CN101835072A - 虚拟环绕声处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明虚拟环绕声处理方法，其包括以下步骤：测得虚拟声源点N处传输函数HRTF(c，0)；确定待知虚拟声源点M距离人脑中心处的水平距离设为f；经过人脑双耳和所述待知虚拟声源点M点分别作两条直线与所述虚拟声源点N所在的圆相交至L点和P点，所述L点和P点分别与y轴所成的角为a、b，设所述角度a和角度b的传输函数HRTF分别为HaR，HaL，HbR，HbL；依据已测得所述虚拟声源点N的传输函数HRTF，推导出HaR，HaL，HbR，HbL；将R*HaR输入至右耳，将R*HbL输入至左耳，即得到所述待知虚拟声源点M。本发明所述虚拟环绕声处理方法具有减少测量传输函数HRTF次数而得到待知虚拟声源点的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对耳机音响系统的虚拟环绕声处理方法。
背景技术
当用耳机欣赏立体声音乐时，为了增加立体声的包围感，我们会采用虚拟环绕声的方法，对音乐信号进行信号处理，产生不同角度不同方位的虚拟声源，加入到原始音乐信号中，增加音乐的包围感、立体感。
由于人耳的耳廓效应，到达耳膜的声波频谱特征是与声源的方向有关，人耳的听觉系统在功能上相当于一个与声音空间方向有关的滤波器，对不同空间方向声音的频谱信息，都通过该滤波器处理到达耳膜，该频率特性称为人脑音频变换函数HRTF(Head-Related Transfer Function)。
当虚拟不同方向声源时，需要用到传输函数HRTF。比如，输入的音乐信号分为L信号和R信号，虚拟水平方向、与人脑双耳垂线呈60度角的虚拟声源时，需要用到该方向的传输函数HRTF，即HRTF(60，0)。
图1是声源点A与人脑双耳垂线成60度角的HRTF函数传输路径示意图。图1中，60度方向是指以人脑中心作为原点与y轴的角度，设定声源点A位于60度方向时到左耳的传输函数HRTF为H60L，而到右耳的传输函数HRTF为H60R。由于轴对称性，声源位于300度方向的传输函数HRTF为到左耳H60R，到右耳H60L。
传输函数HRTF需要利用人脑和音频测试系统来测量获得，假设已测得声源距离1.4m处传输函数HRTF的数据，便可以虚拟出距离人脑中心1.4m处的虚拟声源：
将L信号虚拟成300度方向的声源，需要L*H60R输入左耳，L*H60L输入右耳；
将R信号虚拟成60度方向的声源，需要R*H60L输入左耳，R*H60R输入右耳；其中，*代表卷积。
此时，由传输函数HRTF可以得到距离人脑中心1.4m处，方位是60度角的虚拟声源点A。
如果需要得到距离人脑中心其他距离的虚拟声源点的数据，如距离人脑中心0.3m处的虚拟声源点的数据，需要再次测量0.3m处的传输函数HRTF。然而，每一次测量传输函数HRTF不仅复杂且耗时。
由此看来，有必要提供一种虚拟环绕声处理方法，可以有效减少测量传输函数HRTF次数而得到虚拟声源点。
发明内容
针对现有测量传输函数HRTF复杂且耗时的问题，本发明提供一种有效减少传输函数HRTF测量次数而得到虚拟声源点的虚拟环绕声处理方法。
一种虚拟环绕声处理方法，包括以下步骤：
提供一耳机，耳机内置处理芯片，该处理芯片中预存头部相关传递函数HRTF，测得虚拟声源点N的传输HRTF函数(c，0)，设虚拟声源点N的方位角为c；
确定待知虚拟声源点M距离人脑中心处的水平距离设为f；
经过人脑双耳和所述待知虚拟声源点M点分别作两条直线与所述虚拟声源点N所在的圆相交至L点和P点，所述L点和P点分别与y轴所成的角为a、b，设所述角度a和角度b的传输函数HRTF分别为HaR，HaL，HbR，HbL；
处理芯片依据已测得所述虚拟声源点N的传输函数HRTF，推导出HaR，HaL，HbR，HbL；
