是不能实现这种声音。通过采用两个具有类似声音内容的独立声源(它们被适当地隔开并与收听者纵向对齐)并使用个人分配的SPL控制装置，这种格式解决了这一问题。

【0061】如上所述，产生两个基本声源的这种格式的解决方案是将三个扬声器配置成等腰形的三角形布局，其中位于三角形底边的两个扬声器作为一个声源，而第三扬声器被定位在其远处顶点上并充当第二声源。扬声器的这种等腰三角形布局的重要性是，通过将位于三角形底边的两个扬声器邻近收听者的耳朵而第三扬声器位于其更远的顶点上，自动地将收听者和近处扬声器在纵向上与顶点处的扬声器对齐，并因此形成了被分开一段适当距离的两个单独声源。

【0062】将两个声源分开并在它们之间缺少SPL平衡时，则在它们之间存在一个没有幻像图像的空白空间，尽管声波是完全存在的。这是因为当具有相似声音内容和适当房间贡献的两个声源的声音在SPL平衡点相遇时形成了幻像图像，而在该平衡点出现了定域叠加的现象，在这种格式中，其依赖于收听者相对远处声源的位置以及每个声源的声级，假如它们之间没有相位时间差，如果有，可以用延迟手段或其他适当方法可以将其纠正。这意味着收听者将听到近处声源的声音或者远处声源的声音，根据优先原理，其取决于两个声音中哪个更高。

【0063】然而，如果两个声源的SPL相对于收听者到远处声源的位置被促成相等，则根据第一波阵面定律及优先效应产生SPL平衡状态，在该点处幻像声音图像沿着z轴形成于近处声源和远处声源之间的纵向声场中。沿着z轴在近处声源和远处声源之间的纵向声场中的幻像图像的形成与在如同用等边三角形立体声设备中的两个前方横向定位的声源之间产生幻像图像的原理相同，除了在这种情况下幻像图像形成于纵向声场中，因为这两个声源沿着z轴而不是x轴对齐。利用三个扬声器的这种格式CP/DSS布置以及SPL控制装置的使用，对形成横向x-y轴与纵向y-z轴声场的基本原理已经做了明确的表达。

【0064】这种CP/DSS格式的其中一个特征是使用头戴式耳机或耳机或类似形式的收听装置，以便为一群收听者中的每个收听者生成个性化的三维收听声音空间，而这些收听者将听到同样的录制的声音。图4A示意性地说明了收听者的听众18的本发明优选实施例。每个收听者具有一套私人的头戴式扬声器12和14以及用于控制个人每套头戴式扬声器12和14的个人SPL控制装置16。本发明的这个优选实施例还包括音频/视频的重放机28，例如连接到电视机30或其他视频显示器的DVD播放器。子低音扬声器32也可能用来提供重发低频声音。子低音扬声器的布置不是很关键，并可以位于房间里的任何地方。利用头戴式耳机并结合远处声源(如先前所述，该声源是被所有收听者所共享的共有声源)，个性化的声音空间限制在由邻近收听者耳朵的两个扬声器以及远处声源所形成的空间内，其形成了等腰三角形形状的狭窄楔形声音空间，如图2和4B示意性所示。全部收听听众的个性化声音空间的总数是由与带有头戴式耳机的听众相同数目的这些声音空间楔形组成，如图4B所示，而不是由所有收听者共享(如多扬声器环绕声格式那样)的一个整体声音空间组成。

【0065】为了形成个性化的楔形收听声音空间，每个收听者18使用了声音SPL控制装置16以建立左/右立体声平衡，以便在近处的两个扬声器之间的横向声场中形成幻像图像，并且一致地提高或降低两个近处扬声器的SPL使其等于远处声源的预置声级，以便在它们之间产生SPL平衡状态，在该平衡点上形成了个性化的幻像三维声音空间。

