CN102668596A - 用于对产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统。多个扬声器相对于聆听区域位于前方。多个扬声器包括外左扬声器、内左扬声器、内右扬声器和外右扬声器。多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号、和基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号。该方法包括以特定的方式对基于前方偏左、基于前方偏右、后基础左倾斜和基于后方偏右的一个或多个音频信号进行滤波以及调节相位和幅度，并将一个或多个经过处理的音频信号以特定的方式传输到外左扬声器、外右扬声器、内左扬声器和内右扬声器。

Description

用于对产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统
技术领域
本发明涉及用于将用于在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统，其中，当从聆听区域观察时，多个扬声器一般定位在前方。
背景技术
理想地，从多通道音频源向聆听区域产生声信号的环绕声音回放系统应该具有位于聆听区域的所有角落处的扬声器以与带有多通道音频源的特定方向输出的每个音频通道的指定位置对应。例如，5.1通道音频源具有左前音频通道、右前音频通道、中心音频通道、左后音频通道、右后音频通道和低频效果音频通道，聆听区域应该具有包括重低音扬声器在内的六个扬声器，分别位于指定的左前、右前、中心、左后和右后音频通道位置处。重低音扬声器的位置优选地位于聆听区域的前方，对中地定位并靠近墙壁放置。
实际上，根据多通道音频源的音频通道的指定位置来定位扬声器是不方便且困难。通常，给扬声器提供电力的干线定位在聆听区域的前方，并且布线连接到后扬声器是个问题。对此问题的解决是仅使用在位于前方的扬声器。然而，这引入了另一个问题，缺少环绕声音效果，尤其是缺少来自后方的声信号。
存在着一种试图使用在位于前方的扬声器来提供环绕声音效果的音频系统。它们通常使用数字信号处理器以执行复杂的运算来产生虚拟化的后环绕声音效果，这比较昂贵。在不使用数字信号处理器的情况下，这种音频系统将变得复杂且难以实施。此外，无论是否使用数字信号处理器，这种传统的音频系统一般产生尖锐且窄的声像，如图1A所示，这不期望地限制了能够体验所产生的环绕声音效果的区域。
因而，需要提供至少解决以上问题的用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法，所述多个扬声器相对于所述聆听区域位于前方，所述多个扬声器包括外左扬声器、内左扬声器、内右扬声器和外右扬声器，所述多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号和基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号，该方法包括以下步骤：(a)调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号；(b)调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号；(c)调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号；(d)调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号；(e)对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号进行滤波，该步骤(e)的滤波包括使被滤波的信号的高频成分衰减；(f)对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号进行滤波，该步骤(f)的滤波包括使被滤波的信号的高频成分衰减；(g)调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；(h)调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；(i)将基于前方偏左的所述一个或多个音频信号、基于后方偏左的所述一个或多个音频信号和在步骤(g)调节的所有信号传输到所述外左扬声器；(j)将基于前方偏右的所述一个或多个音频信号、基于后方偏右的所述一个或多个音频信号和在步骤(h)调节的所有信号传输到所述外右扬声器；(k)将基于中心的所述一个或多个音频信号和在步骤(e)滤波的所有信号传输到所述内左扬声器；并且(l)将基于中心的所述一个或多个音频信号和在步骤(f)滤波的所有信号传输到所述内右扬声器。
所述方法还可以包括以下步骤：将所述一个或多个低频效果音频信号传输到所述多个扬声器中的用于音频低音产生的重低音扬声器。
所述方法还可以包括以下步骤：对所述多通道音频信号中的每一者进行低通滤波；在步骤(i)、(j)、(k)和(l)开始之前将除了所述一个或多个低频效果音频信号以外的所述多通道音频信号中的每一者进行高通滤波；并且将经过低通滤波的所述多通道音频信号传输到所述多个扬声器中的用于音频低音产生的重低音扬声器，其中，步骤(e)和(f)的滤波包括对在步骤(e)和(f)滤波的信号进行高通滤波。
所述的方法还可以包括，在步骤(a)和(b)调节幅度可以以在0.35到0.75的范围内的第一缩放因子调节所述信号。
所述的方法还可以包括，在步骤(c)和(d)调节幅度可以以在0.7到1.5的范围内的第二缩放因子调节所述信号。
所述的方法还可以包括以在0.5到1的范围内的第三缩放因子调节基于前方偏左和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度。
所述的方法还可以包括以负3分贝调节基于中心的所述一个或多个音频信号的幅度。
所述方法还可以包括用于将立体通道音频信号转换成用于在所述多个扬声器上产生环绕声音的音频输入信号的步骤，所述步骤包括：将所述立体通道音频信号的左通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏左的音频信号；将所述立体通道音频信号的右通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏右的音频信号；并且将零信号设置为所述一个或多个低频效果音频信号中的每一者以及基于中心、基于后方偏左和基于后方偏右的所述一个或多个音频信号中的每一者。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的音频系统，所述多个扬声器相对于所述聆听区域位于前方，所述多个扬声器包括外左扬声器、内左扬声器、内右扬声器和外右扬声器，所述多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号、以及基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号，所述音频系统包括：第一调节装置，其用于调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号；第二调节装置，其用于调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号；第一缩放装置，其用于调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号；第二缩放装置，其用于调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号；第一滤波装置，其用于对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号进行滤波，所述第一滤波装置使信号的高频成分衰减；第二滤波装置，其用于对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号进行滤波，所述第二滤波装置使信号的高频成分衰减；第一相位调节装置，其用于调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；以及第二相位调节装置，其用于调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者，所述外左扬声器接收基于前方偏左的所述一个或多个音频信号、基于后方偏左的所述一个或多个音频信号和由所述第一相位调节装置调节的所有信号，所述外右扬声器接收基于前方偏右的所述一个或多个音频信号、基于后方偏右的所述一个或多个音频信号和由所述第二相位调节装置调节的所有信号，所述内左扬声器接收基于中心的所述一个或多个音频信号和由所述第一滤波装置调节的所有信号，所述内右扬声器接收基于中心的所述一个或多个音频信号和由所述第二滤波装置调节的所有信号。
所述音频系统还可以包括接收用于音频低音产生的所述一个或多个低频效果音频信号的重低音扬声器。
所述音频系统还可以包括低通滤波装置，其用于对所述多通道音频信号的每一者进行滤波；高通滤波装置，其用于在所述外左扬声器、所述外右扬声器、所述内左扬声器和所述内右扬声器接收任何音频信号之前对除了所述一个或多个低频效果音频信号以外的所述多通道音频信号的每一者进行滤波；以及重低音扬声器，其接收用于音频低音产生的经过低通滤波的所述多通道音频信号中的每一者，其中，由所述第一滤波装置和所述第二滤波装置执行的滤波是高通滤波。
