CN103929694A - 一种耳效3d听音环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耳效3D听音环，包括佩戴提梁、对称安装在佩戴提梁两端的两个听音环和听音控制模块，其主要技术特点是：所述听音环为中间镂空的环形骨架，在环形骨架内侧隐蔽安装多个扬声器，各个扬声器均与听音控制模块相连接并在听音控制模块的控制下进行3D播放。本耳效3D听音环在听音环上隐蔽安装扬声器阵列并通过听音控制模块进行控制，充分利用了耳廓对声场的干涉效应，能够让听者得到显著的真3D声感受，解决了现有双声道耳机进行3D播放时空间感不明显的问题；本发明可以播放由多种制式声音信号转换后的3D声音，也可以和耳效3D录音环联合使用，对不同人头的差异的敏感性远小于耳道内录音和其他录音方式，具有对不同人头普适的兼容性。

Description

一种耳效3D听音环

技术领域

本发明属于3D声音处理技术领域，尤其是一种耳效3D听音环。

背景技术

目前，双声道耳机越来越追求3D效果，虽然利用头相关函数（HRTF）滤波处理后的双声道立体声的空间感更明显，能够消除颅内效应，左右感较清晰，但是其前后感和上下感仍不明显，是一种虚拟立体声，利用双声道耳机进行3D播放及3D录音技术也在逐渐得到发展。例如，美国Mhacoustics公司直径80毫米的32元球形阵列是一种空间3D声场录音设备，经过VBAP，HOA，WFS等算法变换可以生成各种不同形式的3D声场，但是，其所录信号用传统双耳机直接播放时仍然无法让听觉产生真3D声的音效。荷兰代尔夫特理工大学32元环形阵专利“Circular microphone array for multi channel audio recording”,WO/2004/084577,EP1606970也是一种3D声场录音设备，其所录信号直接用双耳机播放时也无法让听觉产生真3D声的音效。加拿大Psyko音频实验室的真3D环绕声耳机除了两个耳罩发声外，还在悬梁上安装了5个骨传导播放器，形成了7个播放单元组成的阵列，其所产生的音效的左右和上下感明显，前后感仍然不明显，主要应用于游戏。

由于现有的真3D播放都不适用于人头佩戴的耳机类，而且传统的左、右各一个耳机的双声道播放的立体声，受到人头传递函数(HRTF)的不一致性影响而导致所播放的声音的空间感不明显，虽然左右感觉明显，但是前后感、上下感不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耳效3D听音环,解决了现有双声道耳机进行3D播放时空间感不明显的问题。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种耳效3D听音环，包括佩戴提梁、对称安装在佩戴提梁两端的两个听音环和听音控制模块，所述听音环为中间镂空的环形骨架，在环形骨架内侧隐蔽安装多个扬声器，各个扬声器均与听音控制模块相连接并在听音控制模块的控制下进行3D播放。

而且，所述的听音控制模块为两个嵌入式听音控制模块，两个嵌入式听音控制模块分别嵌装在听音环内并且通过佩戴提梁内的同步线相连接。

而且，所述的听音控制模块为一个拖线式听音控制模块，拖线式听音控制模块设置在听音环外并通过信号线与两个听音环内的各个扬声器相连接。

而且，所述的扬声器均朝向听音环的中心。

而且，所述的嵌入式听音控制模块包括多路播放器、电源模块、存储卡、接口模块，电源模块为低功率模块并与多路播放器、存储卡和接口模块相连接为其供电，所述的多路播放器与听音环上的各个扬声器相连接，多路播放器、存储卡和接口模块相互连接在一起，两个多路播放器之间通过同步线相连接。

而且，所述的拖线式听音控制模块包括多路播放器、电源模块、存储卡、接口模块，电源模块为低功率模块并与多路播放器、存储卡和接口模块相连接为其供电，所述的多路播放器与两个听音环上的各个扬声器相连接，多路播放器、存储卡和接口模块相互连接在一起，多路播放器通过信号线与两个听音环上的扬声器相连接。

而且，两个听音环内设置扬声器的数量至少3个并且相同，典型数量为8个或16个并且均布安装。

而且，所述环形骨架的形状为圆形、椭圆形、矩形、三角形、五边形或六边形，保持双耳侧录音环形状对称的其他规则或不规则形状。

而且，所述环形骨架外包裹用不透声材料包覆。

本发明的优点和积极效果是：

1、本耳效3D听音环在听音环上隐蔽安装扬声器阵列并通过听音控制模块进行控制，充分利用了耳廓对声场的干涉效应，能够让听者得到显著的真3D声感受,解决了现有双声道耳机进行3D播放时空间感不明显的问题。