【0066】本发明的这个优选实施例还包括视频信号解码器，其用于接收对视频图像进行显示的视频信号。声音信号可以与视频信号进行同步，以便当所显示的视频图像在收听者观察看来是被拉近时，提高左右扬声器的声压级。视频信号与声音信号也可以被同步，以便当所显示的视频图像在收听者的观察位置看来是被拉远或拉开时，降低左右扬声器的声压级。相对于中心扬声器，左右扬声器的声压级根据在所显示的视频图像中所表现的观察位置的变化进行自动地调节，以获得幻像三维声音空间。

头戴式耳机的使用

【0067】对于CP/DSS格式的有效性来说，重要的是带有至少两个扬声器的头戴式耳机或类似接听器件，所述扬声器不是平靠着耳朵并包围耳朵。通过将三个扬声器布置在适当位置以形成等腰三角形，可以实现在邻近收听者耳朵处产生所需要的幻像声音图像，其优选使用例如美国专利第6,434,250号(该专利内容全部以引用方式并入本文)所述的带有角度的扬声器的头戴式耳机组、或者任何类型的允许来自外部声源的声音自由进入以便在它们进入耳道前冲击到耳朵的耳廓上的头戴式耳机。这些头戴式耳机扬声器单元临近收听者耳朵的耳廓或外耳定位，而不覆盖或掩盖耳朵。这些类型的头戴式耳机允许外耳参与对来自每个声源与房间四周元素的声音频率的调制，并且在它们进入耳道前促使它们重构成其原始状态。扬声器可能与耳道成任意角度进行定向、甚至挂在头后部，以便形成幻像声音图像，这包括在头部中间的图像。

【0068】当头戴式耳机扬声器组件位于收听者耳朵上的位置时，其与外耳道成一个角度进行定向并与外耳道隔开，而不是如常规的头戴式耳机设计中普遍见到的那样与其大致成一直线。扬声器单元可能被定位成相对于收听者耳道成最优入射角度，以便声波将衍射进外耳道中。将立体声的声波从扬声器单元以最优的角度发射到收听者的耳朵可以获得增强的图像真实性。通过增大或减小扬声器单元相对于收听者耳朵的角度，立体声的水平空间尺寸可以被缩小或扩大。在扬声器组件与收听者耳朵之间提供适当距离也可以增强声音或成像的准确性。

【0069】耳朵与扬声器之间的空隙，或者让外部声音自由进入以冲击到耳廓上的任何形式，是这种格式的重要条件，因为是在这个空间里将近场听到的与头戴式耳机有关的清晰声音和来自远处扬声器及回响声场的声音成分的漫射直达声音进行重构，以便在其进入耳道之前形成完全重整的声音。

【0070】图5示出了一个具有头带部分36的头戴式耳机34，其可滑动地调节以大致适配到收听者的头上。头带部分36连接到一对普通的前后臂38上，设计的这对前后臂可以适配到收听者头部的耳朵上，在耳廓和头部各侧之间。头戴式耳机扬声器单元12和14以一个相对于收听者耳朵平面成θ角的角度附着到前臂38上，该平面平行于想像的垂直平面，其将收听者的头部平分成对称的两部分。诸如可滑动摩擦固定器的保持元件可以用来保持头戴式耳机扬声器元件12和14以防止它们脱离位置。

【0071】这种格式的头戴式耳机的用途是不同于多扬声器环绕声布局的，因为其结合远处扬声器的使用为每个收听者提供了形成个性化声音空间的基本扬声器配置。用头戴式耳机扬声器来形成个性化声音空间的这一性能将最佳聆听位置的数目提高了很多倍，这些最佳聆听位置可供给听众收听同样的录音，如图4B示意性所示。头戴式耳机的使用也是有优势的，因为通过SPL控制装置的帮助，收听者可以对每个扬声器作纠正调节以补偿听力缺陷，如果不予以纠正可能减损收听者期望的音效。

