CN104885482A - 声场调整滤波器及声场调整装置以及声场调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够通过调整聆听者两耳间相关系数来提供适合聆听者喜好的良好的声场的简易、便宜的装置。声场调整滤波器5具备与左右声道对应的一对滤波器电路群5L、5R，将音响信号的所希望的频带分成多个频带，以对每个频带生成声场调整信号的方式分配规定的通过特性，与音响信号的所希望的整个频带协同地设定所希望的脉冲响应。通过特性对每个分割频带附加时间延迟和增益调整音响信号。声场调整滤波器5用计算输出器4L、4R将用滤波器电路群5L、5R生成的声场调整信号相互附加在另一声道的音响信号上，输出到立体声扬声器2一侧。通过声场调整信号的调整改变虚拟扬声器相对聆听者的展开角，向特定的扩散声场的两耳间相关系数进行近似。

Description

声场调整滤波器及声场调整装置以及声场调整方法

技术领域

本发明涉及一种在音响信号上赋予特定的声场特性，在由立体声扬声器产生的播放声场中提供良好听感的声场调整滤波器及声场调整装置以及声场调整方法。

背景技术

以前，提出了一种声场生成装置，它通过用聆听者的两耳间相关系数定量地表现音乐的扩张感提供一种能够感知良好的扩张感的播放声场(参照专利文献1)。该声场生成装置对一个输入信号采用第1、第2一对处理电路实施混响音效处理，用第1滤波器对从第1处理电路输出的信号赋予规定的振幅特性，用第2滤波器对从第2处理电路输出的信号赋予规定的振幅特性，从第1处理电路输出的信号、从第1滤波器输出的信号以及地2滤波器的反转输出信号用第1加法器相加，另一方面，从第2处理电路输出的信号、从第1以及第2滤波器输出的信号用第2加法器相加，第1扬声器靠从第1加法器输出的加算信号鸣响，第2扬声器靠从第2加法器输出的加算信号鸣响。将第1以及第2滤波器的振幅特性调整成使相对窄带平稳随机信号的两耳间相关系数的频率特性近似于扩散声场(混响室)，放大限于左右扬声器间的声像。

专利文献1：特开平08-130799号公报

在上述以往的声场生成装置中，是通过反射音发生电路和相关系数控制电路进行两耳间相关系数的控制。因为是通过在原声上另外加上反射音调整相关系数，所以从作为目标的声场和音质偏离。另外，由于是在整个频带上让两耳间相关系数近似于扩散声场，因而硬件负担大难以提供便宜的装置。进而，在振动板共用的板式扬声器中，对于中高音域频带的音响信号如图7所示，发生与根据输入到一个声道的音响信号从该声道的扬声器输出的声压级相比，存在另一声道的声压级提高的逆转现象的特定的频域A，扰乱由板式扬声器输出生成的声场。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种使聆听者两耳间相关系数能够容易近似于与聆听者喜好的声场对应的值，进而适合于板式扬声器的简易且便宜的装置以及音响处理方法。

在本发明中，为了解决上述问题，在向左右一对的立体声扬声器2输出的音响信号上赋予加上特定的声场特性的声场调整信号的声场调整滤波器5中具备左右一对的滤波器电路群5L、5R，它们分别接受左右两声道的音响信号，将音响信号的规定频带分割成多个频带，对各分割频带的每个调整时间延迟以及声压级，对音响信号的整个频带通过协同设定所希望的脉冲应答，生成与左右声道对应的声场调整信号，分别相互输出到另一声道。通过调整每个频带的通过特性，对聆听者来说可以感知能够改变固定在规定位置上的一对扬声器2、2的展开角的虚拟扬声器2’，2’，向能够感知与听者的喜好相应的听感的两耳间相关系数进行近似。