2、本耳效3D听音环的各个扬声器朝向听音环的中心，能够达到最佳的3D播放效果。

3、本耳效3D听音环采用微型扬声器，以耳道为中心悬挂在耳廓周围，略有偏差造成的影响不会十分显著。

4、本耳效3D听音环可以与耳效3D录音环联合使用，可直接用耳效听音环播放耳效3D录音环记录的声音信号即可得到3D效果显著的现场感。

5、本耳效3D听音环还可以播放普通单声道声音和立体声、5.1声道、7.1声道、22.2声道经过变换的3D听音环多声道信号以产生真3D声音。

6、本耳效3D听音环在环形骨架可以是敞开的或者外包裹不透声材料，既达到美观的效果，又可以防止对周围人的干扰。

7、本耳效3D听音环包括嵌入式听音环结构和拖线式听音环结构，能够满足不同使用者的需要。

8、本耳效3D听音环与耳效3D录音环联合使用时，耳效3D听音环和耳效3D录音环的直径和阵元数量及布放点位置等要求完全一致，环的直径越小，所得到的3D声的逼真度越高，阵元数量越多，所适用的声音频率范围越高。

附图说明

图1是本发明的嵌入式耳效3D听音环的结构示意图；

图2是本发明的拖线式耳效3D听音环的结构示意图；

图3是本发明的耳效3D听音环（左耳）的扬声器阵结构示意图；

图4是本发明的耳效3D听音环（右耳）的扬声器阵结构示意图；

图5是将各种制式的声音转换成可用耳效3D听音环播放信号的处理流程图；

图6是嵌入式耳效3D录音环的结构示意图；

图7是拖线式耳效3D录音环的结构示意图；

图8是耳效3D录音环（左耳）的传声器阵结构示意图；

图9是耳效3D录音环（右耳）的传声器阵结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种耳效3D听音环，包括嵌入式耳效3D听音环和拖线式耳效3D听音环两种形式。如图1所示，嵌入式耳效3D听音环包括佩戴提梁4、对称安装在佩戴提梁两端的两个听音环1、嵌装在两个听音环内的嵌入式听音控制模块6以及安装在佩戴提梁内并与两个嵌入式听音控制模块相连接的同步线5。佩戴提梁两端的听音环结构完全一样，听音环为一个由轻质刚性材料制成的中间镂空的环形骨架，直径约80mm，为了美观，可在环形骨架外可以是敞开的或者外包裹不透声材料，该环形骨架的形状可以为圆形、椭圆形、矩形、三角形、五边形、六边形，保持双耳侧录音环形状对称的其他规则或不规则形状。在每个环形骨架内侧均布隐蔽安装8个扬声器3，并且扬声器朝向听音环中心，将环形骨架悬挂佩戴在耳廓2周围，通过同步播放声音信号产生带有空间信息的声场。每个嵌入式听音控制模块与8路扬声器相连接控制扬声器进行播放，所述的同步线连接两个嵌入式听音控制模块用于传递数据采集的同步时钟脉冲信号和工命令信号，保证左右听音环同步播放。每个嵌入式听音控制模块均包括多路播放器（8路）、电源模块、存储卡、接口模块，电源模块为低功率模块并与多路播放器、存储卡和接口模块相连接为整个耳效3D听音环硬件工作提供电力，所述的多路播放器与听音环上的8个扬声器相连接，多路播放器、存储卡和接口模块相互连接在一起，所述的多路播放器从存储卡内读取声音数据用以播放，两个多路播放器之间通过同步线相连接保证左右听音环的同步录音功能。所述的接口模块为USB口3G网口，该USB口3G网口是对外提供的标准USB接口，该USB接口可以接插3G无线网络模块以便与计算机通信并从计算机向存储卡里上传3D声音数据文件。

拖线式耳效3D听音环，如图2所示，包括佩戴提梁4、对称安装在佩戴提梁两端的两个听音环1以及设置在佩戴提梁外的拖线式听音控制模块7。在每个环形骨架内侧均布设有8个扬声器3，每个扬声器均朝向听音环中心，将环形骨架悬挂佩戴在耳廓2周围，两个环形骨架内的扬声器通过信号线8与设置在听音环外的拖线式拖线控制模块相连接，该拖线式听音控制模块用于控制两个听音环内的16路扬声器进行声音播放。拖线式听音控制模块包括多路播放器（16路）、电源模块、存储卡、接口模块，所述的电源模块与多路播放器、存储卡和接口模块相连接为其供电，所述的多路播放器与听音环上的每个扬声器相连接，多路扬声器、存储卡和接口模块相互连接在一起，所述的多路播放器从存储卡内读取声音数据用以播放。所述的接口模块为USB口3G网口，该USB口3G网口是对外提供的标准USB接口，该USB接口可以接插3G无线网络模块以便与计算机通信并从计算机向存储卡里上传3D声音数据文件。