【0072】通过将头戴式耳机锚定到收听者的头上、并通过SPL控制装置的帮助，头戴式耳机在不管有无物理移动的情况下，都能在邻近收听者耳朵的两个扬声器之间将幻像图像保持恒定中起关键作用，并因此减轻了最佳聆听位置敏感性的问题。这个性能为收听者提供了比等边三角形立体布置更大得多的物理灵活性自由度，同时仍将幻像图像保持在适当位置，这对其他多扬声器格式是不可能的。幻像图像消失的不愉快情形普遍存在于多扬声器环绕声格式中，多扬声器环绕声格式基于双扬声器等边三角形立体布局的原则，在固定的或固定在位置上几个远处声源中的两个声源之间形成了它们的幻像图像。只有固定的或固定在位置上的远处扬声器的格式是最佳聆听位置敏感的，并因此限制了可供给所有收听听众的最佳聆听位置的数目，这对于那些处在最佳聆听位置区域之外的人来说是不公平的。

【0073】只有固定在位置上的远处扬声器的格式与这种CP/DSS格式相比是最佳聆听位置敏感的，因为没有足够数量的固定扬声器以便产生多个最佳聆听位置，使其供给收听听众席各个位置上的每个收听者。此外，利用只有固定在位置上的远处扬声器的环绕声格式，对于每个收听者不可能在许多扬声器之间作出正确的声级调节以产生个性化的声音空间。相比而言，这种CP/DSS格式为听众中的每个收听者提供了所需的两个近处扬声器与第三扬声器(该第三扬声器是共有声源)以产生个性化的最佳聆听位置，并且利用独立的SPL控制装置以便在近处声源和远处声源之间建立SPL平衡的基本状态。

【0074】由于能使扬声器固定在一个相对于耳朵不变的距离与角度，头戴式耳机的使用保证符合第一波阵面定律及优先效应，以便为各个听众位置上的每个收听者将左通道和右通道之间的立体声效果维持恒定平衡，这对于多扬声器环绕声格式是不可能的，对于多扬声器环绕声格式这将意味着听众中的每个成员没有听到他们应当听到的相同的预期音效。

【0075】从先前描述可以看出，使用头戴式耳机或相似形式的收听装置对于这个CP/DSS概念是一个重要因素。

【0076】将头戴式耳机用于这种格式中的这个概念甚至也可以有利地应用到z轴声场自然存在其中的现场演出中。通过应用与录音重放系统和外加电子传输器件(该器件将舞台声音活动中的声音通过有线或无线装置传送到收听者的头戴式耳机上)相同的优先定律及原理，并通过如前面所述SPL控制装置的优先原理的运用，收听者可以改变其对现场舞台或听众中位置的呈现感觉。

【0077】通过提供在其他录制条件下不可辨别的声音近场清晰度与细节的细微差别，将头戴式耳机应用到这种CP/DSS格式中也有利于录音的录制或再混合阶段期间的录音工程。并且，利用这种CP/DSS格式的基本原理给录音工程师提供了更多可能性，这些可能性给录制的总声音空间赋予了具有三维空间准确性的、并比其他录制方法可能具有的更多细节和音效。

【0078】头戴式耳机除了被用于生成三维声音空间之外，由于其靠近收听者的耳朵，因此可以产生近场清晰度和声音细节，这对于为听众中的每个收听者产生并传送轻柔亲密的对话以及更少听得见的声音，以便在观看者与这种电影场景的表演者之间实现一对一的关系也是有用的。利用CP/DSS格式的头戴式耳机，这种轻柔音效的对立面(大声、吃惊的声音、恐惧引起的声音)也可以直接传送到收听者的耳朵上。在两种情况下，声音空间的其他声音是由远处声源以正常水平产生的。

【0079】利用适当编程的电子装置，可以生成两种形式的音效以便在近处声源和远处声源之间产生必要的SPL变化。这种CP/DSS格式能产生这两种相反音效的能力说明了其双音性质，并说明利用头戴式耳机可以产生其他格式不可能具有的音效。

实验

【0080】如前面所述，这种CP/DSS格式原则上依赖于被清楚定义并被很好理解和不可回避的第一波阵面定律及优先原理。因此，所做的实验集中于使这种格式功能化并实用的其他要求或必要条件。