所述第一调节装置和所述第二调节装置可以以在0.35到0.75的范围内的第一缩放因子调节所述信号。
所述第一缩放装置和所述第二缩放装置可以以在0.7到1.5的范围内的第二缩放因子调节所述信号。
所述音频系统还可以包括第三缩放装置，其用于以在0.5到1的范围内的第三缩放因子调节基于前方偏左和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度。
可以以负3分贝调节基于中心的所述一个或多个音频信号的幅度。
在将立体通道音频信号转换成用于在所述多个扬声器上产生环绕声音的音频输入信号时，可以将所述立体通道音频信号的左通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏左的音频信号；可以将所述立体通道音频信号的右通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏右的音频信号；并且可以将零信号设置为所述一个或多个低频效果音频信号中的每一者以及基于中心、基于后方偏左和基于后方偏右的所述一个或多个音频信号中的每一者。
所述外左扬声器、所述内左扬声器、所述外右扬声器和所述内右扬声器可以面向所述聆听区域，并可以沿着扬声器轴线间隔开，所述扬声器轴线被界定为经过所述扬声器的外左、内左、内右和外右位置的直线。
所述重低音扬声器可以位于所述内左扬声器和所述内右扬声器之间。
所述重低音扬声器可以位于所述内左扬声器和所述内右扬声器之间。
所述外左扬声器安装所在的第一平面可以以相对于所述内左扬声器安装所在的第二平面成第一角布置；以及所述外右扬声器安装所在的第三平面可以以相对于所述内右扬声器安装所在的第四平面成第二角布置。。
所述外左扬声器或所述外右扬声器可以分别堆叠在所述内左扬声器或所述内右扬声器以上或以下。
所述第一角和所述第二角的每一者均可以在90到180度的范围内。
所述第一角或所述第二角的每一者的值可变。
所述多个扬声器可以被包含在单个外壳内。
根据本发明的又一方方面，提供一种数字信号处理器，其用于执行用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法，所述多个扬声器相对于所述聆听区域位于前方，所述多个扬声器包括外左扬声器、内左扬声器、内右扬声器和外右扬声器，所述多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号和基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号，该方法包括以下步骤：(a)调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号；(b)调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号；(c)调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号；(d)调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号；(e)对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号进行滤波，该步骤(e)的滤波包括使被滤波的信号的高频成分衰减；(f)对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号进行滤波，该步骤(f)的滤波包括使被滤波的信号的高频成分衰减；(g)调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；(h)调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；(i)将基于前方偏左的所述一个或多个音频信号、基于后方偏左的所述一个或多个音频信号和在步骤(g)调节的所有信号传输到所述外左扬声器；(j)将基于前方偏右的所述一个或多个音频信号、基于后方偏右的所述一个或多个音频信号和在步骤(h)调节的所有信号传输到所述外右扬声器；(k)将基于中心的所述一个或多个音频信号和在步骤(e)滤波的所有信号传输到所述内左扬声器；并且(l)将基于中心的所述一个或多个音频信号和在步骤(f)滤波的所有信号传输到所述内右扬声器。
附图说明
结合附图，根据仅作为示例的以下说明，本发明的实施例对于本领域的一般技术人员将变得更好理解和清楚。在附图中：
图1A示出传统的具有产生尖锐且窄的声像的两个扬声器的音频系统的俯视图。
图1B示出了传统的具有产生宽且扩散的声像的两个扬声器的音频系统的俯视图。
图1示出了使用中的本发明的示例实施例的音频系统的俯视图。
图2示出了本发明的示例实施例的音频系统的部件的框图。
图3图示由本发明的示例实施例的音频系统产生的虚拟化声音。
图4示出与本发明的示例实施例的音频系统相关的频率响应图。
图5示出与本发明的示例实施例的音频系统相关的频率响应图。
图6示出了本发明的示例实施例的音频系统的部件的框图。
图7示出了与本发明的示例实施例的音频系统相关的频率响应图。
图8示出了本发明的示例实施例的音频系统的部件的框图。
图9示出由本发明的示例实施例的音频系统产生的虚拟化声音。
图10示出与本发明的示例实施例的音频系统相关的频率响应图。
图11示出了本发明的示例实施例的音频系统的部件的框图。
图12示出了由本发明的示例实施例的音频系统执行的方法的流程图。
图13示出本发明的各种示例实施例的音频系统的俯视图。
图14示出了本发明的示例实施例的音频系统的俯视图和正视图。
具体实施方式
图1图示本发明示例实施例的音频系统100的俯视图。音频系统100对用于在四个扬声器104、106、108和110和重低音扬声器126上向聆听区域1产生的环绕声音的多通道音频信号进行处理。一般而言，本发明的示例实施例以使用简单电路而有利地实施并且还提供由在四个扬声器102、104、106和108处产生的宽且扩散的声像所表征的良好的环绕声音品质的方式来处理多通道音频信号，这与一些传统的音频系统产生的更加尖锐且更窄的声像相反。图1B图示宽和扩散的声像如何由两个扬声器产生。
应理解，尽管音频系统100示出四个扬声器104、106、108和110和重低音扬声器126，但是扬声器的数目在本发明的其他示例实施例中可以是四个以上。还可以有一个以上的重低音扬声器。为了图示的目的，在图1中还包括位于聆听区域102的中心处的收听者。
在示例实施例中，四个扬声器104、106、108和110和重低音扬声器126被包含在单个外壳内(在此情况下，是细长矩形体124)。四个扬声器104、106、108和110和重低音扬声器126面向聆听区域102，并沿着被界定为经过四个扬声器的外左、内左、内右和外右位置的直线的扬声器轴线116而间隔开。四个扬声器104、106、108和110构成两对扬声器(扬声器104和106是一对，扬声器108和110是另一对)，各对对称地设置在细长矩形体124的左右两侧上。四个扬声器即为外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110。重低音扬声器126定位在内左扬声器106和内右扬声器108之间。
应理解，图1中所有四个扬声器104、106、108和110以及重低音扬声器126为了图示目的而可见。它们在实际实施的俯视图中是不可见的，因为它们会被细长矩形体124的机箱所覆盖。各个扬声器104、106、108、110或126具有一个或多个机电装置，诸如适合于将电模拟声音信号转换为声音的声音转换器。这些扬声器104、106、108、110和126产生的声音可以覆盖全音频范围或者至少音频范围的主要部分。
在示例实施例中，外左扬声器104在细长矩形体124上安装所在的第一平面128相对于内左扬声器106在细长矩形体124上安装所在的第二平面130成约135度的角120。类似地，外右扬声器110在细长矩形体124上安装所在的第三平面132相对于内右扬声器108在细长矩形体124上安装所在的第二平面130成约135度的角122。图1中的箭头图示声音输出的指向性。角120和122分别依赖于外左扬声器104和外右扬声器110的指向性。用于角120和122的值的适合的范围是约90度到约180度。扬声器的指向性是指在聆听区域102中沿着特定方向由各个扬声器所产生的声像覆盖的区域的大小。如果指向性较好，即扬声器的声音散布覆盖宽的区域，则角122能具有比135度小的值。如果指向性较差，即，扬声器的声音散布覆盖较窄的区域，则角122应该具有比135度大的值。
各对扬声器之间的距离(在此实施例中是指内左扬声器106和内右扬声器108之间的距离)确定环绕声音效果的宽广度。将内左扬声器106和内右扬声器108之间的距离进行调节以适合于不同尺寸的聆听区域102。对于此处参照附图描述的实施例，此距离的优选值的范围从约500mm到约1500mm。
应理解，在其他示例实施例中，第一平面128相对于第二平面130的角120和第三平面132相对于第二平面130的角两者可以从90度到180度的范围内变化。
图1中用于在四个扬声器104、106、108和110和重低音扬声器126上产生环绕声音的音频系统100所处理的多通道音频信号可以包括基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个低频效果音频信号和一个或多个音频信号。