上述两种耳效3D听音环内的扬声器阵列分布形式完全相同。如图3及图4所示，两个听音环为8路扬声器阵元的圆环形结构，扬声器阵元编号对称设计，正前方为L0单元，其他扬声器阵元编号向上旋转依次为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，扬声器隐蔽安装在环形骨架内侧并朝向环中心，扬声器的数量可多可少（典型设置为8个或16个，也可以为其他数量）。听音环上各扬声器播放声音的相位关系体现了听音时人头形状干扰和声源的空间位置决定，播放声音的幅值受人头形状、所述耳廓和声源位置影响。因此，根据各扬声器声音的相位关系可以反映出声源的空间位置信息，各扬声器声音的幅值也可以反映声源的位置信息。在左、右侧耳朵上悬挂对称的听音环，可以反映声源三维方向和距离，所以是一种真3D声听音设备。

本耳效3D听音环可以播放经过转换的单声道声音和普通的双声道、5.1声道、7.1声道、22.2声道立体声。如图5所示，该变换过程包括：从原始信号经过声场设计算法转换（VBAP，HOA，WFS等）形成耳效3D声场播放信号，以声音文件形式在存储卡内，输送出即可播放。

本耳效3D听音环还可以与耳效3D录音环配套使用，实现耳效3D录音及耳效3D听音功能。耳效3D录音环也包括两种形式，一种是嵌入式结构，另一种是拖线式结构,下面分别说明。

如图6所示，嵌入式耳效3D录音环包括佩戴提梁9、对称安装在佩戴提梁两端的两个录音环10、嵌装在两个录音环内的嵌入式录音控制模块13以及安装在佩戴提梁内并与两个嵌入式录音控制模块相连接的同步线12。佩戴提梁两端的录音环结构完全一样，录音环为一个由轻质刚性材料制成的中间镂空的环形骨架，直径约80mm，为了美观，可在环形骨架外包裹透声布料，该环形骨架的形状可以为圆形、椭圆形、矩形、三角形、五边形、六边形，保持双耳侧录音环形状对称的其他规则或不规则形状。在每个环形骨架内侧均布隐蔽安装8个传声器11，并且传声器朝向录音环中心，将环形骨架悬挂佩戴在耳廓2周围。每个嵌入式录音控制模块与8路传声器相连接用于采集传声器信号，所述的同步线连接两个嵌入式录音控制模块用于传递数据采集的同步时钟脉冲信号和命令信号，保证左右录音环同步记录声音信号。每个嵌入式录音控制模块均包括多路采集器（8路）、电源模块、存储卡、接口模块，电源模块为低功率模块并与多路采集器、存储卡和接口模块相连接为整个耳效3D录音环硬件工作提供电力，所述的多路采集器与录音环上的8个传声器相连接，多路采集器、存储卡和接口模块相互连接在一起，每一个录音环上的传声器的信号被多路采集器变换成数字信号后保存在存储卡内，两个多路采集器之间通过同步线相连接保证左右录音环的同步录音功能。所述的接口模块为USB口3G网口，该USB口3G网口是对外提供的标准USB接口，该USB接口可以接插3G无线网络模块以便与计算机通信，存储卡里的录音数据可以通过USB接口或3G网口下载到计算机里。

拖线式耳效3D录音环，如图7所示，包括佩戴提梁9、对称安装在佩戴提梁两端的两个录音环10、一个拖线式录音控制模块14。在每个环形骨架内侧均布设有8个传声器11，每个传声器均朝向录音环中心，将环形骨架悬挂佩戴在耳廓2周围，两个环形骨架内的传声器通过信号线15与设置在录音环外的一个拖线式录音控制模块相连接，该拖线式录音控制模块采集两个录音环内的16路传声器的信号。拖线式录音控制模块包括多路采集器（16路）、电源模块、存储卡、接口模块，所述的电源模块与多路采集器、存储卡和接口模块相连接为其供电，所述的多路采集器与录音环上的每个传声器相连接，多路采集器、存储卡和接口模块相互连接在一起，每一个录音环上的传声器的信号被多路采集器变换成数字信号后保存在存储卡内。所述的接口模块为USB口3G网口，该USB口3G网口是对外提供的标准USB接口，该USB接口可以接插3G无线网络模块以便与计算机通信，存储卡里的录音数据可以通过USB接口或3G网口下载到计算机里。