【0081】实验证明，形成幻像三维声音空间需要正确运用声音物理学的定律及原理，结合正确数量的扬声器的正确几何布置，并需要SPL控制装置以操纵每个扬声器的声级以便在两两扬声器或多个扬声器之间形成适当的平衡。这些严格要求非常不同于多扬声器环绕声格式相对宽松的要求，在多扬声器环绕声格式中其目标是产生一个浸没式声场，根据定义该浸没式声场不是三维声音空间。浸没式声场由横向二维x-y轴声场的混合体组成，其缺乏必不可少的z轴纵向声场，这是其缺点的原因所在。

【0082】为这种CP/DSS格式所实验的各种扬声器组合与配置中，其中一个实验产生了三维音效的一个预料不到的、但不可否认的证据。

【0083】这个实验的扬声器组合是用便携式收音机磁带播放器(radio-tape-player)立体声装置形式的主声源完成的，改造该主声源以既产生收音机扬声器的声音同时又产生头戴式耳机的声音，其中头戴式耳机通过电线连接到收音机上。为头戴式耳机提供了用于建立在两个扬声器之间左/右立体声平衡的SPL控制装置，和用于一致增加或减少它们声级的分离SPL控制装置。这一组合是基于好奇心的，至于结果音效可能不是所知道的期望效果，这是一个意外发现。

【0084】在邻近收听者耳朵的一个声源(头戴式耳机)与位于大约十英尺处较远距离的第二声源(收音机)的这一组合的测试过程中，可以听到很不寻常的音效。随着头戴式耳机的声级变化而收音机扬声器的声音被固定在一个恒定水平时，根据任一声源的主导音量，声音平台(soundstage)、收音机的呈现的效果可能是朝收听者的位置前进或远离的，这是哈斯优先原理在起作用的明确证据。这个发现的显见的事实是，在两个声源的声级达到平衡状态的点上，在两个声源之间沿着z轴形成了完整的纵向声场并发生定域叠加，并且形成了幻像声音图像。这个定域叠加类似于在等边三角形立体声装置的两个扬声器之间所形成的定域叠加，除了在这种情况下叠加是沿着z轴发生的之外。这种CP/DSS格式产生沿z轴的纵向声场的能力对于用录制的声音形成可信的幻像三维声音空间而言是受追捧的“遗失纽带(missing link)”。

【0085】如上所述，实验表明在幻像三维声音空间的产生中，除了符合声音物理学的定律及原理之外，最有效的方法是配置最小值为三个的扬声器，以形成近处声源和远处声源并将它们纵向与收听者对齐。实验还表明，形成两个声源并将它们纵向与收听者对齐的最有效且起作用的方法是将最小值为三个的扬声器配置成大致等腰形的三角形布局，其中位于其三个顶点中的每个顶点处的扬声器面向收听者。位于三角形底边的两个扬声器邻近收听者的耳朵(例如利用头戴式耳机)；而第三扬声器被定位在更远的顶点上。通过将头戴式耳机附着到位于三角形底边的收听者头上并将远处扬声器定位在其顶点上，将这两个声源与收听者纵向对齐，从而自动地将这三点：收听者、近处声源以及远处声源对齐，如图2所示。

【0086】如实验中所做的，通过适当使用SPL控制装置来建立SPL平衡状态，可以合并近处声源(头戴式耳机组)的声音与远处声源(位于顶点的扬声器)的声音。通过合并两个声源的声场(近处声源的横向x-y轴声场，与纵向y-z轴声场)，则形成了x-y-z声音空间。如早期所讨论的，图1B示意性地阐明了沿x-y轴20与y-z轴22的声场形成。

【0087】实验还表明，这种三个扬声器格式对声音空间的前方第一和第二象限中发生的声音活动最起作用。如果想得到后方第三和第四象限中的音效，则在收听者后面可以利用额外的扬声器。当然，为了特殊效果可以采用其他扬声器。例如图6所示，通过提高沿y轴声音图像的高度，放置在中心扬声器10之上的额外扬声器40可以用来改变音效。然而，形成等腰形的三角形布局的基本三个扬声器是这种CP/DSS扬声器布局的关键元件。