对于共用振动板7a的板式扬声器7具备左右一对分离滤波器10L、10R，它在中高音域频带的音响信号中，分离发生与根据输入到一个声道的音响信号从该声道的扬声器7输出的声压级相比，另一个声道的声压级提高的逆转现象的特定的频域A并输出到另一声道，根据从该分离滤波器10L、10R输出的音响信号，滤波器电路群5L、5R生成声场调整信号。

具备降低滤波器16L、16R，降低逆转现象发生的特定的频域A的声压级，分配以恢复输出到低声压级的频域A的方式在滤波器电路群5L、5R中调整了声压级的通过特性。

构成滤波器电路群5L、5R的多个滤波器电路50a、50b……50n为了调整通过特性，分别具备：分割为多个频带的带通滤波器51a、51b……51n；附加分割频带的追加时间延迟的时间延迟设定单元52a、52b……52n；赋予分割频带的规定增益的增益设定单元53a、53b……53n。

在降低滤波器16L、16R中的特定的频域A的追加增益设定为滤波器电路群5L、5R中的特定频域A的增益k的倒数1/k。

具备在音响信号上附加为了生成声场调整信号所需要的延迟时间的延迟电路6L、6R；在音响信号上附加声场调整信号，输出到立体声扬声器2、2一侧的计算输出器4L、4R，构成使用声场调整滤波器5的声场调整装置1。

在本发明中，能够容易只以虚拟扬声器的展开角的改变调整聆听者相对立体声扬声器的两耳间相关系数，不仅生成扩散声场，而且能够向感知与聆听者的喜好一致的声场的值进行近似，因此软件上的负荷小，因而能够用简易的装置便宜地提供。

另外，具有的优点是可以在左右声道的振动板共用的板式扬声器中进行调整，而不会因特有的声压级的逆转现象扰乱声场。

附图说明

图1是涉及本发明的声场调整装置的方框图。

图2是声场调整滤波器的概念图。

图3是声场调整的说明图。

图4是相对频率的扬声器展开角的对应表。

图5是涉及其他实施例的声场调整装置的方框图。

图6是进一步涉及其他实施例的声场调整装置的方框图。

图7是表示板式扬声器的频率特性的曲线图。

图8是表示两耳间相关系数相对频率的变化的曲线图。

图9是在两耳间相关系数相对频率的变化中进行声场调整的信号处理有无的比较的曲线。

符号说明

1：声场调整装置

2：扬声器

3L：输入端子

3R：输入端子

4L：计算输出器

4R：计算输出器

5：声场调整滤波器

5L：滤波器电路群

5R：滤波器群电路

6L：延迟电路

6R：延迟电路

7：扬声器

7a：振动板

8：声场调整装置

9：声场调整滤波器

10L：分离滤波器

10R：分离滤波器

11L:计算输出器

11R：计算输出器

12L：提取滤波器

12R：提取滤波器

13L：透过滤波器

13R：透过滤波器

14：声场调整装置

15：声场调整滤波器

16L：降低滤波器

16R：降低滤波器

50a、50b……50n：滤波器电路

51a、51b……51n：带通滤波器

52a、52b……52n：时间延迟设定单元

53a、53b……53n：增益设定单元

54：反转器

具体实施方式

参照附图说明本发明实施方式。

如图1所示，向左右独立的一对立体声扬声器2输出音响信号的声场调整装置1具备：与左右各声道对应的输入端子3L、3R，计算输出器4L、4R以及声场调整滤波器5、延迟电路6L、6R。向输入端子3L、3R输入经过数字化的音响信号。但是，也可以设置成这样的构成，音响信号处理装置1内置AD变换器，将输入的模拟信号变换为数字信号。

声场调整滤波器5用与左右通道对应的一对滤波器电路群5L、5R构成。一个滤波器电路群5L将输入到左声道的输入端子3L的音响信号生成为声场调整信号，输出到右声道的计算输出器4R。计算输出器4R将通过了延迟电路6R的右声道的音响信号，和用声场调整滤波器5L生成的声场调整信号相加并输出。同样，另一个滤波器电路群5R将输入到右声道的输入端子3R的音响信号生成为声场调整信号，输出到左声道的计算输出器4L。计算输出器4L将通过了延迟电路6L的左声道的音响信号，和用滤波器电路群5R生成的声场调整信号相加并输出。延迟电路6L、6R将用声场调整滤波器5L、5R的声场调整信号生成的延迟时间附加在音响信号上。