上述两种耳效3D录音环内的传声器阵列分布形式完全相同。录音环上的多个传声器按一定的阵形设计，佩戴后传声器围绕在耳廓周围构成真3D录音方案。如图8及图9所示，两个耳效录音环为8路传声器阵元的圆环形结构，传声器阵元编号对称设计，正前方为S0单元，其他传声器阵元编号向上旋转依次为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，传声器隐蔽安装在环形骨架内侧并朝向环中心。每一个传声器阵元内的信号放大滤波器是独立的且原理电路和PCB布线结构完全一致，每个录音环上的采集记录器记录各阵元信号，数据保存在存储卡内。

本发明在使用时，耳效3D听音环为左右耳配对使用，耳效3D录音环也是左右耳配对使用，而且耳效3D录音环和耳效3D听音耳环的布阵方式完全一样，是配套设计的，最好是结构外形也完全一样，前者录音信号直接用后者播放就可以得到真3D音效，也可以将单声道信号或者双声道立体声、5.1声道、7.1声道、22.2声道环绕声经过编辑后形成可以用耳效3D听音环播放的伪3D声。3D声音播放的空间感是由声音传播的方向和距离决定的，要在人耳听觉上产生足够明显的真3D音效，要求在耳边产生逼近真实声音传播的声场。一方面要求录音时保留声场的空间信息，另一方面在播放时能够产生出声场的空间信息，更可以利用人耳的耳廓效应来形成声音的前、后，左、右，上、下等空间感觉，并且对不同人头形状的兼容度高。既可以用耳效3D录音环记录的声音信号直接用耳效3D听音环播放产生真3D声音，或者经过一些算法偏辑后生成适合家庭影院播放的5.1格式、7.1格式、22.2格式或者其他格式，同时也可将普通声音经过编辑设计成伪3D声音信号用耳效3D听音环播放产生伪3D声音。除了佩戴方式外，3D声音的录音的特性与传声器阵列的形状、阵元数量、阵元间距有关，3D声音的播放声音的特性与扬声器阵列的形状、阵元数量、阵元间距有关。

需要强调的是，本发明是利用了耳廓对声场的干涉效应，其直径约80mm，阵元数量约8个，均匀布设，但是改变环的直径，或者改变环的形状，或者改变阵元数量，或者改变阵元布设均匀性等，都属于本发明的权利要求范畴。

Claims (9)

1.一种耳效3D听音环，包括佩戴提梁、对称安装在佩戴提梁两端的两个听音环和听音控制模块，其特征在于：所述听音环为中间镂空的环形骨架，在环形骨架内侧隐蔽安装多个扬声器，各个扬声器均与听音控制模块相连接并在听音控制模块的控制下进行3D播放。

2.根据权利要求1所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述的听音控制模块为两个嵌入式听音控制模块，两个嵌入式听音控制模块分别嵌装在听音环内并且通过佩戴提梁内的同步线相连接。

3.根据权利要求1所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述的听音控制模块为一个拖线式听音控制模块，拖线式听音控制模块设置在听音环外并通过信号线与两个听音环内的各个扬声器相连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述的扬声器均朝向听音环的中心。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述的嵌入式听音控制模块包括多路播放器、电源模块、存储卡、接口模块，电源模块为低功率模块并与多路播放器、存储卡和接口模块相连接为其供电，所述的多路播放器与听音环上的各个扬声器相连接，多路播放器、存储卡和接口模块相互连接在一起，两个多路播放器之间通过同步线相连接。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述的拖线式听音控制模块包括多路播放器、电源模块、存储卡、接口模块，电源模块为低功率模块并与多路播放器、存储卡和接口模块相连接为其供电，所述的多路播放器与两个听音环上的各个扬声器相连接，多路播放器、存储卡和接口模块相互连接在一起，多路播放器通过信号线与两个听音环上的扬声器相连接。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：两个听音环内设置扬声器的数量至少3个且相同，典型数量为8个或16个并且均布安装。

8.根据权利要求1至3任一项所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述环形骨架的形状为圆形、椭圆形、矩形、三角形、五边形或六边形，保持双耳侧录音环形状对称的其他规则或不规则形状。

9.根据权利要求1至3任一项所述的一种耳效3D听音环，其特征在于：所述环形骨架外用不透声材料包覆。