描绘声音图像的运动

【0088】根据优先原理，在近处声源的两个扬声器之间的立体声平衡可以沿着前方的x轴摇摆到收听者的左边或右边，并可以在近处声源和远处声源之间朝向z轴摇摆或沿z轴摆离。利用这种独特且重要的运动组合，在录音的再混合阶段期间，声场及其声音图像可以在前方幻像声音空间中的任何位置上从点到点地来回移动。

【0089】再混合过程中缺少z轴时，混合器没有了声场深度的参考点，并因此常常错误定位三维中的声音图像。当在二维中收听录音时这种情形是不易察觉的，但当在三维中听到相同的录音时这就很易辩别。

【0090】如图7所示，用几何数学语言阐明了CP/DSS双声格式对幻像声音空间内的声场及其声音图像进行操纵的能力。通过应用网格上的几何坐标点的原理，可以容易地描绘声音图像的运动。对于这个图表，依赖x-y-z三维声音空间中的x轴对z轴进行绘图。如早期所注，分贝(dB)强度表示成1到10刻度，而10代表最高的声音强度或声压级。要理解，图7中引用分贝只是为了说明声压级的强度。

【0091】如先前所述，这种格式能有效产生幻像三维声音图像的基本原理主要是基于哈斯优先原理。优先原理对于这种格式也重要的是，通过个别地改变一个扬声器或者结合其他扬声器的SPL，从位置到位置地操纵声音空间中的声场及其图像。可以手动地、或者利用电子编程的装置、或者通过在录音或再混合期间将扬声器的声强变化嵌入到录音介质的声轨中，完成这种SPL变化。根据优先原理图7阐明了，通过改变三个扬声器之间的所述关系，声场及其图像如何可以横向地、纵向地、圆周地或对角地几何地来回移动到声音空间中的任意点上。

【0092】图7的曲线图表明，当邻近声源的左右扬声器的分贝数每个都是1分贝时，则建立了立体声的左/右平衡并为横向x轴声场形成了最佳聆听位置。其还表明，基于两个扬声器中哪个扬声器具有更大的声强，声场及其图像将从其先前位置移动到左边或右边。这与优先效应是一致的。要理解，图7中引用分贝只是为了说明声压级的强度。

【0093】这个原理也适用于声场及其图像在近处声源和远处声源之间沿着声音空间的z轴纵向运动。在这种情况下，声场及其图像沿着z轴朝着或远离收听者来回移动，其优选是依靠一致地增大或降低近处声源的两个扬声器的声强，因为远处声源是共有声源并由所有收听者共享，并且为了所有收听者的利益优选将远处声源声强预置在最佳水平。通过整合x轴声场及其图像与z轴声场及其图像的可操纵性，根据优先原理，图7的曲线图说明了，通过改变三个扬声器的分贝关系，所录制的声音图像可以有效地来回移动到幻像三维声音空间中的任何点上。对幻像声音空间中的声音图像进行操纵的能力阐明了这种近处/远处声源、CP/DSS双声格式的独特性。

【0094】这种CP/DSS格式的双声性质为收听者提供了音效与清晰度的选择。左/右头戴式扬声器12和14以及远处中心扬声器10的SPL理论平衡点示意性地由图7中的参考点50加以说明。通过将近处声音最小化或减弱(因此远处声源是主导的)，收听者可以单独听到远处声源的回响声场，其示意性地由参考点60加以说明。替代地，应用优先原理通过将近处声源的主导SPL超过远处声源的SPL或占主导地位，收听者可以听到近处声场，其示意性地由参考点70加以说明。或者，如上面所提到的，收听者可以选择由两个声源的SPL平衡所形成的混合体。要理解，图7中引用分贝只是为了说明声压级的强度，其中在坐标图中沿x轴和z轴的分贝强度表示成1到10刻度，而10代表最大的声强或声压级。

