CN101816193A - 用于多声道声音重现系统的低频管理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于多声道声音重现系统的低频管理。本发明一般涉及声音重现系统和方法，具体涉及记录在低频效果(LFE)声道的低频信号分量的重现。根据本发明，所提供的系统包括：n个输入声道(1，2，3)，用于接收多声道声音信号；至少一个输入声道(4)，用于接收低频效果(LFE)信号；n个输出声道(13，14，15)，用于将信号从系统提供给例如扬声器(31，32，33)的各个换能器；对于每个所述输入声道(1，2，3)，高通滤波器装置(5，6，7)从所述各个输入声道(1，2，3)接收信号，并将对应的高通滤波后的信号(22，23，24)提供给各个第二加法装置(16，17，18)；对于每个所述输入声道(1，2，3)，低通滤波器装置(8，9，10)从所述各个输入声道(1，2，3)接收信号，并将对应的低通滤波后的信号提供给第一加法装置(12)；对于用于接收低频效果(LFE)信号的所述至少一个输入声道(4)，增益装置(11)接收所述低频效果(LFE)信号，并将输出信号(35)提供给所述第一加法装置(12)；对于每个所述输出声道(13，14，15)，每个LFE信号处理装置(19，20，21)从所述第一加法装置(12)接收信号，并将处理后的输出信号提供给所述各个第二加法装置(16，17，18)；每个所述第二加法装置(16，17，18)具有与每个所述输出声道(13，14，15)连接的输出；由此，每个所述输出声道(13，14，15)分别将处理后的输出信号提供给每个例如扬声器(31，32，33)的所述换能器。

Description

用于多声道声音重现系统的低频管理
技术领域
本发明一般涉及声音重现系统和方法，具体涉及记录在低频效果(LFE)声道中的低频信号分量的重现。
背景技术
用于多声道回放的现有低音管理系统被设计用于硬件配置，该配置包括许多不能重现节目素材中超低频内容的扬声器。从而，利用分频网络(crossovernetwork)将信号划分为低频和高频分量。高频分量由“主”扬声器产生。相应的低频分量通常相互之间以及与低频效果(LFE)声道(适用的)进行相加，并传送给被称为“低音炮”的专用低频扬声器。图1示出了用于5.1声道节目素材的这样的现有系统的简单示例。
图1示出用于每个全带宽声道的各自的分频网络，该全带宽声道的每个低频输出被路由(route)到加法总线(LFE声道混合总线)。此外，通常将LFE声道提高10dB并添加到相同的加法总线。然后将该组合后的信号路由到低音炮的放大器。假如主扬声器具有匹配特性，则分频特性也将在声道之间匹配。但是，假如扬声器不匹配(例如，当环绕扬声器已经降低了低音处理的电位)，每个声道的分频特性可以根据相应扬声器的需求进行调整。
发明内容
本发明的原理基于这样的事实，如果在包括几个扬声器的扬声器系统中的每个扬声器的声压源(sound pressure source)近似，则在聆听位置的声压总量是由每个单独的扬声器产生的各自的声压的总和。在实际情况中，这种近似在低频带愈加正确。因此，在很低频下，如果相干信号被提供给所有扬声器，则这些可以看作是单个较大的扬声器一致地工作。
根据本发明，上述原理被用于对单个低音炮提供一种替换方式。因此，根据本发明，相加的低频声道作为在所有声道中相干的信号被路由回主扬声器，而不是如图1中示出的现有系统，将相加的低频声道连接到单个的低频扬声器。
在信号加回到各自的扬声器输出之前，这种重定位一般需要将相加的低频声道信号经过适当的处理。特别地，该处理可以是在加回到各自的扬声器输出之前施加到低频声道的增益。该增益依赖于至少两个因素：
1、配置中扬声器的数量。系统中的扬声器越多，加入其中的低频声道的增益越低。
2、连接到给定输出声道的扬声器的低音功率处理能力。可能存在这种情况，即使在低频下稳定的中等水平(ever moderate level)，扬声器也不能可靠地重现。在这种情况下，应该相应地减少路由到特定扬声器的低频声道的增益。如果一个或多个扬声器受到以更高的水平重现低频的限制的性能，但这个问题可以通过在将处理后的信号加回到各自的扬声器输出之前在相加后的低频声道上引入信号的频率相关处理来解决。而且，可引入适当的压缩限制器，并结合增益/衰减装置和频率相关处理装置(滤波器或均衡器)来避免各自扬声器过载的风险。
应用本发明的原理，可因此避免使用低音炮，而没有使具有强大的低频信号分量的主扬声器(输出声道1到n)过载的风险。
根据本发明的第一方面，提供用于多声道声音信号重现的系统，包括：
a)n个输入声道，用于接收多声道声音信号；
b)至少一个输入声道，用于接收低频效果(LFE)信号；
c)n个输出声道，用于将信号从系统提供给例如扬声器的各个换能器；