为了在示例实施例中图示，图1中的音频系统100所处理的多通道音频信号具体地是5.1音频通道输入，其由离散前左音频信号(FL)、离散前右音频信号(FR)、离散中心音频信号(C)、离散后左音频信号(RL)、离散后右音频信号(RR)和离散低频效果信号(LFE)组成。这些离散信号中的每个与音频通道对应。
图2、6、8、11组合图示了在没有使用数字信号处理器的情况下图1中的音频系统100的电路框图200的示例。音频系统100的电路分成四个单独的图，以使图示更清楚。在实际实施中，音频系统100的电路框图200会包括在图2、6、8和11中建立的所有电路部件。
如之前提及，音频系统100将用于对在四个扬声器104、106、108和110以及重低音扬声器126上向聆听区域(在图1中为102)产生的环绕声音的多通道音频信号(具体地是5.1音频通道输入信号)进行处理。在示例实施例中，重低音扬声器126用于产生声信号的低频成分。四个扬声器104、106、108和110用于产生声信号的高频成分。可以理解，在本发明的仅具有四个扬声器104、106、108和110而没有重低音扬声器126的示例实施例中，四个扬声器104、106、108和110会用于产生声信号的低频和高频成分两者。在一些示例实施例中，重低音扬声器126可以仅产生5.1通道音频信号的离散低频效果信号(LFE)的声信号。
图2示出用于分别处理5.1通道音频信号的离散前左音频信号(FL)222和离散前右音频信号(FR)224的音频系统100的电子部件。图2中的箭头表示信号流的方向。
离散前左音频信号(FL)222被发送到第一高通滤波器202以将离散前左音频信号(FL)222的低频成分滤波掉。可以理解，使用第一高通滤波器202滤波离散前左音频信号(FL)在没有重低音扬声器126的示例实施例中不是必要的，因为在没有重低音扬声器126的情况下，外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110将产生声信号的高频和低频成分两者。
在另一信号路径中，离散前左音频信号(FL)222被发送到第一带通滤波器204，然后到第一逆变器210。第一带通滤波器204通过使离散前左音频信号(FL)在约0.5KHz至20KHz的范围内的高频成分衰减来调节离散前左音频信号(FL)222，以将用于外左扬声器104和内左扬声器106的声音位置虚拟化到到位于外左扬声器104的更左边的距离处的位置(图3中的302)。此衰减在图7中图示。第一带通滤波器204还滤掉离散前左音频信号(FL)222的低频成分，使得仅重低音扬声器126会产生具有低频成分的声信号。逆变器210将时间延迟(即，相移)引入到经衰减的离散前左音频信号(FL)222。时间延迟被引入以延迟耳间串扰，以加宽在聆听区域(图1中的102)中收听者(在图1中的118)感知的声像。
形成虚拟化声音位置(图3中的302和318)的原因是产生能被聆听区域(图1中的102)中的收听者(图1中的118)听见的较宽的立体声像效果。
在离散前左音频信号(FL)222已经被第一带通滤波器204然后被第一逆变器210处理之后，来自第一逆变器210的输出信号以g1的因子缩放，g1在0.5到1的范围内。在示例实施例中，在该节点处g1的值是受位于第一逆变器210的下游(即，在信号离开第一逆变器210之后)的第一放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解，在其他示例实施例中，第一放大器可以结合在第一逆变器210的电路中。此第一放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。
来自第一高通滤波器202的经滤波的输出信号连同来自第一逆变器210的、经过带通滤波和相移且被缩放g1的输出信号随后发送到用于信号放大的第二放大器214，然后传输到用于声音产生的外左扬声器104。
此外，存在另一信号路径，其中经过带通滤波的输出离散前左音频信号(FL)222直接从第一带通滤波器204发送到用于信号放大的第三放大器，然后传输到用于声音产生的内左扬声器106。
与离散前左音频信号(FL)222的处理一样，离散前右音频信号(FR)224被发送到具有与第一高通滤波器202相同设计的第二高通滤波器208以滤掉离散前右音频信号(FR)224的低频成分。类似地，可以理解，使用第二高通滤波器208来对离散前左音频信号(FL)224进行的滤波在没有重低音扬声器126的示例实施例中是不必要的，因为在没有重低音扬声器126的情况下，外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110将产生声信号的高频和低频成分两者。
在另一信号路径中，离散前右音频信号(FR)224被发送到第二带通滤波器206，然后到第一逆变器212。第二带通滤波器206通过使离散前右音频信号(FR)224在约0.5KHz至20KHz的范围内的高频成分衰减来调节离散前右音频信号(FR)224以将用于外右扬声器110和内右扬声器108的声音位置虚拟化到位于外右扬声器108的更右边的距离处的位置(图3中的318)。类似地，此衰减在图7中图示。第二带通滤波器206还滤掉离散前右音频信号(FR)224的低频成分，使得仅重低音扬声器126会产生具有低频成分的声信号。第二逆变器212将时间延迟(即，相移)引入到经过衰减的离散前右音频信号(FR)224。时间延迟被引入以延迟耳间串扰，从而加宽在聆听区域(图1中的102)中收听者(在图1中的118)感知的声像。
在离散前右音频信号(FR)224已经被第二带通滤波器206然后被第二逆变器212处理之后，来自第二逆变器212的输出信号以g1的因子缩放。在示例实施例中，在此节点处g1的值是受位于第二逆变器212的下游(即，在信号离开第二逆变器212之后)的第四放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解，在其他示例实施例中，第四放大器可以结合在第二逆变器212的电路中。此第四放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。
来自第二高通滤波器208的经过滤波的输出信号连同来自第二逆变器212的、经过带通滤波和相移并以g1缩放的输出信号随后发送到用于信号放大的第五放大器220，然后传输到用于声音产生的外右扬声器110。
此外，存在另一信号路径，其中经过带通滤波的输出离散前右音频信号(FR)224被发送到用于信号放大的第六放大器218，然后传输到用于声音产生的内左扬声器106。
前述g1值影响前方偏向声音的广度，更低的g1将使得声音效果被感知为更窄(即，声源对于收听者118似乎更靠近聆听区域102的中心)，并且更高的g1将使得声音效果感知为更广(即，声源对于收听者似乎与来自中心的相反而是来自聆听区域102的更左和更右边)。
要求第二放大器214、第三放大器216、第五放大器220和第六放大器218执行的信号放大，使得足够大的声音信号能由四个扬声器104、106、108和110产生。信号放大之前的每个信号的强度通常最大为2伏特(均方根)。如果非放大信号例如直接发送到4欧姆扬声器，则最多产生仅1瓦特的声音，这被认为是不可接受的。为了使得通常的15瓦特4欧姆的扬声器产生可接受的声音输出水平，信号强度应该放大到约7.7伏特(均方根)以上。
可以理解，第一和第二带通滤波器204和206的高通滤波成分分别在没有重低音扬声器126的示例实施例中省略，因为在没有滤波器126的情况下，外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110将产生高频和低频成分两者。
在图3中图示了外左扬声器104和内左扬声器106的虚拟化的声音输出位置302。参照图3，声音输出a2 314示出在来自外左扬声器104和内左扬声器106的声音输出未被虚拟化的情况下声音行进到位于聆听区域102的中心处的收听者118的右耳306的轨迹。声音输出a2 314被收听者的面部稍微阻挡。声音输出b2 312示出在来自外左扬声器104和内左扬声器106的声音输出被虚拟化到虚拟化声音输出位置302的情况下声音行进到收听者118的右耳306的轨迹。与声音输出a2 314的情况相比，虚拟化声音输出a2 312的轨迹被收听者的面部阻挡更多。因而，与非虚拟化的声音输出a2 314的情况相比，虚拟化的声音输出b2 312到达收听者的右耳306存在更多的时间延迟，并且被收听者的右耳306拾取的声信号更少。这样，为了产生虚拟化的声音输出b2 312，图2中的第一带通滤波器204用来将图2中的离散前左音频信号(FL)222在约0.5KHz至20KHz的范围内的高频成分衰减，并且图2中的第一逆变器210用来将时间延迟引入到图2中的经过衰减的离散前左音频信号(FL)222。
类似地，声音输出a1 308示出在来自外左扬声器104和内左扬声器106的声音输出未被虚拟化的情况下声音行进到收听者118的左耳304的轨迹。声音输出b1 310示出在来自外左扬声器104和内左扬声器106的声音输出虚拟化到虚拟化声音输出位置302的情况下声音行进到收听者118的左耳304的轨迹。比较a1 308和b1 310，b1 310离收听者的左耳更远，这样，与非虚拟化声音输出a1 308相比，声音到达收听者的左耳304存在更多的时间延迟，被收听者的左耳304拾取的声信号更少。因而，为了产生虚拟化的b1 310，需要引入时间延迟，这能通过使用图2中的第一逆变器210来完成，并且需要衰减声信号，这能使用图2中的第一带通滤波器204来完成。