耳机将R*HaR输入至右耳，将R*HbL输入至左耳，即得到所述待知虚拟声源点M。
作为上述虚拟环绕声处理方法的进一步改进，当输入耳机音响系统的音乐信号分为L信号和R信号时，通过虚拟环绕处理之后的音乐信号应该为：
Lout＝mxL+L*H60R+R*H60L；
Rout＝mxR+R*H60R+L*H60L，其中*代表卷积，m是系数，指调节原始信号在处理后信号中的比例。
作为上述虚拟环绕声处理方法的进一步改进，所述虚拟声源点N是将R*HcL输入左耳，R*HcR输入右耳获得。
作为上述虚拟环绕声处理方法的进一步改进，所述虚拟声源点N的方位角c是60度。
作为上述虚拟环绕声处理方法的进一步改进，所述待知虚拟声源点M与所述虚拟声源点N处于方位角相同。
作为上述虚拟环绕声处理方法的进一步改进，所述虚拟声源点N距离人脑中心处的距离为1.4m。
作为上述虚拟环绕声处理方法的进一步改进，所述待知虚拟声源点M距离人脑中心处的水平距离f为0.3m。
本发明所述虚拟环绕声处理方法中，只需测量某一虚拟声源点的传输函数HRTF，就可在已测得传输函数HRTF值的基础上通过几何作图的方法推导出位于同一方位、不同水平方向的另一虚拟声源点，减少测量传输HRTF的次数。
综上所述，所述虚拟环绕声处理方法具有减少测量传输函数HRTF次数而得到虚拟声源点的特点。
附图说明
图1是与本发明相关的HRTF函数传输路径示意图。
图2是本发明虚拟环绕声处理方法中HRTF函数传输路径示意图。
图3是图2中HRTF函数(60，0)的冲击响应时域图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的虚拟环绕声处理方法进行说明。
本发明提供一种虚拟环绕声处理方法，其主要目的是如何通过已测得某方位虚拟声源点的传输函数HRTF来得到同方位、不同水平方向处的虚拟声源点。
图2是本发明虚拟环绕声处理方法的HRTF函数传输路径示意图。图2中，虚拟声源点N沿水平方向、与人脑双耳垂线成c度方位角，该方向传输函数HRTF，即HRTF(c，0)。本实施方式中，c取60度。
图3是HRTF(60，0)的冲击响应时域图。图3中上图为左耳的传输函数H60L，下图为右耳的传输函数H60R。传输函数HRTF需要利用人脑和音频测试系统来测量获得，图3中传输函数HRTF是所述虚拟声源点N距离人脑水平方向1.4m测得的数据。
所述虚拟声源点N的60度方位角是指以人脑的中心作为原点与y轴所夹的角，设定所述虚拟声源点N位于60度角时到人脑左耳的传输函数HRTF为H60L，到人脑右耳的传输函数HRTF为H60R。
当输入耳机音响系统的音乐信号分为L信号和R信号时，利用图3中的数据，可以虚拟出沿水平方向、距离人脑中心1.4m处的所述虚拟声源点N：
将L信号虚拟成300度方向的声源，需要L*H60R输入左耳，L*H60L输入右耳；
将R信号虚拟成60度方向的声源，需要R*H60L输入左耳，R*H60R输入右耳；
那么，通过虚拟环绕处理之后的音乐信号应该为：
Lout＝mxL+L*H60R+R*H60L；
Rout＝mxR+R*H60R+L*H60L
其中，*代表卷积，m是系数，指调节原始信号在处理后信号中的比例。
如此，图2中所述虚拟声源点N即表示距离人脑中心1.4m、方位为60度角的虚拟声源点。即是说，将R*H60L输入左耳，R*H60R输入右耳，便能感觉到声音是从该点发出。
接着，利用已测得1.4m处传输函数HRTF的数据虚拟距离人脑中心的水平距离为f、与人脑的双耳垂线呈角度方向仍为60度角的第二位置，即待知虚拟声源点M。本实施方式中，f取0.3m。
具体做法如下所述：