d)对于每个所述输入声道，高通滤波器装置从所述各个输入声道接收信号，并将对应的高通滤波后的信号提供给各个第二加法装置；
e)对于每个所述输入声道，低通滤波器装置从所述各个输入声道接收信号，并将对应的低通滤波后的信号提供给第一加法装置；
f)对于用于接收低频效果(LFE)信号的所述至少一个输入声道，增益装置接收所述低频效果(LFE)信号，并将输出信号提供给所述第一加法装置；
g)对于每个所述输出声道，每个LFE信号处理装置从所述第一加法装置接收信号，并将处理后的输出信号提供给所述各个第二加法装置；
h)每个所述第二加法装置具有与每个所述输出声道连接的输出；
由此，每个所述输出声道分别将处理后的输出信号提供给每个例如扬声器的所述换能器。
根据本发明的系统的一个特定实施例，LFE信号处理装置提供从所述第一加法装置接收的所述信号的频率无关增益或频率无关衰减。
根据本发明的系统的另一特定实施例，LFE信号处理装置的特征在于频率相关传递函数Gi(f)。
根据本发明的系统的又一特定实施例，LFE信号处理装置包括限制器，用于限制出现在第一加法装置中的强大的信号分量。
应当理解，根据本发明还可以应用上述提到的频率无关增益/衰减、频率相关传递函数和限制器的任意组合。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于多声道声音信号重现的方法，该信号由n个输入信号、至少一个低频效果(LFE)信号和n个输出信号组成，其中该方法包括：
i.对于每个所述输入信号，提供高通滤波后的信号；
ii.对于每个所述输入信号，提供低通滤波后的信号；
iii.对于每个所述至少一个低频效果(LFE)信号，处理各个信号，从而提供各个放大的或衰减的低频效果(LFE)输出信号，所述放大或衰减可具体等于1(0dB)；
iv.在第一加法装置中将每个所述低通滤波后的信号和所述至少一个放大的或衰减的低频效果(LFE)输出信号进行相加，从而得到相加的信号；
v.提供每个所述n个输出信号，以便各个n个输出信号的每一个由所述高通滤波的信号的相应信号和所述相加的信号的处理的形式相加而得，所述处理以传递函数Gi(f)为特征，其中i表示特定的输出信号，Gi(f)是频率无关增益或频率无关衰减，该增益或衰减可具体等于1(equal to unity)，或Gi(f)是频率相关传递函数以及Gi(f)可另外地包括限制所述相加的信号的水平。
附图说明
结合附图图示并参考本发明下面的实施例的具体说明，可以更好地理解本发明。
图1示出一种现有技术中用于多声道媒体的低音管理系统的典型实现方式，其中垂直线代表加法总线(summing bus)，在加法总线加入来自连接到各个输入声道的每一个的低通滤波器的信号；和
图2示出根据本发明的系统的实施例。
具体实施方式
参考图1，示出现有技术中用于多声道媒体的低音管理系统，该系统包括n个输入声道1、2和3，以及具体用于向该系统输入低频效果(LFE)信号的专用输入声道4。该系统进一步包括n个输出声道13、14和15以及为低频扬声器单元(低音炮)提供输出信号的专用输出声道16。图1所示现有技术的系统进一步包括n个分频布置，每个布置包括高通滤波器5、6、7和低通滤波器8、9、10。各个高通滤波器的每一个耦接到对应的输入声道，并将高通信号提供给各个输出声道。因此，n个输出声道13、14、15不接收这种低频信号分量，其中连接到各个输出声道的扬声器并不会对其进行处理，并且由于在各个扬声器单元中的非线性失真的产生，因此可能会导致各个扬声器单元的过载并伴随相应的音质退化。
n个输入声道的每一个分别进一步连接到低通滤波器8、9、10，并且来自于这些低通滤波器的每一个的各个输出信号连接到加法总线(LFE声道混合总线)12，从而将来自于n个输入声道的每一个的低频分量在通过各个低通滤波器8、9、10之后在单个总线中相加到一起。另外，在已将适当的增益11提供给LFE输入信号之后，可选地将LFE输入声道4上的输入信号提供给加法总线(LFE混合总线)12。
加法总线(LFE声道混合总线)12上的相加的信号通过系统的输出声道16提供给适当的低音炮34。
应当指出，虽然本说明书全文引用“加法总线”或者“LFE声道混合总线”，但是还可采用其他适合的加法装置，例如根据本发明的系统和方法的模拟实施方式中的加法放大器，并且这种替代的实施方式也将落入本发明的保护范围。