可以理解，第二逆变器212和第二带通滤波器206以与第一逆变器210和第一带通滤波器204相同的方式使用，以分别用于外右扬声器110和内右扬声器108的虚拟化的声音输出的产生。前述参照图3的描述能被类似地应用以说明使用第二逆变器212和第二带通滤波器206以能外右扬声器110和内右扬声器108为虚拟化声音位置318产生感知的声信号。
在图4中示出第一和第二高通滤波器202和208的共同的频率响应图。参照图1和图2中的附图标记，从约2KHz到20KHz的信号放大部分402补偿收听者118所听到的声信号的下降，这是因为细长矩形体124的其上安装有外左扬声器104和外右扬声器110的各个第一和第三平面128和132相对于细长矩形体124的、其上安装有内左扬声器106和内右扬声器108的第二平面130分别成角120和122(即，135度)。用于信号放大部分402的设置取决于角120和122。从约20KHz到2KHz的高通滤波部分404用于提取离散前左音频信号(FL)222和离散前右音频信号(FR)224的高频成分，使得仅重低音扬声器126用于产生所有声信号的低频成分。
第一和第二带通滤波器204和206的共同频率响应图在图5中示出。从约0.5KHz到20KHz的信号的衰减部分502图示图3中的声音位置302和318(其在相比于针对非虚拟化声音位置的相同距离距收听者耳朵更远的距离处)的虚拟化。参照图1、2和3中的附图标记，更远的距离是指收听者118听到的变弱的声信号，因而，对于声音位置302和318的虚拟化需要执行衰减。从约20KHz到0.5KHz的高通滤波部分504用于提取离散前左音频信号(FL)222和离散前右音频信号(FR)224的高频成分，使得仅重低音扬声器126用于产生所有声信号的低频成分。
图6示出了用于处理5.1通道音频信号的离散中心音频信号(C)的音频系统100的基本电子部件。图6中的箭头表示信号流的方向。
在图6中，离散中心音频信号(C)604被发送到第三高通滤波器602，该滤波器602滤掉离散中心音频信号(C)604的低频成分，并以缩放因子g2将其缩放，然后将经过滤波和缩放的信号分别送到用于信号放大的第三和第六放大器216和218，然后分别传输到内左扬声器106和内右扬声器110。由于离散中心音频信号(C)604在两个扬声器106和108处再现，其音量相比于外左扬声器104和外右扬声器110产生的偏左和偏右信号的音量而显得更大。g2的值设定为负3分贝以有意地降低基于中心声音的声信号强度，使得基于中心声音的音量与偏左右信号的音量平衡。在示例实施例中，在此节点处的g2值是受位于第三高通滤波器602的下游(即，在信号离开第三高通滤波器602之后)的第七放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解，在其他示例实施例中，第七放大器可以结合在第三高通滤波器602的电路中。此第七放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。
在图7中示出第三高通滤波器602的频率响应图702。由第三高通滤波器602执行高通滤波以提取离散中心音频信号(C)604的高频成分，使得重低音扬声器126产生所有声信号的低频成分，并且四个扬声器104、106、108和110产生所有声信号的高频成分。
图8示出了用于处理5.1通道音频信号的离散后左音频信号(RL)和离散后右音频信号(RR)826的音频系统100的电子部件。图8中的箭头表示信号流的方向。
在图8中，离散后音频信号(RL)824发送到第四高通滤波器806以滤掉离散后左音频信号(RL)824的低频成分。第四高通滤波器806还使约5KHz的频率范围的离散后左音频信号(RL)824衰减。可以理解，使用第四高通滤波器806对离散后左音频信号(RL)824进行滤波在没有重低音扬声器126的示例实施例中是不必要的，因为在没有重低音扬声器126的情况下，外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110将产生所有声信号的高频和低频成分两者。
在另一信号路径中，离散后左音频信号(RL)824以在0.35到0.75的范围中的因子g4缩放，并经过第三逆变器802。在示例实施例中，在此节点处的g4值是受位于第三逆变器802的上游(即，在信号进入第三逆变器802之前)的第八放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解，在其他示例实施例中，第八放大器可以结合在第三逆变器802的电路中。第八放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。随后，来自第三逆变器802的信号发送到第二带通滤波器206，然后发送到第二逆变器212。
第三逆变器802将时间延迟(即，相位移位)引入到已经被因子g4缩放的离散后左音频信号(RL)824。在示例实施例中，逆变器802有助于取消耳间串扰以产生出相位的声音效果，这在没有任何可觉察的方向的情况下被收听者感知为来自环境四周的声音。
第二带通滤波器206通过使离散后左音频信号(RL)824在约1KHz至7KHz的范围的高频成分衰减来调节离散后左音频信号(RL)824以将用于外左扬声器104和内左扬声器106的声音位置虚拟化到位于收听者118的后左位置处的位置(图9中的906)。此衰减在图10中示出。以此方式，产生后左环绕声音效果。第二带通滤波器206还滤掉离散后左音频信号(RL)824的低频成分，使得仅重低音扬声器126会产生具有低频成分的声信号。
第二逆变器212将时间延迟(即，相位移位)引入被带通滤波器206滤波的经过衰减的离散后左音频信号(RL)824。引入此时间延迟的原因下文参照图9进行描述。
来自第四高通滤波器806的经过滤波的输出信号和来自第二逆变器212的经过带通滤波以及g4缩放和相移的输出信号随后发送到用于信号放大的第二逆变器214，之后传输到用于声音再现的外左扬声器104。
存在另一信号路径，离散后左音频信号(RL)824以处于0.7到1.5范围中的g3因子缩放，并发送到第一带通滤波器204。在示例实施例中，在此节点处的g3值是受位于第一带通滤波器204的上游(即，在信号进入第一带通滤波器204之前)的第九放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解到，在其他示例实施例中，第九放大器可以结合在第一带通滤波器204的电路中。第九放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。
随后，来自第一带通滤波器204以g3缩放的输出信号发送到第三放大器，之后传输到用于声音再现的内左扬声器108。这样做的目的是加宽在聆听区域102中的收听者感知到的后声像。
与离散后左音频信号(RL)824的处理镜像，离散后右音频信号(RR)826发送到第五高通滤波器812(其在设计上与第四高通滤波器826相同)，以滤掉离散后右音频信号(RR)826的低频成分。第五高通滤波器812使在5Khz的频率范围的周围的离散后右音频信号(RR)826衰减。可以理解，使用第五高通滤波器812对离散后右音频信号(RR)826进行滤波在没有重低音扬声器126的示例实施例中是不必要的，这是因为在没有重低音扬声器126的情况下，外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110将产生所有声信号的高频和低频成分两者。
在另一信号路径中，离散后右音频信号(RR)826以因子g4缩放，并经过第四逆变器804。在示例实施例中，在此节点处的g4值是受位于第四逆变器804的上游(即，在信号进入第四逆变器804之前)的第十放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解，在其他示例实施例中，第十放大器可以结合在第四逆变器804的电路中。第十放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。随后，来自第四逆变器804的输出信号发送到第一带通滤波器204，然后发送到第一逆变器210。
第四逆变器804将时间延迟引入到已经以因子g4缩放的离散后右音频信号(RR)826。在示例实施例中，第四逆变器804有助于取消耳间串扰以产生出相位的声音效果，这在没有任何可觉察的方向的情况下能被聆听区域(在图1中为102)中的收听者感知为来自环境四周的声音。
第一带通滤波器204通过使离散后右音频信号(RR)826在约1KHz至7KHz的范围内的高频成分衰减来调节离散后右音频信号(RR)826以将用于外右扬声器104和内右扬声器108的声音位置虚拟化到位于收听者(在图11中118)的后右位置的位置(图9中的908)。此衰减在图10中示出。以此方式，产生后右环绕声音效果。第一带通滤波器204还滤掉离散后右音频信号(RR)的低频成分，使得仅重低音扬声器126会产生具有低频成分的声信号。
第一逆变器210将时间延迟引入经过衰减的离散后左音频信号(RR)826。引入此时间延迟的原因下文参照图9进行描述。
来自第五高通滤波器812的经过滤波的输出信号和来自第四逆变器804的经过带通滤波、g4缩放和相移的输出信号随后发送到用于信号放大的第五逆变器220，之后传输到用于声音再现的外右扬声器104。