【0095】利用这种CP/DSS概念所作的实验表明，电子音频与数字处理能力以其自身品质是不能够从录制的声音中形成受欢迎的幻像三维声音空间的。结果还表明，三个维度的录音要服从于与自然声一样多的声音物理学定律及原理，这意味着忽略或试图避开其要求将导致受损的、虚假形式的声音空间，而这个声音空间大部分是依靠收听者的想象虚构的。这是多扬声器环绕声和虚拟格式都面临的困境。

【0096】本发明可为收听者提供在收听者听众中产生自己收听的声音空间的能力，并且能定制的音效超出其他格式可以提供的。为这种格式的每个用户提供在产生自己的个性化幻像三维声音空间中亲自-“动手”参与的机会，是这种近处/远处声源、CP/DSS格式的特别独特的特征。

【0097】虽然对本发明的具体形式进行了说明和描述，对本发明所公开的实施例可以进行改动而并不偏离本发明的精神和范围，本发明的精神和范围由所附的权利要求限定。

Claims (21)

1.为收听者提供三维声音空间的方法，其包含以下步骤：

提供声音信号；

以所述声音信号驱动左扬声器，其中所述左扬声器邻近所述收听者的左耳，其中所述左耳没有被隔离以便允许外部声音冲击到所述左耳的耳廓上；

以所述声音信号驱动右扬声器，其中所述右扬声器邻近所述收听者的右耳，其中所述右耳没有被隔离以便允许外部声音冲击到所述右耳的耳廓上；

以所述声音信号驱动中心扬声器，其中所述中心扬声器离所述收听者相对较远地进行定位，以便所述中心扬声器、所述左扬声器以及右扬声器形成一个等腰三角形，而所述中心扬声器形成所述等腰三角形的顶点；

允许所述收听者个别地调节相对于所述中心扬声器的所述左右扬声器的声压级以获得由所述中心、左右扬声器产生的幻像三维声音空间，其中调节所述左右扬声器的所述声压级以控制所述收听者对幻像声音图像的虚拟运动的感觉，所述幻像声音图像位于由所述中心、左右扬声器产生的声音空间内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述中心扬声器进一步包括第一中心扬声器与第二中心扬声器，所述第二中心扬声器定位在比所述第一中心扬声器更高的高度以提高沿所述幻像三维声音空间的y轴的声音图像的高度。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：

提供与所述声音信号同步的视频信号；

基于所述视频信号显示视频图像；

其中根据在所显示的视频图像中所表现的观察位置的变化，自动调节相对于所述中心扬声器的所述左右扬声器的所述声压级，以获得幻像三维声音空间。

4.根据权利要求3所述的方法，其中当所显示的视频图像在所述收听者观察位置看来是被拉近时，增大所述左右扬声器的所述声压级。

5.根据权利要求3所述的方法，其中当所显示的视频图像在所述收听者观察位置看来是被拉远时，降低所述左右扬声器的所述声压级。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述左右扬声器的所述声压级被一致调节，以控制所述收听者对声源图像沿着由所述中心、左右扬声器产生的三维声音空间内的z轴虚拟运动的感觉。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述声音信号是非双耳声的声音信号。

8.为收听者提供三维声音空间的方法，其包含以下步骤：

提供信号，所述信号包含视频信号以及与所述视频信号同步的声音信号；

基于所述视频信号显示视频图像；

以所述声音信号驱动左扬声器，其中所述左扬声器邻近所述收听者的左耳，其中所述左耳没有被隔离以便允许外部声音冲击到所述左耳的耳廓上；

以所述声音信号驱动右扬声器，其中所述右扬声器邻近所述收听者的右耳，其中所述右耳没有被隔离以便允许外部声音冲击到所述右耳的耳廓上；以及

以所述声音信号驱动中心扬声器，其中所述中心扬声器离所述收听者相对较远地进行定位，以便所述中心扬声器、所述左扬声器以及右扬声器形成一个等腰三角形，而所述中心扬声器形成所述等腰三角形的顶点；