构成声场调整滤波器5的滤波器电路群5L、5R如图2所示具备多个滤波器电路50a、50b……50n。这些滤波器电路50a、50b……50n具备协同覆盖所希望的频带的带通滤波器51a、51b……51c，在各带通滤波器51a、51b……51n上附加规定的追加时间延迟τ1、τ2……τn的时间延迟设定单元52a、52b……52n，附加规定的追加增益K1……Kn的增益设定单元53a、53b……53n。滤波器电路50a、50b……50n的各频带的合成输出的相位用反转器54反转。滤波器电路群5L、5R的脉冲响应经由时间延迟设定单元52a、52b……52n，以及增益设定单元53a、53b……53n在各带通滤波器51a、51b……51n的每个频带上进行调整合计，可以设定所希望的通过特性。

而且，滤波器电路群5L、5R也可以适用和上述具有同样的脉冲响应的FIR滤波器。

可是，由立体声扬声器展现的播放声场的良好空间扩张感能够通过近似于在修整音响环境的混响室(扩散声场)中的聆听者的收听位置的两耳间相关系数实现。但是，两耳间相关系数在将一般的左右扬声器配置在展开角(以聆听者为中心的各扬声器的方向角θ_OP)60°的播放声场中，如图9的三角点所示，特别是对于扩散声场的两耳间相关系数，在大于等于中音域中和扩散声场自身相比(图9的虚线)有大的不同。因而，通过将频带分割成窄带，对每个窄带上各自调整两耳间相关系数，来近似扩散声场的两耳间相关系数(图9的黑圆点)。为了调整两耳间相关系数，虚拟地改变与两耳间相关系数对应的扬声器位置。该虚拟扬声器的位置如图3所示，将相对聆听者的一对扬声器的展开角θ_OP作为物理量。

扩散声场的两耳间相关系数ρ_d用ρ_d＝sin(kr)/kr表示。

然而，k＝ω/c＝2πf/c，假设k：波长常数，c：音速，r：两耳间等效距离31.5cm。

在扬声器的播放声场中的聆听位置上的两耳间相关系数ρ_lr用下式表示。

[式1]

${\mathrm{\ρ}}_{lr}=\frac{2{\mathrm{AA}}^{\′}{\mathrm{\Φ}}_{11}\left({\mathrm{\τ}}_{lr}\right)+(A^{\′2}+A^2){\mathrm{\Φ}}_{12}\left(0\right)}{(A^2+A^{\′2}){\mathrm{\Φ}}_{11}\left(0\right)+2{\mathrm{AA}}^{\′}{\mathrm{\Φ}}_{12}\left({\mathrm{\τ}}_{lr}\right)}$

然而，A以及A’：振幅值，τ_lr：两耳间时间差，Φ₁₁(τ_lr)：信号的自相关函数，Φ₁₂(τ_lr)：左右信号间的相互相关函数。

在此，因为信号间相关系数不相关，所以在上式中项(A’²+A²)Φ₁₂(0)＝0，2AA’Φ₁₂(τ_lr)＝0，ρ_lr由Φ₁₁(τ_lr)决定，两耳间时间差τ_lr由扬声器的方向确定。

上述的估值和实测值大致一致，相对频率的扬声器的展开角如图4的表所示。因而，分割为以表中的频率作为频带中值的频带，如果调整扬声器位置到对应的展开角，则能够调整扩散声场的两耳间相关系数。