存在另一信号路径，离散后右音频信号(RR)826以因子g3缩放，并被发送到第二带通滤波器206。在示例实施例中，在此节点处的g3值是受位于第二带通滤波器206的上游(即，在信号进入第二带通滤波器206之前)的第十一放大器(在附图中未示出)的影响的增益因子。可以理解，在其他示例实施例中，第十一放大器可以结合在第二带通滤波器206的电路中。第十一放大器还可以是可操作的放大器的形式、分压器的形式等。
随后，来自第二带通滤波器206以g3缩放的输出信号被发送到第六放大器218，之后传输到用于声音再现的内左扬声器106。这样做的目的是加宽在聆听区域102中的收听者感知到的后声像。
g3的值影响由多个扬声器104、106、108和110产生的后环绕声音效果的权重。越低的g3对应于越弱的后环绕声音效果，并且越高的g3对应于越强烈的后环绕声音效果。
在示例实施例中，g3∶g4维持在2∶1的比率。此比率确保相比于从远离收听者118的各左或右耳的后位置感知到的声音，从最靠近聆听区域102中的收听者118的各左或右耳的后位置感知到的声音更强。例如，收听者118的左耳会感受到来自收听者118的后左位置(即，图9中的906)的更强的虚拟化声音，而收听者118的右耳会感受到来自收听者118的后右位置(即，图9中的908)的更强的虚拟化声音。
可以理解，在没有重低音扬声器126的示例实施例中能省略第一和第二带通滤波器204和206的高通部件，因为在没有重低音扬声器126的情况下，外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110将产生所有声信号的高频和低频成分两者。
在图9中图示外左扬声器104和内左扬声器106的虚拟化后声音输出位置906。参照图9，声音输出a3910示出在来自外左扬声器104和内左扬声器106的声音输出虚拟化的情况下声音行进到位于聆听区域102的中心的收听者118的左耳304的轨迹。声音输出a4912示出在来自外左扬声器104和内左扬声器106被虚拟化到虚拟化声音输出位置906的情况下声音行进到收听者118的右耳306的轨迹。虚拟化的声音输出a4912的轨迹被收听者的头部阻挡，因而，存在声音到达收听者的右耳306的时间延迟，并且被收听者的右耳306拾取的声信号更少。为了产生虚拟化的声音输出a4912，图8中的第二带通滤波器206用来使经过处理的离散后左音频信号(RL)824在约1KHz到7KHz的范围内的高频成分进行衰减，并且图8中的第二逆变器412用来将时间延迟引入经过处理的离散后左音频信号(RL)824的经过衰减的高频成分。
可以理解，第一逆变器410和第一带通滤波器204分别以与第二逆变器412和第二带通滤波器206相同的方式使用。因而，前述参照图9的描述类似地应用来说明第一逆变器410和第二带通滤波器204的使用，以形成用于虚拟化声音位置908的感知声音信号。
此外，图9图示所形成的虚拟后左和虚拟后右环绕效果的周围声音效果。对于收听者118，虚拟后左环绕效果呈现为环绕由虚线圆表示的区域，并且虚拟后右环绕效果呈现为环绕由虚线圆904表示的区域。
在图10中示出第四和第五高通滤波器806和812的共同频率响应图。在5KHz附近的信号下降部分1002由于收听者118的耳朵的耳廓的后声音阻挡效果而形成收听者118听到的声信号的下降。
图11示出用于低通滤波所有5.1通道音频信号(即，离散前左音频信号(FL)、离散前右音频信号(FR)、离散后左音频信号(RL)、离散后右音频信号(RR)、离散中心音频信号(C)和低频效果音频信号(LFE))的音频系统100的基本电子部件。所有5.1通道音频信号被各个缩放因子s1、s2、s3和s4缩放，并被低通滤波器1102滤波，之后传输到重低音扬声器126。在示例实施例中，这些缩放因子s1、s2、s3和s4的值等于1。图11中的箭头表示信号流的方向。
表示音频系统100的数学公式如下：
OL＝FLH+RLH-Mix2B
IL＝g2.CH+Mix1B
IR＝g2.CH+Mix2B
OR＝FRH+RRH-Mix1B
S′＝s1.FLL+s1.FRL+s2.RLL+s2.RRL+s3.CL+s4.SL
Mix1＝g1.FL+g3.RL-g4.RR
Mix2＝g1.FR+g3.RR-g4.RL
0.5≤g1≤1(g1在0.5到1的范围内)
g2≈0.707(即，负3分贝)
0.7≤g3≤1.5
g4/g5≈0.5(g3∶g4的比率是2∶1)
0.35≤g4≤0.75
s1≈s2≈s3≈s4≈1
其中，
OL是发送到外左扬声器104的组合音频信号的传递函数；
IL是发送到内左扬声器106的组合音频信号的传递函数；
IR是发送到外右扬声器108的组合音频信号的传递函数；
OR是发送到外右扬声器110的组合音频信号的传递函数；
FL是输入到音频系统100的离散(基于5.1通道的)前左音频信号(即，图2中的222)的传递函数；
FLL是在FL已经被图11中的低通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
FLH是在FL已经被图2中的第一高通滤波器202高通滤波之后的传递函数；
FR是输入到音频系统100的离散(基于5.1通道的)前右音频信号(即，图2中的224)的传递函数；
FRL是在FR已经被图11中的低通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
FRH是在FR已经被图2中的第二高通滤波器208高通滤波之后的传递函数；
RL是输入到音频系统100的离散(基于5.1通道的)基于后左的输入信号(即，图8中的824)的传递函数；
RLL是在RL已经被图11中的低通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
RLH是在RL已经被图8中的第四高通滤波器806高通滤波之后的传递函数；
RR是输入到音频系统100的离散(基于5.1通道的)后右音频信号(即，图8中的826)的传递函数；
RRL是在RR已经被图11中的低通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
RRH是在RR已经被图8中的第五高通滤波器812高通滤波之后的传递函数；
C是输入到音频系统100的离散(基于5.1通道的)中心音频信号(即，图6中的604)的传递函数；
CL是在C已经被图11中的低通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
CH是在C已经被图6中的第三高通滤波器602高通滤波之后的传递函数；
S是输入到音频系统100的重低音扬声器音频信号(即，低频效果音频信号(LFE))的传递函数；
SL是在Sub已经被图11中的低通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
S′是发送到重低音扬声器126的音频信号的传递函数；
Mix1B是在Mix1已经被图2中的第一带通滤波器1102低通滤波之后的传递函数；
Mix2B是在Mix2已经被例如图2中的第二带通滤波器206带通滤波之后的传递函数；并且
在数学公式中前面带有“-”符号的传递函数是指它们已经被相移或者时间延迟，更具体地，由图2中的各个第一和第二逆变器210和212和图8中的各个第三和第四逆变器802和804执行的“出相”相位调节。
一般而言，由用于对作为基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号进行处理以产生具有广且扩散的声像的环绕声音效果的本发明的示例实施例的音频系统执行的方法在图12所示的流程图1200图示。该方法可以由数字信号处理器或者类似于前述音频系统100的系统执行。
在步骤1202，调节基于后方偏左的一个或多个音频信号(例如，离散后左音频信号824(RL))的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1202对公式Mix2中的“-g4.RL”负责。
在步骤1204，调节基于后方偏右的一个或多个音频信号(例如，离散后右音频信号826(RR))的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1204对公式Mix1中的“-g4.RR”负责。
在步骤1206，调节基于后方偏左的一个或多个音频信号(例如，RL)的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1206对公式Mix1中的“g3.RL”负责。
在步骤1208，调节基于后方偏右的一个或多个音频信号(例如，RR)的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1208对公式Mix2中的“g3.RR”负责。
在步骤1210，对一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号(例如，-g4.RR)、一个或多个幅度调节的后左信号(例如，g3.RL)和基于前方偏左的一个或多个音频信号(例如，g1.FL)进行滤波。步骤1210处的滤波包括使被滤波的所有信号的高频成分衰减。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1210对为了获得“Mix1B”而对Mix1进行的滤波负责。
在步骤1212，对一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号(例如，-g4.RL)、一个或多个幅度调节后右信号(例如，g3.RR)和基于前方偏右的一个或多个音频信号(例如，g1.FR)进行滤波。步骤1212处的滤波包括使被滤波的所有信号的高频成分衰减。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1212对为了获得“Mix2B”而对Mix2进行的滤波负责。