图2示出根据本发明的系统的一个实施例。图2中与图1中元件相同的元件标示为相同的附图标记。如图1所示的现有技术的系统中，在附图标记为1、2、3的n个单独的输入声道的每一个中的信号分量，被分频布置1到n中的高通滤波器5、6、7和低通滤波器8、9、10划分为提供给各个高通滤波器5、6、7的输出22、23、24的高频分量和提供给各个低通滤波器8、9、10的输出25、26、27的低频分量。如在图1所示的现有技术的系统，来自低通滤波器各个输出被提供给LEF声道混合总线12。如图2所示的根据本发明的系统进一步包括加法单元16、17、18，为各个输出声道13、14、15提供各个输出信号。如图2所示的根据本发明的特定实施例，该系统进一步包括增益或加权单元G1(f)，G2(f)，Gn(f)(附图标记19、20、21)，通过该单元，将在加法总线(LFE声道混合总线)12上相加的低频信号提供给各个加法单元16、17、18之前，可以对该信号进行单独地处理(例如放大、衰减、滤波、频率整形或限制)。在每一个各自的增益或加权单元G1(f)、G2(f)、Gn(f)执行处理之后，各个加法单元16、17、18的每一个分别从对应的高通滤波器5、6、7接收输出信号22、23、24，并且从加法总线(LFE声道混合总线)12接收相加的低通信号。因此，各个输出声道13、14、15的每一个从相应的输入声道1、2、3接收高通信号分量22、23、24，并且从加法总线(LFE声道混合总线12)接收相加(并经过适当单独地处理)的低频信号。

Claims (5)

1.用于多声道声音信号重现的系统，包括：
a)n个输入声道(1，2，3)，用于接收多声道声音信号；
b)至少一个输入声道(4)，用于接收低频效果LFE信号；
c)n个输出声道(13，14，15)，用于将信号从该系统提供给例如扬声器(31，32，33)的各个换能器；
d)对于每个所述输入声道(1，2，3)，高通滤波器装置(5，6，7)从所述各个输入声道(1，2，3)接收信号，并将对应的高通滤波后的信号(22，23，24)提供给各个第二加法装置(16，17，18)；
e)对于每个所述输入声道(1，2，3)，低通滤波器装置(8，9，10)从所述各个输入声道(1，2，3)接收信号，并将对应的低通滤波后的信号(25，26，27)提供给第一加法装置(12)；
f)对于用于接收低频效果LFE信号的所述至少一个输入声道(4)，增益装置(11)接收所述低频效果LFE信号，将将输出信号(35)提供给所述第一加法装置(12)；
g)对于每个所述输出声道(13，14，15)，每个低频效果LFE信号处理装置(19，20，21)从所述第一加法装置(12)接收信号，并将处理后的输出信号(28，29，30)提供给所述各个第二加法装置(16，17，18)；
h)每个所述第二加法装置(16，17，18)具有与每个所述输出声道(13，14，15)连接的输出；
由此，每个所述输出声道(13，14，15)分别将处理后的输出信号提供给每个例如扬声器(31，32，33)的所述换能器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述低频效果LFE信号处理装置(19，20，21)提供从所述第一加法装置(12)接收的所述信号的频率无关增益或频率无关衰减。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述低频效果LFE信号处理装置(19，20，21)以频率相关传递函数Gi(f)为特征。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述低频效果LFE信号处理装置(19，20，21)包括限制器装置，用于限制从所述第一加法装置(12)提供给低频效果LFE信号处理装置(19，20，21)的信号的水平。
5.一种用于多声道声音信号重现的方法，该信号包括n个输入信号(1，2，3)，至少一个低频效果LFE信号(4)和n个输出信号(13，14，15)；该方法包括：
i.对于每个所述输入信号，提供高通滤波后的信号(22，23，24)；
ii.对于每个所述输入信号，提供低通滤波后的信号(25，26，27)；
iii.对于每个所述至少一个低频效果LFE信号(4)，处理各个信号，从而提供各个放大的或衰减的低频效果LFE输出信号(35)，所述放大或衰减可具体等于1(0dB)；
iv.在加法装置(12)中对每个所述低通滤波后的信号(25，26，27)和所述至少一个放大的或衰减的低频效果LFE输出信号(35)进行相加，从而得到相加的信号；
v.提供所述n个输出信号(13，14，15)中的每一个，以便各个n个输出信号的每一个由所述高通滤波的信号(22，23，24)的相应信号和所述相加的信号(12)的处理形式相加(16，17，18)而得，所述处理以传递函数Gi(f)(19，20，21)为特征，其中i表示特定的输出信号，Gi(f)是频率无关增益或频率无关衰减，该增益或衰减可具体等于1和/或Gi(f)是频率相关传递函数和/或Gi(f)包括限制在所述相加的信号(12)中的强大的信号分量。
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