以上述为前提用声场调整滤波器控制虚拟扬声器的展开角的调整。即，声场调整滤波器5在经过分割的每个频带上预先设定带通滤波器51a、51b……51n的脉冲响应，通过让左右各声道的音响信号通过它生成声场调整信号，通过从另一声道的音响信号中反转相位加算，可以用改变相对聆听者固定在规定位置上的上述一对立体声扬声器的展开角的虚拟扬声器的声场近似到扩散声场的两耳间相关系数。

声场调整滤波器5的滤波器电路群5L、5R通过用时间延迟设定单元52a、52b……52n的追加时间延迟τ1……τn以及增益设定单元53a、53b……53n的追加增益K1……Kn调整如图2所示的各频带的带通滤波器51a、51b……51n每个的通过特性，能够设定在所希望的脉冲响应，如图3所示，以配置在以聆听者P为中心配置以到扬声器2的距离为半径的圆弧上的方式能够调整虚拟扬声器2’的展开角θ_OP。因而，能够实现由扬声器2、2形成的播放声场环绕在聆听者的周围那样良好的扩张感，不仅是扩散声场，还能够根据聆听者的听感喜好改变。

图5表示另一实施例的音响处理装置。而且，在以下中在和前面实施例相同的构成部分上标注相同的符号并省略说明。

音响处理装置8中的声场调整滤波器9适用共用振动板7a的板式扬声器7。声场调整滤波器9加上一对滤波器电路群5L、5R具备与各声道对应分离滤波器10L、10R以及计算输出器11L、11R。音响信号在小于等于1000Hz的中低频带中，如前面实施例那样能够沿着两耳间相关系数的变化的趋势在滤波器电路群5L、5R上设定追加时间延迟τ1……τn以及追加增益K1……Kn，而在大于等于1414Hz的中高频带中，两耳间相关系数处于变为负的趋势，在相互向着左右耳产生另一方的声道的扬声器的声压级提高的逆转现象(图7的区域A)。分离滤波器10L、10R具备在音响信号中分离反转现象发生的特定的频域A，输出到另一方声道的提取滤波器12L、12R，让没有引起逆转现象的频带通过该声道的透过滤波器13L、13R。计算输出器11L、11R把相互用另一方声道的提起滤波器10R、10L分离的特定的频域A的音响信号与该声道的音响信号合成。因而，滤波器电路群5L、5R根据从计算输出器11L、11R输出的音响信号生成声场调整信号。即，把用分离滤波器10L、10R的提取滤波器12R、12L分离的特定的频域A的音响信号合成在另一声道上，根据该合成的音响信号生成声场调整信号。由此，在扬声器7中避免逆转现象，和前面的实施方式中一样，调整虚拟扬声器7’的展开角θ_OP，能够向扩散声场的两耳间相关系数进行近似。

进而图6表示另一实施例的声场处理装置。

声场处理装置14中的声场调整滤波器15适用于振动板7a共用的板式扬声器7。声场调整滤波器15加上一对滤波器电路群5L、5R，具备与各声道对应的降低滤波器16L、16R。降低滤波器16L、16R在音响信号中降低只是发生逆转现象的特定频域A的声压级，让除了该频域的区域直接通过。另一方面，滤波器电路群5L、5R通过调整声压级使得恢复到输出为低声压级的频域A的音响信号，分配规定的通过特性。例如，在降低滤波器16L、16R中将增益设定为k(0＜k＜1)，将滤波器电路群5L、5R中的特定的频域A的追加增益设定为倒数1/k恢复发生逆转现象的特定的频域A的音响信号，生成声场调整信号。由此，在扬声器14中避免逆转现象，与前面实施方式中的一样，调整虚拟扬声器7’的展开角θ_OP，能够向扩散声场的两耳间相关系数进行近似。

Claims (9)

1.一种在输出到具有左右一对立体声声道的扬声器的音响信号上附加赋予特定声场特性的声场调整信号的声场调整滤波器，其特征在于：在所述声场调整滤波器中，

具备左右一对的滤波器电路群，它们分别接受左右两声道的上述音响信号，将音响信号的规定频带分割成多个频带，针对各分割频带的每个调整时间延迟以及声压级，通过与音响信号的整个频带协同地设定所希望的脉冲响应，生成与左右声道对应的上述声场调整信号，分别相互输出到另一声道，