在步骤1214，调节一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号(例如，-g4.RR)、一个或多个幅度调节的后左信号(例如，g3.RL)和基于前方偏左的一个或多个音频信号(例如，g1.FL)的相位以将时间延迟引入到它们中的每个。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1214对将时间延迟引入到Mix1B以达到公式IL和OR中的“-Mix1B”负责。
在步骤1216，调节一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号(例如，-g4.RL)、一个或多个幅度调节的后右信号(例如，g3.RR)和基于前方偏右的一个或多个音频信号(例如，g1.FR)的相位以将时间延迟引入到它们中的每个。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1216对将时间延迟引入到Mix2B以达到公式OL和IR中的“-Mix2B”负责。
在步骤1218，将基于前方偏左的一个或多个音频信号(例如，FL)、基于后方偏左的一个或多个信号(例如，RL)和步骤1214处调节的所有信号(例如，-Mix2B)传输到外左扬声器104。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1218对将由公式OL＝FL+RL-Mix2B表示的信号传输到用于环绕声音再现的外左扬声器104负责。
在步骤1220，将基于前方偏右的一个或多个音频信号(例如，FR)、基于后方偏右的一个或多个信号(例如，RR)和步骤1216处调节的所有信号(例如，-Mix1B)传输到外右扬声器110。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1220对将由公式OR＝FR+RR-Mix1B表示的信号传输到用于环绕声音再现的外右扬声器104负责。
在步骤1222，将基于中心的一个或多个音频信号(例如，离散中心音频信号(C))和步骤1210处滤波的所有信号(例如，Mix1B)传输到内左扬声器106。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1222对将由公式IL＝g2.C+Mix1B表示的信号传输到用于环绕声音再现的内左扬声器106负责。
在步骤1224，将基于中心的一个或多个音频信号(例如，离散中心音频信号(C))和步骤1212处滤波的所有信号(例如，Mix2B)传输到外右扬声器108。参照之前描述的音频系统100和其数学公式，步骤1224对将由公式IR＝g2.C+Mix2B表示的信号传输到用于环绕声音再现的内右扬声器108负责。
例如，对具有重低音扬声器(例如，图1和图11中的126)的示例实施例，参照图12描述的方法可以被调整为进一步包括将一个或多个低频效果音频信号传输到用于音频低音再现的一个或多个重低音扬声器的步骤。该方法还可以包括以下步骤：对多通道音频信号的各个进行低通滤波(例如，使用图11中的低通滤波器1102)，之后对除了一个或多个低频效果音频信号(例如超低音音频信号)之外的多通道音频信号的各个进行高通滤波(例如，产生FLH、RLH、FRH、RRH和CH)，之后开始步骤1218、1220、1222和1224，并且最终将每个低通滤波的多通道音频信号(例如，S′＝s1.FLL+s1.FRL+s2.RLL+s3.CL+s4.SL)传输到用于音频低音再现的重低音扬声器。此外，例如在具有重低音扬声器(例如，图1和11中的126)的实施例中，该方法可以使得步骤1210和1212的滤波步骤包括对步骤1210和1212滤波的信号进行高通滤波，以将高频信号隔离供进一步处理，并且所有低频信号传送到重低音扬声器。
在步骤1202和1204，被调节的所有信号的幅度可以由第一缩放因子(例如，图8中的g4)调节，该因子可以在0.35到0.75的范围内。
在步骤1206和1208，被调节的所有信号的幅度可以由第二缩放因子(例如，图8中的g3)调节，该因子可以在0.7到1.5的范围内。
基于前方偏左和基于前方偏右的一个或多个音频信号的幅度可以由第三缩放因子(例如，图2中的g1)调节，该因子可以在0.5到1的范围内。
在步骤1222和1224，基于中心的一个或多个音频信号(例如，离散的基于中心的音频信号(C))可以由负3分贝缩放(g2≈0.707)。
可以理解到，本发明的示例实施例还能为两个音频通道输入而不是仅仅为5.1音频通道输入提供环绕声音再现。
例如，本发明的示例实施例的音频系统能用来将由左通道音频输入和右通道音频输入组成的立体(例如，2)通道音频信号转换成用于在四个扬声器(例如，图1中的外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108和外右扬声器110)上环绕声音产生的音频输入信号。这能通过以下动作来实现：将立体通道音频信号的左通道音频信号设置为多通道音频信号的基于前方偏左音频信号，将立体通道音频信号的右通道音频信号设置为多通道音频信号的基于前方偏右音频信号，将零信号设置为被分类为低频效果音频信号的一个或多个音频信号、以及基于中心、基于后方偏左和基于后方偏右的一个或多个音频信号中的每一者。
换言之，参照图1中的音频系统100，
-离散前左音频信号222(FL)被立体通道音频信号的左通道音频信号替换；
-离散前右音频信号224(FR)被立体通道音频信号的右通道音频信号替换；并且
-离散中心音频信号604(C)、离散后左音频信号824(RL)和离散后右音频信号826(RR)被设定为零或者针对信号处理而被忽略。
在将适合的信号设定为零并将所述信号用作为音频输入的左右通道音频信号替换之后，以与在用于具有5.1音频通道信号作为输入的音频系统100的情况相同的方式混合和处理立体通道音频信号。此结果是由具有立体通道音频信号作为输入的音频系统100产生环绕声音效果。
对于具有超过5.1音频通道输入的示例实施例，会有能提供在方向上超过基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的音频信号所覆盖的声音的离散音频信号。例如，7.1音频通道输入具有离散前左音频信号、离散前右音频信号、离散中心音频信号、离散左环绕音频信号、离散右环绕音频信号、离散后左音频信号、离散后右音频信号和低频效果音频信号。所覆盖的两个附加声音方向是左环绕区域和右环绕区域。
为了将用于使用本发明示例实施例的音频系统产生环绕声音的7.1音频通道输入进行转换，首先，需要混音前置放大器或者电路以将7.1输入混音成5.1输入，之后通过本发明的示例实施例的音频系统开始信号处理。类似地，首先在由本发明的示例实施例的音频系统开始信号处理之前，需要适合的混音放大器或者电路以将其他多通道音频输入(诸如6.1、8.1、10.2、22.2等)转换成5.1输入。关于4.1输入，在示例实施例的音频系统进行信号处理之前，需要适合的混音放大器将其转换成5.1输入。
一般地，本发明示例实施例涉及用于对在多个扬声器上向聆听区域产生的环绕声音的多通道音频信号进行处理(例如，图1中的102)的音频系统(例如，图1中的100)。多个扬声器一般相对于聆听区域(例如，图1中的102)位于前方。多个扬声器包括外左扬声器(例如，图1中的104)、内左扬声器(例如，图1中的106)、内右扬声器(例如，图1中的108)和外右扬声器(例如，图1中的110)。多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号和基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号(例如，5.1通道音频信号)。
音频系统包括第一调节装置(例如，图8中的802、206和212)，其用于调节基于后方偏左的一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号(即，与图12中的步骤1202相对应)。
音频系统包括第二调节装置(例如，图8中的804、204)，其用于调节基于后方偏右的一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号(即，与图12中的步骤1204相对应)。
音频系统包括第一缩放装置(例如，用于g3缩放的第九和第十一放大器)，其用于调节基于后方偏左的一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号(即，与图12中的步骤1206相对应)。
音频系统包括第二缩放装置(例如，用于g3缩放的第十和第十一放大器)，其用于调节基于后方偏右的一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号(即，与图12中的步骤1208相对应)。
音频系统包括第一滤波装置(例如，图2和图8中的204)，其用于对一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的一个或多个音频信号进行滤波(即，与图12中的步骤1210对应)。被第一滤波装置滤波的信号的高频成分被衰减(例如，图10中的1KHz到7KHz衰减和图5中的0.5KHz到20KHz衰减)。