自动地调节相对于所述中心扬声器的所述左右扬声器的声压级以获得幻像三维声音空间；其中根据在所显示的视频图像中所表现的观察位置的变化，调节所述左右扬声器的所述声压级以控制所述收听者对幻像声音图像的虚拟运动的感觉，所述幻像声音图像位于由所述中心、左右扬声器产生的声音空间内。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当所显示的视频图像在所述收听者的观察位置看来是被拉近时，增大所述左右扬声器的所述声压级。

10.根据权利要求8所述的方法，其中当所显示的所述视频图像在所述收听者的观察位置看来是被拉远时，降低所述左右扬声器的所述声压级。

11.根据权利要求8所述的方法，其中相对于所述中心扬声器的所述声压级，所述左右扬声器的所述声压级被一致地调节，以控制所述收听者对声音空间内的幻像声音图像沿着由所述中心、左右扬声器产生的三维声音空间内的z轴虚拟运动的感觉。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述中心扬声器进一步包括第一中心扬声器与第二中心扬声器，所述第二中心扬声器定位在比所述第一所述中心扬声器更高的高度以提高沿所述幻像三维声音空间的y轴的声音图像的高度。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述声音信号是非双耳声的声音信号。

14.用于为多个收听者提供三维声音空间的装置，其包含：

声音信号解码器，其用于将声音信号分成至少第一声道、第二声道和第三声道；

多个左扬声器，其适于由来自所述声音信号的所述第一声道进行驱动，其中每个左扬声器邻近一个收听者的左耳，其中所述左耳没有被隔离以便允许外部声音冲击到所述左耳的耳廓上；

多个右扬声器，其适于由来自所述声音信号的所述第二声道进行驱动，其中所述右扬声器邻近一个收听者的右耳，其中所述右耳没有被隔离以便允许外部声音冲击到所述右耳的耳廓上；

中心扬声器，其适于由来自所述声音信号的所述第三声道进行驱动，其中所述中心扬声器离所述收听者相对较远地进行定位，以便所述中心扬声器、所述左扬声器以及右扬声器形成等腰三角形，而所述中心扬声器形成所述三角形的顶点；

用于每个单独收听者的声压级控制器，其调节独立于所述中心扬声器的所述收听者左右扬声器的声压级，以获得由所述中心、左右扬声器产生的幻像三维声音空间，其中所述左右扬声器的所述声压级的调节允许每个收听者控制所述收听者对幻像声音图像的虚拟运动的感觉，所述幻像声音图像位于由所述中心、左右扬声器产生的声音空间内。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述中心扬声器进一步包括第一中心扬声器与第二中心扬声器，所述第二中心扬声器定位在比所述第一中心扬声器更高的高度以提高沿所述幻像三维声音空间的y轴的声音图像的高度。

16.根据权利要求14所述的装置，进一步包含视频信号解码器，所述视频信号解码器接收显示视频图像的视频信号，其中所述声音信号与所述视频信号被同步，以便当所显示的视频图像在所述收听者看来是被拉近时，增大所述左右扬声器的所述声压级。

17.根据权利要求14所述的装置，进一步包含视频信号解码器，所述视频信号解码器接收显示视频图像的视频信号，其中所述声音信号与所述视频信号被同步，以便当所显示的视频图像在所述收听者的观察位置看来是被拉远时，降低所述左右扬声器的所述声压级。

18.根据权利要求14所述的装置，进一步包含头戴式耳机装置，所述头戴式耳机装置含有所述左扬声器和所述右扬声器，头戴式耳机将所述左扬声器和所述右扬声器以与每个各自耳朵的耳廓成相同角的角度固定到位。

19.根据权利要求14所述的装置，其中所述声音信号解码器没有使用头部响应传递函数。

20.根据权利要求14所述的装置，其中所述声音信号解码器没有使用串话消除。

21.根据权利要求14所述的装置，其中所述声音信号是非双耳声的声音信号。

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