通过调整上述每个频带的通过特性，能够感知能够改变相对于聆听者固定在规定位置上的具有上述一对声道的扬声器的展开角的虚拟扬声器，向能够感知与聆听者的喜好相应的听感的两耳间相关系数进行近似。

2.根据权利要求1所述的声场调整滤波器，其特征在于：

上述扬声器是共用振动板的板式扬声器，

所述声场调整滤波器具备左右一对的分离滤波器，它们在中高音域频带的音响信号中分离发生与根据输入到一方声道中的音响信号从该声道的扬声器输出的声压级相比，另一方声道的声压级提高的逆转现象的特定的频域，输出到另一方声道，

上述滤波器电路群根据从该分离滤波器输出的音响信号生成声场调整信号。

3.根据权利要求1所述的声场调整滤波器，其特征在于：

上述扬声器是共用振动板的板式扬声器，

所述声场调整滤波器具备降低滤波器，它在中高音域频带的音响信号中，降低发生与根据输入到一方声道中的音响信号从该声道的扬声器输出的声压级相比，另一方声道的声压级提高的逆转现象的特定频域的声压级，

上述滤波器电路群以恢复到输出为低声压级的频域的方式调整声压级，分配上述通过特性。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的声场调整滤波器，其特征在于，构成上述滤波器电路群的多个滤波器电路分别具备：为了调整通过特性，分割成多个频带的带通滤波器；附加分割频带的追加时间延迟的时间延迟设定单元，附加分割频带的规定的追加增益的增益设定单元。

5.根据权利要求4所述的声场调整滤波器，其特征在于：上述降低滤波器中的特定频域的追加增益设定为上述滤波器电路群中的特定频域的增益的倒数。

6.使用权利要求1至5的任意一项所述的声场调整滤波器的声场调整装置，其特征在于具备：

在上述音响信号上附加用于生成上述声场调整信号所需要的延迟时间的延迟电路，

在上述音响信号上附加上述声场调整信号，输出到立体声扬声器一侧的计算输出器。

7.一种在提供给具有左右一对声道的扬声器的音响信号上赋予所希望的声场特性的声场调整方法，其特征在于包含：

声场生成步骤，分别接受左右两声道的上述音响信号，将音响信号的规定频带分割成多个频带，针对各分割频带的每个调整时间延迟以及声压级，通过与音响信号的整个频带协同地设定所希望的脉冲响应，生成与左右声道对应的上述声场调整信号，分别相互输出到另一声道，感知改变上述扬声器间的展开角的虚拟扬声器，向感知与聆听者的喜好相应的听感的两耳间相关系数进行近似，

延迟步骤，在左右声道中在上述音响信号上附加在上述声场调整步骤中的延迟时间；

信号计算步骤，在左右声道中在上述音响信号上附加伴随时间延迟的上述声场调整信号。

8.根据权利要求7所述的声场调整方法，其特征在于：

上述扬声器是共用振动板的板式扬声器，

该声场调整方法包含预备步骤：在上述声场生成步骤之前，在中高音域频带的音响信号中用左右一对分离滤波器分离发生与根据输入到一方声道中的音响信号从该声道的扬声器输出的声压级相比，另一方声道的声压级提高的反转现象的特定的频域，输出到另一方声道。

9.根据权利要求1所述的声场调整方法，其特征在于：

上述扬声器是共用振动板的板式扬声器，

该声场调整方法包含预备步骤：在上述声场生成步骤之前，在中高音域频带的音响信号中用降低滤波器降低发生与根据输入到一方声道中的音响信号从该声道的扬声器输出的声压级相比，另一方声道的声压级提高的反转现象的特定的频域声压级，

在上述声场生成步骤中，以恢复输出到低声压级的频域的方式分配通过特性。