音频系统包括第二滤波装置(例如，图2和图8中的206)，其用于对一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的一个或多个音频信号进行滤波(即，与图12中的步骤1212对应)。被第二滤波装置滤波的信号的高频成分被衰减(例如，图10中的1KHz到7KHz衰减和图5中的0.5KHz到20KHz衰减)。
音频系统包括第一相位调节装置(例如，图2和图8中的210)，其用于对一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、一个或多个幅度调节后左信号和基于前方偏左的一个或多个音频信号的相位进行调节，以将时间延迟引入到它们中的每一者(即，与图12中的步骤1214对应)。
音频系统包括第二相位调节装置(例如，图2和图8中的212)，其用于对一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的一个或多个音频信号的相位进行调节，以将时间延迟引入到它们中的每一者(即，与图12中的步骤1216对应)。
在前述信号处理之后，音频系统的外左扬声器接收基于前方偏左的一个或多个音频信号、基于后方偏左的一个或多个信号和由第一相位调节装置调节的所有信号(即，与图12中的步骤1218对应)。音频系统的外右扬声器接收基于前方偏右的一个或多个音频信号、基于后方偏右的一个或多个信号和由第二相位调节装置调节的所有信号(即，与图12中的步骤1224对应)。音频系统的内左扬声器接收基于中心的一个或多个音频信号和由第一滤波装置调节的所有信号(即，与图12中的步骤1220对应)。音频系统的内右扬声器接收基于中心的一个或多个音频信号和由第二滤波装置调节的所有信号(即，与图12中的步骤1222对应)。
例如，对于具有重低音扬声器(例如，图1和图11中的126)的音频系统的示例实施例，音频系统还可以包括用于对多通道音频信号中的每一者进行滤波的低通滤波装置(例如，使用图11中的低通滤波器1102)。还可以包括高通滤波装置(例如，使用高通滤波器202、208、602、806和812、以及带通滤波器204和206的高通部分)，用于在外左扬声器、外右扬声器、内左扬声器和内右扬声器接收任何音频信号之前对除了一个或多个低频效果音频信号之外的多通道音频信号的每一者进行滤波。重低音扬声器(例如，图1和11中的126)可以接收用于产生音频低音的经过低通滤波的多通道音频信号中的每一者。而且，第一滤波装置(例如，图2和图8中的204)和第二滤波装置(例如，图2和图8中的206)可以包括对由第一滤波装置(例如，图2和图8中的206)和第二滤波装置(例如，图2和图8中的206)滤波的信号进行高通滤波。
图13示出了参照图1描述的音频系统100的外部设计的各种示例的俯视图。一些附图标记在示例中再次使用以图示部件的类似性。可以理解，图13所示的示例是非排他性的。图13中的除了第三示例1306的所有扬声器为了图示目的而在俯视图中可见。扬声器在实际实施的俯视图中不可见，因为它们被扬声器的机箱覆盖。
图13所示的第一示例1302与图1中的音频系统100的类似之处在于在细长矩形体124上放置四个扬声器。然而，在此情况下，外左扬声器104在细长矩形体124上安装所在的平面相对于内左扬声器106在细长矩形体124上安装所在的平面成180度的角120。类似地，外右扬声器110在细长矩形体124上安装所在的平面相对于内右扬声器108在细长矩形体124上安装的平面成约180度的角122。基本上，这意味着所有四个扬声器处于面向聆听区域102的相同平面。注意，第一示例1302没有重低音扬声器126。对于没有重低音扬声器的本发明的实施例，所有低频音频范围产生(即，低音)由四个扬声器处理。
图13中的第二示例1304与第一示例1302不同之处在于外左扬声器104在细长矩形体124上安装所在的平面相对于内左扬声器106在细长矩形体124上安装所在的平面成约90度的角120。此外，外右扬声器110在细长矩形体124上安装所在的平面相对于内右扬声器108在细长矩形体124上安装所在的平面成约90度的角122。外左扬声器104和外右扬声器110的这种约90度的布置已知为横向或者侧面音炮。此外，在内左扬声器106和内右扬声器108之间有两个而不是一个重低音扬声器1312(S1)和1314(S2)。具有更多重低音扬声器能提供更强的低音产生。
在图13中的第三示例1306中，外左扬声器104在细长矩形体124上安装所在的第一平面1332和外右扬声器110在细长矩形体124上安装所在的第二平面1336的形状为三角形。内左扬声器106和内右扬声器108在细长矩形体124上安装所在的第三平面1334的形状为梯形。在第三示例1306中安装扬声器104、106、108和110所在的平面1332、1334和1336不像在第一和第二示例1302和1304中安装扬声器104、106、108和110锁止的平面那样倾斜或者成斜坡，在第一和第二示例1302和1304中安装扬声器104、106、108和110的平面面向前面(即，面向聆听区域102)或者面向侧面(即，第二示例1304中的侧面音炮布置)。由于倾斜和成斜坡，第一平面1332和第二平面1334之间的角度以及第三平面1336和第二平面1334之间的角度根据第三示例1306的细长矩形体124的高度而变化。第三示例1306图示本发明的实施例可以具有位于该倾斜或者成斜坡位置的扬声器。还可以理解，在其他示例实施例中，一个或多个重低音扬声器可以包括在第三示例1306中。
在图13中的第四示例1308中，存在五个分立的单元1316、1318、1320、1322和1324。外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108、外右扬声器110和重低音扬声器126中的每个安装在分立的单元上。
图13中的第五示例1310布置成有三个分立的单元1326、1328和1330。外左扬声器104和内左扬声器106安装在一个分立单元1326中同一面向前方的平面上。内右扬声器108和外左扬声器110安装在另一分立单元1330中同一面向前方的平面上。重低音扬声器126安装在另一分立单元1328上。
第四和第五示例1308和1310用来图示本发明的如下实施例：具有安装在分立单元上的或者与其余扬声器分离开的单元上的一个或多个扬声器。
图14示出参照图1描述的音频系统100的外部设计的第六示例1412的俯视图和正视图。之前的附图标记被再次使用来图示部件的类似性。在第六示例412中，有五个分立的单元1402、1404、1406、1408和1410。外左扬声器104、内左扬声器106、内右扬声器108、外右扬声器110和重低音扬声器126中的每个安装在各分立单元上。具有外左扬声器104的单元1402堆叠在具有内左扬声器106的单元1404以上，并且具有外右扬声器108的单元1408堆叠在具有内右扬声器110的单元1410以上。而且，内左扬声器106和内右扬声器110面向前方，而外左扬声器104和外右扬声器108以相对于内左扬声器106和内右扬声器110的面向前方的平面成一角度1414而彼此背向。此角度1414可以在0到90度的范围内。可以理解，在本发明的其他示例实施例中，具有外左扬声器104的单元1402还堆叠在具有内左扬声器106的单元1404的下方，并且具有外右扬声器108的单元1408还可以堆叠在具有内右扬声器110的单元1410的下方。此处使用的术语“堆叠”不仅覆盖接触，而且还覆盖永久性地将单元1402安装到单元1404，将单元1408安装到单元1410。第六示例1412的优点在于相比于图13中的其他示例占用更少的设置空间。
本领域的一般技术人员在对连同附图在内的以上所述的公开内容理解的情况下能对此处描述的用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统进行许多修改和其他实施。因而，可以理解，用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法和音频系统和实用不限于包括在这里的以上描述，可能的修改也被包括在本公开的权利要求书中。

Claims (25)

1.一种用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的方法，所述多个扬声器相对于所述聆听区域位于前方，所述多个扬声器包括外左扬声器、内左扬声器、内右扬声器和外右扬声器，所述多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号、以及基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号，所述方法包括以下步骤：
(a)调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号；
(b)调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号；
(c)调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号；
(d)调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号；
(e)对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号进行滤波，该步骤(e)的滤波包括使被滤波的信号的高频成分衰减；