如图3所示，通过双耳和所述待知虚拟声源点M作两条直线与以人脑中心为圆点、1.4m为半径的圆相交至L点和P点，得到虚线OL和虚线OP，所述虚线OL与y轴所成角设为a，所述虚线OP与y轴所成角设为b。由于HRTF函数的最初一些采样点近似为零，对应的是声源到双耳的传输延时，即声音从声源处传输到双耳所用时间里的采样值为零。图3中，L点到右耳与M点到右耳的传输函数在最初的若干零值采样点不同，同理，P点到左耳与M点到左耳的传输函数在最初的若干零值采样点不同。而L点到M点与P点到M点的采样点最多只相差几个点，可以近似为相等。所以，可以用角度a与b的传输函数HRTF代替60度的传输函数HRTF。
即是说，只要知道1.4m处，角度a和角度b的传输函数HRTF、HaR、HaL、HbR与HbL，即可虚拟出所述待知虚拟声源点M：将R*HaR输入至右耳，将R*HbL输入至左耳，即能感觉到声音是从所述待知虚拟声源点M发出。
根据轴对称原理，也可虚拟出所述待知虚拟声源点M关于y轴对称在以0.3m为半径的圆上的另一点的虚拟声源：将L*HbL输入至右耳，将L*HaR输入至左耳即可。
本发明所述虚拟环绕声处理方法，通过已测得1.4m处的传输函数HRTF数据，利用几何作图方法，得出角度a和角度b后，再依据已测得的传输函数HRTF(60，0)值，即可推导出0.3m处的传输函数HRTF值，无需再次测量0.3m处的传输函数HRTF值，减少测量传输函数HRTF的次数而得到想要的所述待知虚拟声源点M。
故，本发明所述虚拟环绕声处理方法，只需测量某一虚拟声源点的传输函数HRTF，就可在已测得传输函数HRTF值的基础上通过几何作图的方法推导出同一方位、不同水平方向的另一虚拟声源点，减少测量传输HRTF的次数。
而HRTF函数的计算，可以借助内置在耳机中的处理芯片处理，该处理芯片中预存HRTF函数。
综上所述，所述虚拟环绕声处理方法具有减少测量传输HRTF函数次数而得到虚拟声源点的特点。
以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于耳机音响系统的虚拟环绕声处理方法，包括以下步骤：
提供一耳机，耳机内置一处理芯片，该处理芯片中预存头部相关传递函数HRTF，测得虚拟声源点N的传输函数HRTF(c，0)，设虚拟声源点N的方位角为c；
确定待知虚拟声源点M距离人脑中心处的水平距离设为f；
经过人脑双耳和所述待知虚拟声源点M点分别作两条直线与所述虚拟声源点N所在的圆相交至L点和P点，所述L点和P点分别与y轴所成的角为a、b，设所述角度a和角度b的传输函数HRTF分别为HaR，HaL，HbR，HbL；
处理芯片依据已测得所述虚拟声源点N的传输函数HRTF，推导出HaR，HaL，HbR，HbL；
耳机将R*HaR输入至右耳，将R*HbL输入至左耳，即得到所述待知虚拟声源点M。
2.根据权利要求1所述的虚拟环绕声处理方法，其特征在于：当输入耳机音响系统的音乐信号分为L信号和R信号时，通过虚拟环绕处理之后的音乐信号应该为：
Lout＝mxL+L*H60R+R*H60L；
Rout＝mxR+R*H60R+L*H60L，其中*代表卷积，m是系数，指调节原始信号在处理后信号中的比例。
3.根据权利要求2所述的虚拟环绕声处理方法，其特征在于：所述虚拟声源点N是将R*HcL输入左耳，将R*HeR输入右耳获得。
4.根据权利要求3所述的虚拟环绕声处理方法，其特征在于：所述虚拟声源点N的方位角c是60度。
5.根据权利要求4所述的虚拟环绕声处理方法，其特征在于：所述待知虚拟声源点M与所述虚拟声源点N处于方位角相同。
6.根据权利要求5所述的虚拟环绕声处理方法，其特征在于：所述虚拟声源点N距离人脑中心处的距离为1.4m。
7.根据权利要求6所述的虚拟环绕声处理方法，其特征在于：所述待知虚拟声源点M距离人脑中心处的水平距离f为0.3m。
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