(f)对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号进行滤波，该步骤(f)的滤波包括使被滤波的信号的高频成分衰减；
(g)调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；
(h)调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；
(i)将基于前方偏左的所述一个或多个音频信号、基于后方偏左的所述一个或多个音频信号和在步骤(g)调节的所有信号传输到所述外左扬声器；
(j)将基于前方偏右的所述一个或多个音频信号、基于后方偏右的所述一个或多个音频信号和在步骤(h)调节的所有信号传输到所述外右扬声器；
(k)将基于中心的所述一个或多个音频信号和在步骤(e)滤波的所有信号传输到所述内左扬声器；并且
(l)将基于中心的所述一个或多个音频信号和在步骤(f)滤波的所有信号传输到所述内右扬声器。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将所述一个或多个低频效果音频信号传输到所述多个扬声器中的用于音频低音产生的重低音扬声器。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
对所述多通道音频信号中的每一者进行低通滤波；
在步骤(i)、(j)、(k)和(l)开始之前将除了所述一个或多个低频效果音频信号以外的所述多通道音频信号中的每一者进行高通滤波；并且
将经过低通滤波的所述多通道音频信号传输到所述多个扬声器中的用于音频低音产生的重低音扬声器，
其中，步骤(e)和(f)的滤波包括对在步骤(e)和(f)滤波的信号进行高通滤波。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)和(b)调节幅度的步骤以在0.35到0.75的范围内的第一缩放因子来调节所述信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)和(d)调节幅度的步骤以在0.7到1.5的范围内的第二缩放因子来调节所述信号。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以在0.5到1的范围内的第三缩放因子来调节基于前方偏左和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
以负3分贝调节基于中心的所述一个或多个音频信号的幅度。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括用于将立体通道音频信号转换成用于在所述多个扬声器上产生环绕声音的音频输入信号的步骤，所述步骤包括以下步骤：
将所述立体通道音频信号的左通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏左的音频信号；
将所述立体通道音频信号的右通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏右的音频信号；并且
将零信号设置为所述一个或多个低频效果音频信号中的每一者以及基于中心、基于后方偏左和基于后方偏右的所述一个或多个音频信号中的每一者。
9.一种用于对在多个扬声器上向聆听区域产生环绕声音的多通道音频信号进行处理的音频系统，所述多个扬声器相对于所述聆听区域位于前方，所述多个扬声器包括外左扬声器、内左扬声器、内右扬声器和外右扬声器，所述多通道音频信号包括一个或多个低频效果音频信号、以及基于前方偏左、基于前方偏右、基于后方偏左、基于后方偏右和基于中心的一个或多个音频信号，所述音频系统包括：
第一调节装置，其用于调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号；
第二调节装置，其用于调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的相位和幅度，以产生一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号；
第一缩放装置，其用于调节基于后方偏左的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后左信号；
第二缩放装置，其用于调节基于后方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度，以产生一个或多个幅度调节的后右信号；
第一滤波装置，其用于对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号进行滤波，所述第一滤波装置使信号的高频成分衰减；
第二滤波装置，其用于对所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号进行滤波，所述第二滤波装置使信号的高频成分衰减；
第一相位调节装置，其用于调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后右信号、所述一个或多个幅度调节的后左信号和基于前方偏左的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者；以及
第二相位调节装置，其用于调节所述一个或多个时间延迟且幅度调节的后左信号、所述一个或多个幅度调节的后右信号和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的相位，以将时间延迟引入到它们中的每一者，
所述外左扬声器接收基于前方偏左的所述一个或多个音频信号、基于后方偏左的所述一个或多个音频信号和由所述第一相位调节装置调节的所有信号，
所述外右扬声器接收基于前方偏右的所述一个或多个音频信号、基于后方偏右的所述一个或多个音频信号和由所述第二相位调节装置调节的所有信号，
所述内左扬声器接收基于中心的所述一个或多个音频信号和由所述第一滤波装置调节的所有信号，
所述内右扬声器接收基于中心的所述一个或多个音频信号和由所述第二滤波装置调节的所有信号。
10.根据权利要求10所述的音频系通，所述音频系统还包括接收用于音频低音产生的所述一个或多个低频效果音频信号的重低音扬声器。
11.根据权利要求10所述的音频系统，所述音频系统还包括：
低通滤波装置，其用于对所述多通道音频信号的每一者进行滤波；
高通滤波装置，其用于在所述外左扬声器、所述外右扬声器、所述内左扬声器和所述内右扬声器接收任何音频信号之前对除了所述一个或多个低频效果音频信号以外的所述多通道音频信号的每一者进行滤波；以及
重低音扬声器，其接收用于音频低音产生的经过低通滤波的所述多通道音频信号中的每一者，
其中，由所述第一滤波装置和所述第二滤波装置执行的滤波是高通滤波。
12.根据权利要求10所述的音频系统，其中，所述第一调节装置和所述第二调节装置以在0.35到0.75的范围内的第一缩放因子调节所述信号。
13.根据权利要求10所述的音频系统，其中，所述第一缩放装置和所述第二缩放装置以在0.7到1.5的范围内的第二缩放因子调节所述信号。
14.根据权利要求10所述的音频系统，所述音频系统还包括第三缩放装置，其用于以在0.5到1的范围内的第三缩放因子调节基于前方偏左和基于前方偏右的所述一个或多个音频信号的幅度。
15.根据权利要求10所述的音频系统，其中，以负3分贝调节基于中心的所述一个或多个音频信号的幅度。
16.根据权利要求10所述的音频系统，在将立体通道音频信号转换成用于在所述多个扬声器上产生环绕声音的音频输入信号时，
将所述立体通道音频信号的左通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏左的音频信号；
将所述立体通道音频信号的右通道音频信号设置为所述多通道音频信号的基于前方偏右的音频信号；并且
将零信号设置为所述一个或多个低频效果音频信号中的每一者以及基于中心、基于后方偏左和基于后方偏右的所述一个或多个音频信号中的每一者。
17.根据权利要求10所述的音频系统，所述外左扬声器、所述内左扬声器、所述外右扬声器和所述内右扬声器面向所述聆听区域，并沿着扬声器轴线间隔开，所述扬声器轴线被界定为经过所述扬声器的外左、内左、内右和外右位置的直线。
18.根据权利要求11所述的音频系统，其中，所述重低音扬声器位于所述内左扬声器和所述内右扬声器之间。
19.根据权利要求12所述的音频系统，其中，所述重低音扬声器位于所述内左扬声器和所述内右扬声器之间。
20.根据权利要求10所述的音频系统，其中
所述外左扬声器安装所在的第一平面以相对于所述内左扬声器安装所在的第二平面成第一角布置；以及
所述外右扬声器安装所在的第三平面以相对于所述内右扬声器安装所在的第四平面成第二角布置。
21.根据权利要求21所述的音频系统，其中，所述外左扬声器或所述外右扬声器分别堆叠在所述内左扬声器或所述内右扬声器以上或以下。
22.根据权利要求21所述的音频系统，其中，所述第一角和所述第二角的每一者均在90到180度的范围内。
23.根据权利要求21所述的音频系统，所述第一角或所述第二角的每一者的值可变。
24.根据权利要求10所述的音频系统，所述多个扬声器被包含在单个外壳内。
25.一种数字信号处理器，其用于执行根据权利要求1所述的方法。
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